發(fā)布時(shí)間：2015-01-01 10:40

 

【摘要】 銀川平原蘊(yùn)含著巨大的地?zé)豳Y源儲量，本文在銀川平原地?zé)嵝纬捎欣麠l件、地?zé)豳Y源特征的研究基礎(chǔ)上，通過建立三維地質(zhì)模型，參考已有的地?zé)峋畬︺y川平原地?zé)豳Y源進(jìn)行了評價(jià)。通過大量資料整理，并利用新的物探解譯資料，在充分分析銀川平原地貌、地質(zhì)構(gòu)造、深部熱流等特征的基礎(chǔ)上，總結(jié)出地?zé)嵝纬傻挠欣麠l件，即山坡匯水經(jīng)深循環(huán)為地下熱水提供來源，巨厚的新生界地層、特有的巖性特征造就了有利的儲蓋條件，深大活動斷裂提供了深部熱流上移的通道，隆起區(qū)聚集熱流體并形成高地溫異常區(qū)，上隆的上地幔軟流層和莫霍面、高熱流值的地幔流造就良好的深部熱源條件。之后通過地溫場分布區(qū)情況分析，進(jìn)一步說明地溫在深度3000m內(nèi)可達(dá)80℃，淺層地溫梯度足夠大，銀川平原具有巨大的中低溫地?zé)豳Y源潛能。對地?zé)豳Y源進(jìn)行評價(jià)的前提是對研究區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識。三維地質(zhì)模型能夠直觀地表現(xiàn)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等的空間分布形態(tài)，為熱儲存在區(qū)劃分、熱儲埋藏深度確定、熱儲層段劃分、熱儲厚度取值、熱儲溫度計(jì)算等提供依據(jù)。以鉆探孔數(shù)據(jù)，及地震和物探資料解譯出的地質(zhì)構(gòu)造剖面為基礎(chǔ)，在GOCAD軟件中建立研究區(qū)三維地質(zhì)模型。從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性出發(fā)，確定淺層地溫梯度在2.5℃/100m以上，熱儲溫度達(dá)到25℃，深度在4000m以內(nèi)且在漸新統(tǒng)底板以上為熱儲資源評價(jià)范圍，共有熱儲面積為1990.473106m2。利用與研究區(qū)地質(zhì)特征相符地?zé)豳Y源評價(jià)方法，依照構(gòu)造特征分5個(gè)區(qū)進(jìn)行地?zé)豳Y源儲量評價(jià)，最終算出銀川平原研究區(qū)地?zé)豳Y源總量為4518.7731014kJ，地?zé)豳Y源可開采總量為1129.6931014kJ，地?zé)崃黧w儲存總量為12742.773108m3，地?zé)崃黧w可開采總量為637.143108m3。通過地?zé)豳Y源開發(fā)利用經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響的評價(jià)，可知研究區(qū)地?zé)豳Y源整體上屬于經(jīng)濟(jì)型；地?zé)豳Y源可開采量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤為38.613108噸，可節(jié)省環(huán)境治理費(fèi)用10737.63億元；熱儲層埋深較大，開采地?zé)崃黧w引發(fā)地面沉降的可能性不大。本次研究所得三維地質(zhì)模型和地?zé)豳Y源儲量評價(jià)結(jié)果，對銀川平原進(jìn)行地?zé)豳Y源開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)能源和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。 

第1 章 緒論

 

1.1 選題目的和意義

社會經(jīng)濟(jì)的快速和穩(wěn)步增長需要足夠的能源作支撐，但現(xiàn)如今中國能源不足問題正逐漸顯現(xiàn)，必將影響今后經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展。地?zé)豳Y源是一種新型的可再生能源（Kepinska B，2003；Zhao L，2004；Kaygusuz K and Kaygusuz A，2004），與煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比，地?zé)崮芫哂星鍧�、環(huán)保、就地取用等優(yōu)勢（Baradács E, et al. ，2001；Eliasson E T and Bjornsson O B，2003；Bujakowski W and Barbacki A，2004；Jankovic Z，1998；陳墨香等，1996）。從世界來看，地?zé)崮芤呀?jīng)能比較成熟并廣泛的應(yīng)用于發(fā)電、供暖、洗浴、和醫(yī)療保健等與居民生活密切相關(guān)的領(lǐng)域。我國已初步形成以供暖、洗浴、種植等直接利用方式為主，并積極發(fā)展高溫發(fā)電的地?zé)豳Y源開發(fā)利用格局（王貴玲等，2000），另外，近幾年利用地源熱泵開發(fā)淺層地溫能進(jìn)行供暖和制冷在我國各地區(qū)發(fā)展迅速（詹麒等，2010）。對地?zé)豳Y源的研究及開發(fā)利用，有利于緩解能源短缺、保護(hù)環(huán)境和提高經(jīng)濟(jì)效益（仇曉燕等，2005；李志茂等，2007）。

銀川平原作為一個(gè)工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，在西部大開發(fā)中占有重要地位。同所有經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的地區(qū)一樣，銀川平原也面臨著能源短缺的問題。雖然銀川平原有著豐富的煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源，但是若僅僅用這些傳統(tǒng)化石能源作為工農(nóng)業(yè)發(fā)展的能源支柱，會給該地區(qū)帶來嚴(yán)重的污染問題。因此，發(fā)掘清潔新能源，并將其盡快合理的應(yīng)用到實(shí)際，成為銀川平原經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大研究問題。

銀川平原因其有利的地質(zhì)構(gòu)造背景和地溫條件而蘊(yùn)含著豐富的地?zé)豳Y源，儲量大，水質(zhì)條件好，分布廣泛，具有很高的開發(fā)價(jià)值。根據(jù)“寧夏地?zé)徇h(yuǎn)景調(diào)查及銀川平原地?zé)豳Y源評價(jià)設(shè)計(jì)書”，銀川平原地?zé)釋⒈恢貞?yīng)用與城市、農(nóng)業(yè)和旅游等方面，具體的利用形式包括供暖、洗浴、水產(chǎn)養(yǎng)殖、療養(yǎng)和娛樂等。為實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源開發(fā)利用的合理規(guī)劃，寧夏國土資源廳、中國地質(zhì)科學(xué)院及寧夏地質(zhì)工程勘察院都對寧夏平原進(jìn)行了積極的現(xiàn)場踏勘和資料搜集，另外利用鉆探和物探等手段對這一地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)、地溫分布、地?zé)崴|(zhì)條件等進(jìn)行了詳細(xì)的探查，為地?zé)豳Y源的儲量計(jì)算和開發(fā)利用規(guī)劃提供了有力的資料基礎(chǔ)。

 

1.2 研究現(xiàn)狀

1.2.1 地?zé)嵫芯亢屠矛F(xiàn)狀

目前國內(nèi)對地?zé)岬目蒲醒芯恐饕獓@存在條件、資源量評價(jià)、開采技術(shù)。在存在條件方面，有學(xué)者論述了地?zé)岽蠓秶嬖诘臈l件（畢玉榮，2011）；還有學(xué)者通過對地?zé)嵝纬蓹C(jī)理的探索，總結(jié)出“儲、蓋、通、源、滯”為地?zé)嵝纬傻某湟獥l件（程秀明，2013）；對于中國而言陳墨香對地?zé)嵝纬商攸c(diǎn)做了詳細(xì)的介紹（陳墨香等，1994）。在資源量評價(jià)方面，主要是針對某一特定地區(qū)進(jìn)行熱儲量的評價(jià)（劉向陽，2007；劉志明，2011），具體方法根據(jù)各地區(qū)特點(diǎn)和開采方式而不同。在開采技術(shù)方面，早在上世紀(jì)七十年代就有學(xué)者提出地?zé)岷褪汀⑻烊粴獾乳_采一樣，都是對深層能源的獲取，必須要有先進(jìn)的鉆井技術(shù)支撐，目前中石油長城鉆探工程公司的高端鉆井技術(shù)在全國范圍內(nèi)比較有名。國外對地?zé)岬难芯恐饕杏诘責(zé)崮艿拈_發(fā)利用優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)狀（Enrico Barbier,2002；Ruggero Bertani,2005），以及地?zé)崂幂^為成功國家的開發(fā)技術(shù)論述（Nationl Energy Authority，2006）。

早在 10000 年前，溫泉就被應(yīng)用于來做飯、洗澡和供暖等日常生活中了（John W.Lund, 2002）。1990 年以后，世界地?zé)嵫芯亢烷_發(fā)取得了比價(jià)大的進(jìn)展（張季生等，2001）。地?zé)豳Y源因其節(jié)能環(huán)保、高效利用、廉價(jià)、量穩(wěn)等優(yōu)勢（劉桂英等，2010）在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的重視。目前全球正在開發(fā)利用地?zé)豳Y源的國家有120 多個(gè)，包括冰島、意大利、中國、日本、美國（鄭秀華，筆耕文化推薦期刊，2001）等。地?zé)崂玫姆绞街饕獮榈責(zé)岚l(fā)電和直接利用。全球各國開始重視地?zé)岚l(fā)電是在意大利建成了世界上首座地?zé)岚l(fā)電站之后，經(jīng)過不懈努力已實(shí)現(xiàn)了高發(fā)電產(chǎn)量的理想，我國比較成功的是西藏羊八井地?zé)岚l(fā)電站（周大吉，2003）。直接利用主要指利用中低溫地?zé)徇M(jìn)行供暖、洗浴、旅游等，中低溫地?zé)豳Y源在我國范圍內(nèi)儲量巨大，各地對于地?zé)岬闹苯永糜辛撕艽蟪晒⒎e累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)（劉時(shí)彬，2002；關(guān)梓，2010）。

 

第2 章 地?zé)嵝纬蓞^(qū)域地質(zhì)背景

 

銀川平原位于斷陷盆地中間，主要的構(gòu)造演化發(fā)生在新生代，是鄂爾多斯活動斷裂系的一部分。在地質(zhì)歷史時(shí)期，由于地層經(jīng)歷了多次拉張和閉合運(yùn)動，盆地內(nèi)伴生性巖漿活動發(fā)生次數(shù)較多。盆地內(nèi)新生界沉積物的厚達(dá)可達(dá)7000 多米，主要是由于青藏高原在新生代發(fā)生抬升，盆地地層隨之發(fā)生幅度巨大的拉張斷陷作用。銀川地?zé)釋僦械蜏氐責(zé)豳Y源，儲量巨大，這與區(qū)內(nèi)獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)和深部頻繁的水熱活動密切相關(guān)。以下較為簡要介紹銀川平原自然地理概況，從地層、構(gòu)造、深部熱流等方面較為詳細(xì)的闡述銀川平原地?zé)嵝纬稍颉?/p>

 

2.1 自然地理及地貌概況

銀川平原整體上在寧夏回族自治區(qū)北部，與華北平原區(qū)相鄰，南北長165km，東西寬 42－60km。從地理位置上銀川平原是西北的前沿陣地，在西部大開發(fā)策略中具有重要的戰(zhàn)略地位。本文劃分的研究區(qū)范圍如圖2-1所示，大致上為南起青銅峽，北至石嘴山，西傍賀蘭山，東到黃河邊界。

銀川平原是受東部黃河沖積和西部賀蘭山洪積而成的一個(gè)盆地式平原，平原內(nèi)海拔在 1090 到 1400 米之間，地形較平，是寧夏回族自治區(qū)地勢最低處。以黃河為界，西部地形向東傾斜，坡降較大，南部海拔高于北部，坡降較��；東部地形向西傾斜，坡降小。

根據(jù)地貌的成因、形態(tài)將銀川平原劃分為沖洪積臺地、山前洪積斜平原、沖洪積平原、沖湖積平原和風(fēng)積地形，分布情況如圖 2-1 所示，各自的具體特征如表2-1所示。

 

 

 

 

2.2 地層結(jié)構(gòu)

銀川平原擁有厚度很大的第四系蓋層和巨厚的第三系基底。根據(jù)平原內(nèi)已有的鉆孔資料，第四系厚度可達(dá) 1605m；新近系厚度大于 2535m；古近系厚度大于1094m，未揭露到底。主要地層厚度和巖性情況可從各已有地?zé)峋╕1、Y2、NSR-1井）和石油參數(shù)井（銀參1、2、3）的柱狀巖層資料（表2-2）、遙感解譯探測剖面圖（圖2-2）得知，其中在研究區(qū)位置見圖2-3。

從6個(gè)鉆探井的地層資料可知，銀川平原第三系以泥巖和砂巖互層為特征。其中，根據(jù) 3個(gè)地?zé)峋釉敿?xì)的地層厚度統(tǒng)計(jì)資料，可分析出根據(jù)地質(zhì)年代不同，第三系有三個(gè)熱儲層，每個(gè)熱儲層上都有良好的蓋層條件，各井熱儲層和蓋層厚度如表2-3 所示。蓋層巖性以泥巖層為主，砂泥比小于0.5，為相對隔水層或保溫層；熱儲層巖性以砂巖層為主，砂泥比大于 0.5，為相對含水層或熱儲層。

 

 

 

 

 

第 3 章 地溫場分析........... 17

3.1 地溫分布特征 ....... 17

3.2 地溫梯度 ......... 18

3.3 地?zé)岬販匾?............. 19

第 4 章 三維地質(zhì)建模 ......... 20

4.1 建模目的 ......... 20

4.2 建模方法 ............ 21

第 5 章 地?zé)豳Y源儲量評價(jià)........ 33

5.1 評價(jià)內(nèi)容和范圍.............. 33

5.2 評價(jià)區(qū)域劃分及計(jì)算分區(qū)............ 33

 

第5 章 地?zé)豳Y源儲量評價(jià)

 

5.1 評價(jià)內(nèi)容和范圍

本次評價(jià)是針對主要儲存量的計(jì)算，內(nèi)容包括地?zé)豳Y源量、地?zé)豳Y源可開采量、地?zé)崃黧w儲存量、地?zé)崃黧w可開采量四個(gè)方面的計(jì)算。

評價(jià)范圍主要根據(jù)開采技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性，及開發(fā)利用價(jià)值最優(yōu)性進(jìn)行劃定。雖然成井深度達(dá)到 3000m 以上時(shí)有經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，但地?zé)峋诒狈揭话憧咨疃嘣?3000-4000m 之間，先進(jìn)的鉆機(jī)可鉆孔深達(dá) 4500m 左右（李國棟，2008）,并且根據(jù)銀川平原熱儲條件來看，熱儲深度可達(dá)4000m 以上，因此本次計(jì)算最大深度為4000m，底界地層計(jì)算到漸新統(tǒng)。

為使熱水溫度有較高的利用價(jià)值，且評價(jià)范圍內(nèi)一定內(nèi)的熱水能夠得到有效利用，本次評價(jià)在溫度上要求淺層地溫梯度在2.5℃/100m以上，熱儲溫度在25℃以上。

 

5.2 評價(jià)區(qū)域劃分及計(jì)算分區(qū)

地?zé)嵩u價(jià)區(qū)域的劃分首先要達(dá)到規(guī)定的溫度要求。利用三維地質(zhì)模型可得到新生界地層厚度等值線（圖5-1）。將上圖與淺層地溫梯度等值線圖（圖3-2）結(jié)合，可圈定出在研究區(qū)內(nèi)4000m 深度以上，淺層地溫梯度 2.5℃/100m 以上，地層溫度可達(dá)到 25℃以上，且范圍和厚度都較大的熱儲評價(jià)區(qū)（圖 5-2），其中為保證溫度可達(dá)到25℃以上，新生界地層厚度總和保守估計(jì)至少在1000m 以上。

由于所劃分出的評價(jià)區(qū)域較大，但能用于參數(shù)確定的鉆孔較少，并且由于斷裂構(gòu)造的存在，地層厚度在斷裂界限兩側(cè)變化較大，本次評價(jià)按照斷裂分布情況進(jìn)行計(jì)算區(qū)分區(qū)，如圖5-2 所示。

 

 

 

第6 章 總結(jié)

本次研究在搜集前人資料和本次調(diào)查所得資料的基礎(chǔ)上，通過對銀川平原研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)、構(gòu)造、深部熱流資料等進(jìn)行系統(tǒng)分析，總結(jié)了地?zé)嵝纬傻挠欣麠l件；通過對溫度場及熱儲埋藏條件的分析，確定了熱儲類型；根據(jù)地?zé)峋�、石油參�?shù)井、地震和物探資料解譯所得地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面建立了三維地質(zhì)模型；結(jié)合三維地質(zhì)模型、地?zé)峋畢?shù)、地溫場分布等情況對地?zé)豳Y源儲量進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，并對開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響做了簡要分析。研究結(jié)論如下：

1、銀川平原階梯狀地層構(gòu)造有利于地下水向盆地中心匯集，賀蘭山山坡匯水經(jīng)山前斷裂深循環(huán)補(bǔ)給地下水；平原區(qū)內(nèi)新生界地層分布廣且發(fā)育厚度大，提供了有利的儲蓋條件，使得該區(qū)地?zé)崴畠α烤薮螅粩?shù)量較多、規(guī)模較大、深度較深的活動斷裂，為深部熱流的上涌提供重要通道；局部隆起形成高地溫異常區(qū)；軟流層和莫霍面明顯上隆, 深部熱流向上匯集, 為該區(qū)提供了良好的深部熱源條件；具有高熱流值的地幔流為地表熱流提供來源。上述情況為研究區(qū)地?zé)嵝纬商峁┝擞欣麠l件。

2、根據(jù)已有地?zé)峋Y料，研究區(qū)深層地溫梯度在 2℃/100m 左右，熱儲溫度在25-90℃之間，為中低溫地?zé)豳Y源；熱儲類型為沉積盆地型，包括第四系砂質(zhì)孔隙型熱儲和第三系砂巖裂隙型熱儲。

3、建立的三維地質(zhì)模型反映出研究區(qū)主要的地質(zhì)構(gòu)造特征，第三系和第四系地層都發(fā)育良好，從盆地邊緣向盆地中心增厚；南北向和東西向都出現(xiàn)大型地塹構(gòu)造，地塹內(nèi)第四系和第三系地層厚度很大。

4、通過對淺層地溫梯度 2.5℃/100m 以上，地下深度 4000m 以內(nèi)、漸新統(tǒng)地層底板以上、熱儲溫度大于 25℃的地?zé)豳Y源進(jìn)行圈定，全區(qū)熱儲面積為 1990.473106m2，熱儲厚度平均約1550m；根據(jù)構(gòu)造特征可分為5個(gè)計(jì)算分區(qū)，最終算出銀川平原研究區(qū)地?zé)豳Y源總量為 4518.7731014kJ，地?zé)豳Y源可開采總量為1129.6931014kJ，地?zé)崃黧w儲存總量為 12742.773108m3，地?zé)崃黧w可開采總量為 637.143108m3；根據(jù)不同年代熱儲層厚度情況可知，研究區(qū)主要的熱儲層位于第三系地層。

5、地?zé)豳Y源開發(fā)利用經(jīng)濟(jì)與環(huán)境影響評價(jià)結(jié)果優(yōu)良；熱儲埋深主要在500-3400m 之間，整體上屬于經(jīng)濟(jì)型；地?zé)豳Y源可開采量折合成標(biāo)準(zhǔn)煤為38.613108噸，若加以利用可明顯減少污染排放量，節(jié)省治理費(fèi)用 10737.63 億元；研究區(qū)熱儲層頂板埋深在 500-700m 之間，開采地?zé)崃黧w引發(fā)地面沉降的可能性不大。 

綜上，銀川平原地?zé)豳Y源潛力巨大，可被用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療、旅游等多個(gè)方面。地?zé)豳Y源經(jīng)過合理規(guī)劃，可為銀川平原地區(qū)的能源提供強(qiáng)大支撐，有利于整個(gè)地區(qū)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展。

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本文編號：10974