存在断层构造是开发断裂型地热资源的必要条件j.doc

存在断层构造是开发断裂型地热资源的必要条件郑州富士达公司 寇伟在强化环保意识、加速发展绿色能源的大背景下，充分利用地热资源已备受重视，商业开发热潮 迅速发展，尤其是房地产开发项目对地热温泉的需求日趋旺盛，已远远超过了我国目前的地热资源勘 查速度，更显示出地热资源物探设备和技术的匮乏与不足，明显限制了地热资源的开发利用程度。按 照我个人对地热资源勘探的理解，除了地热田之外在大部分地区都有地热资源，只要地下有断层构造 就会有地热水源，关键是能否找到断层构造、判定是否含水并精准定井。在此对地热井的成因、加热 原理、及我所比喻的地热锅原理加以探讨。1、我们都有什么可供利用的地热资源 地热是指地球内部所储存、产生的热量。能够经济的为人类所利用的地球内部热量，称地热资源。地热资源的涵义包括：地热过程的全部产物，指天然蒸汽、热水和热卤水等；由人工引入（回灌）热 储的水、气或其他流体所产生的二次蒸汽、热水和热卤水等；由上述产物带出的矿物质副产品。目前， 可利用的地热资源有：天然出露的温泉地热资源；通过热泵技术可开采利用的浅层地热资源；通过人 工钻井直接开采利用地热水（气）资源和干热岩体中的地热资源。这里我们所讨论的地热开发利用问 题，仅限于通过人工钻井技术直接开采利用的地热水（气）资源。上述四类可用地热资源，从总量及开采难易程度的角度分析，天然温泉资源量小、地域局限性较 大，但开采容易，且无风险，是当前温泉旅游业开发利用的重点资源；通过人工钻井直接开采利用的 地热水（汽）资源，主要开采 3000m 深度以上地层热储中储存的地热水（汽）资源，资源量大，但开 采的可行性主要取决于热储的分布与渗透条件，有较大风险，当前主要是直接开采热储中的地热水 （汽），因地热水的补给有限加之探测精准度不够而限制了其开发利用的规模， 而利用热储中的 “热量” 虽然是发展方向但目前尚不具备可行性。2、内陆地区地热资源的主要类型 按照地热带的形成和分布的地质构造特点，板块内地热带主要分为断裂型和沉降盆地型两大类。 沉降盆地型地热带的是指地壳沉降区内沿基底或盖层内构造断裂带展开形成地热带，一般称其为地热 田，包括断陷盆地型和坳陷盆地型两类。其中坳陷盆地型为板内地壳稳定下降过程中连续形成的沉积 盆地，边界一般没有控制性断裂；断陷盆地型地热田的主要特征为基底呈阶梯状断裂发育，盆地边界 具有明显控制性断裂。断裂型地热带是指地壳隆起区沿构造断裂带展布的呈带状分布的地热密集带。断裂型地热带的规 模主要受构造断裂带的规模大小、延伸长度和宽度的控制，深大断裂带可能会长达几百公里，小的断 裂带可能只有几公里。断裂地热带的形成特点是：断裂带成为热储和热流的通道，一方面大气降水和 地表水通过断裂带入渗到深部，成为地热水的主要补给源；另一方面经过深部热岩的不断循环加热， 在某一地势低凹处沿断裂带上涌至地表或浅部，或出露成温泉，或显示出地热异常。从微观意义上讲，在勘探地热带过程中也都是要通过找寻断层构造来确认断陷盆地地热带（田） 和断裂地热带的存在。3、大部分内陆地区可开发利用的是中低温地热资源 我国东南沿海和西南滇藏的地热田分别属于环太平洋地热带和地中海一喜马拉雅地热带。内陆地区可 开发利用的基本上都属于断裂型和沉降盆地型的中低温地热资源，可以说是遍及全国各省市区。目前 在我国中低温地热水直接利用方式中，供热采暖占 18%,，医疗洗浴与娱乐健身 65.2% ，种植与养殖占 9.1% ；其他占 7.7%。地热供暖主要集中于北京、天津、西安、郑州、鞍山等大中城市以及北方石油开 采区的城镇，开采 60-100度地热水为楼宇供暖。由于地热勘查和钻探技术的不断发展，尤其是对于沉 积盆地传导型热田的勘查已趋于成熟，在沉积盆地热田地区开发地热资源的风险不大，地热开发利用 相对容易。然而，具有沉积盆地热田的地区毕竟是非常有限的，更多的地区只有断裂型地热资源。虽 然有着广阔的市场需求和发展空间，但是如何进行勘探查明是否存在断层构造、精准判定是否有地热资源可供开发，对于中低温地热资源的开发利用起着决定性的作用4、地热资源开发利用成本与价格问题 地热资源开发利用的初投资是比较高的，据个人所知情况来看，目前地热井钻井深度为1500-2500m,钻成一个深度2500m出水量1000riVd、出水温度50C的地热井，包括以下成本：1）钻井前期地质论证和定井费40-50万元；2）钻井费按2000-2300元/m计，共需500-560万元；3）钻机进场费 3040 万元；4） 下管费、水处理费及输配水系统建设，约需50-70 万元以上共计： 600-700 万元，如需采用回灌技术另打回灌井，还需增加钻井及相关费用，约 300-500 万元。5、地热资源开发过程及投资风险由此看来，地热井的开发成本是很高的，而且投资风险较大，开发一定要慎重。深部地热资源开 发具体的风险大小，基本上取决于深部地热地质的研究程度，由于现有大部分的地球物理勘查技术， 还不能准确地解决地热钻井所需的地质问题，这就大大增加了开发的风险，尤其是新区和深部地热资 源的开发。通常会遇到以下几方面的问题：1、首先是前期地质勘探论证阶段非常重要，必须经过详细精确的前期地质论证，查明园区内是否 存在可供开采利用的热储以及热储埋深，关键就是要查明是否有断层构造，若是没有含水断层构造就 盲目开发打地热井，后期的巨大投入就都要打水漂了。因此在确定开发利用地热资源后，就必须先进 行初探，通过前期地质勘探来论证是否存在进一步探测定井的可行性。2、进入详细勘探阶段，一定要把园区内的断层构造查找清楚，查明控热断裂构造的展布方向及赋 存条件、热储温度和钻井的可能出水量，还要查明地热水的补给来源及其补给量，评价地热水的可持 续开发利用量，这时才能决定是否投资打地热井。3、接着是要在探测清楚断层的位置、走向、倾角、深度的基础上，精准确定地热井的位置。不是 说地热井打的越深越好、越深水就越热，而是只有打在断层含水破碎带上时才会有地热水，断层以下 就是在岩石里打个洞，即使上面的水流下去，由于孔洞面积有限，下面热岩对水加热效果非常有限， 因此断层以下深度井孔基本上是无用的。所以定井时必须确定在井位下打到多深处时穿过断层，否则 盲目确定打井至深度 2000米，而实际上是在 1000米处遇到断层，下面多打的 1000米基本上就是无用 的，凭空就多花了 200多万元。4、在钻井过程中也会因意外情况的出现而造成投资风险。在钻井施工时有可能遇到复杂地层（严 重漏失、破碎带、坍塌带、硬岩段等），经过多次处理井内事故，导致井身结构复杂，影响井的出水 量，严重的甚至不能成井。另外，深井洗井技术难度大，尤其是弱渗透层，洗井更难，为获得需要水 量，往往需反复多次洗井，还不一定达到理想的目的。可以说，井的深度愈大，钻井施工时的风险愈 大，因此最好是找那些有较多地热井施工经验的打井队，打地热井的成功率会更高。下面有两个 VCT 大地电磁场成像剖面图，可以说明对园区前期地质勘探结果的分析，是如何判明 地下是否有断层构造、能否打出地热水的。图1为在美国GDP-32多功能电法仪探测定井线路上进行复测的结果。可以看出有两条呈V字形的明显断层，断层汇集点在 70米处的 1500-1800米深部，应该在此周围进行小范围精细探测定井，应 该在深度1500米以下打在断层构造上，抽出的地热水温度可以达到50T左右。若是按照GDP-32多功 能电法仪探测定井结果，在 100米处打井，大约会在 600米左右打在断层构造上，即使按计划打井至 1500米深度，抽出来的水温也不会高于 25 C。 tw-?CE06W£W?OVIOE0301?i 0<i Ofri 0£i on on oof）0£lOOC00110001（孚I®藝乙£"ID赵M圭焉）（#/*0608OL 09 OS Oh OE OS 01000800£00908b此为另一探测方向上的VCT大地电磁场成像剖面图。在这张从过定井位ZK1南北向探测V3线的 VCT成像剖面图上，可以看到一条非常明显的断层构造，自北向南以59度的倾角向南沉降。若再向南继续探测，找到这较宽断层的深层部位，就可以再行详细探测定井。若是这条断层延伸至1000米以下的地面位置不在甲方园区范围以内，或者是大山、河流、湖面等不能打井的地方，就可以断定园区内 不能开发地热井。V3探测线富士达 VCT成像剖面图（99个探测点，2米/点）（垂直于GDP32探测线，46点为已定井位 ZK1）99O9O8O7O6O5O3O2二-*3二X-SW*-I-萸=-豊匚-_-S60-Ma. -'=$<= :-:=二疋 -=_=-:=-I 二-二