基于水文地质特征的地热资源潜力评价方法研究

基于水文地质特征的地热资源潜力评价方法研究

许丙彩

山东省煤田地质规划勘察研究院    山东济南    250104

摘要:地热资源是一种重要的清洁能源，其开发利用已成为全球范围内的热点话题，评价地热资源的潜力是地热资源开发的前提和基础。本文基于水文地质特征，探讨了地热资源潜力评价的方法和流程。

关键词：地热资源；水文地质特征；潜力评价

引言：

随着全球经济的发展和人口的增长，能源的需求越来越大。而传统的化石能源开采和利用已经引起了许多环境和社会问题，因此开发清洁能源已经成为全球共识。地热能作为常见的一种清洁能源，具有稳定、可再生、不受气候影响等优点，已经成为各国发展清洁能源的热门选择。然而，地热资源的开发利用需要依赖于地下的热能储存和传递，因此对地下水文地质特征的全面了解和评价，对地热资源的开发利用具有至关重要的意义。

1.地热资源概述

1.1概念

地热资源是指地球内部热能的一种表现形式，是一种可以用于发电、供暖、制冷等领域的可再生能源。其能源来自地球内部的热能储存，通过地球表面的热流传递到地下水体中，并在地下水体中储存和传递，最终由地下水井采集和利用。地热资源主要分布在活动地震带、火山带、地热温泉区等地区，全球大部分地区都有地热资源，尤其在太平洋环火山带和欧亚大陆中部火山带地区分布最为集中。

1.2优点

地热能源的开发利用具有多种优点。首先，地热能源是一种清洁能源，不会产生污染物，对环境污染小。其次，地热能源开发具有可持续性，由于地热资源是自然界中不断补给的能源。同时，地热能源的可靠性高，因为地热能源在短期内不会受到气候、季节等因素的影响，一年四季都能供应热能。此外，地热能源是一种可控的能源，可以根据需要控制其供应量和温度等参数。

1.3类型

地热能源主要有地热水、干热岩石和热泉等类型。其中，地热水是最常见的地热能源类型，它可以通过井口等方式采集，常用于供暖和发电。干热岩石是一种尚未得到广泛利用的地热资源，它主要存在于地壳深部，需要通过钻探等方式开采。热泉则是地热能源中的一种特殊形式，是由于地下热水在地表喷涌而成的。热泉水温较高，通常可用于供暖和浴疗等领域。

2.水文地质特征对地热资源的影响

2.1地下水流体的影响

地下水是地热资源的载体，地下水的流动和渗透特性对地热资源的储存和传递具有重要影响，地下水的渗透性和导水性对地热资源的储存和传递具有重要影响。渗透性较强的岩石，如砂岩、砾石、砂砾岩等，其地下水储集层具有较大的厚度和较高的储水能力，因此适合于开发利用地热资源。相反，渗透性较差的岩石，如页岩、泥岩、花岗岩等，其地下水储集层厚度较小，储水能力较差，开发利用地热资源的效果较差。

2.2地下水循环的影响

地下水循环系统是指地下水在地球内部的运动和循环，地下水循环系统的复杂性直接影响着地热资源的储存和传递。地下水循环系统可分为大尺度和小尺度两种，大尺度循环系统是指地下水在岩层中的广泛流动和深部循环，其水源主要是来自大气降水和地表径流，能够为地热资源的储存和传递提供充足的水源和热源。小尺度循环系统是指地下水在狭窄岩隙和裂隙中的局部流动和循环，对地热资源的储存和传递影响相对较小。

2.3地下岩石影响

不同类型的地下岩石具有不同的热导率和储热性能，对地热资源的储存和传递具有重要影响[1]。热导率高的岩石，如花岗岩、玄武岩等，能够较好地传导地热能，但储热能力相对较弱；而热导率低的岩石，如砂岩、砾石、泥岩等，虽然储热能力较强，但传导地热能的能力相对较差。

3.基于水文地质特征的地热资源潜力评价方法和流程

3.1评价方法

3.1.1地下水温度和温度梯度测量法

地下水温度和温度梯度是地热资源储存和传递的重要指标，地下水温度随深度的增加而升高，温度梯度是地下水温度与深度之间的比值。通过地下水温度和温度梯度的测量，能够初步了解地下水的温度分布和地热资源的分布情况，地下水温度和温度梯度的测量方法包括井水温度测量法、地表热流测量法和测井方法。

3.1.2地下水化学特征分析法

地下水化学特征反映了地下水来源、补给、循环等水文地质过程，能够为地热资源的储存和传递提供重要信息。地下水化学特征分析方法主要包括采样、化学分析和数据处理三个环节。采样要求根据水文地质特征确定取样点位和时间，化学分析要求全面、准确，数据处理要求科学合理。

3.1.3地下水流场模拟法

地下水流场模拟是通过数学模型模拟地下水流动过程，得出地下水流场的分布和变化规律，地下水流场模拟方法包括数值模拟和物理模拟两种[2]。数值模拟主要是通过计算机程序对地下水流动方程进行求解，得出地下水流场的分布和变化规律，物理模拟则是利用物理实验室对地下水流动过程进行模拟，通过实验数据得出地下水流场的分布和变化规律。地下水流场模拟能够为地热资源的储存和传递提供更为准确的预测和分析结果。

3.2评价流程

3.2.1划分研究区和收集资料

首先需要确定研究区域，然后通过调查和收集水文地质、地质、地球物理、地球化学等相关资料，以便分析和评价地下水资源及其潜力。

3.2.2分析水文地质特征

对收集的水文地质资料进行分析，主要包括水文地质条件、地下水位、地下水温、地下水流量、水化学成分等参数。

3.2.3分析地热地质条件

对研究区的地质构造、地热地质条件、热源性质等进行研究和分析，了解地下热源的热储量和热传导条件[3]。

3.2.4建立地热能源评估模型

基于分析结果，建立地热能源评估模型，计算地下热水的热储量、热能流量等关键参数。根据计算结果，对研究区内地热资源的潜力进行评价。

3.2.5分析地热资源评价结果

分析评价结果需要根据评估结果进行定性、定量的分析，评估地热资源的潜力大小和分布特征，确定地下热水的热能储量和热能利用方式。

3.2.6设计地热资源开发与利用方案

根据评估结果和分析结论，确定地热资源的开发利用方案，包括开发利用规模、开发技术、利用方式等。同时，需要考虑到热能的利用方式、热能的质量、热能的分布等因素，选择最经济、最可行的利用方式。

3.2.7环境评价和安全评估

地热资源开发利用过程中，需要对环境进行评价和安全进行评估，确保地热资源开发利用的环境可持续性和安全性。主要包括对地热资源开发过程中可能造成的环境影响、安全风险等进行评估，寻求合理的控制措施。

4.结束语

水文地质特征是地热资源储存和传递的基础，对地热资源潜力评价具有重要影响。通过对水文地质、地热地质的分析，可以了解地下水资源的分布和特征，确定地下水的热能储量和热能流量，为地热资源开发利用提供科学依据。同时，需要认识到，地热资源开发利用是一项复杂的工程，需要在科学评价的基础上，充分考虑环境、社会、经济等方面的因素，保证其可持续发展。

参考文献

[1]陈东,牛慧麟.广东龙门永汉地区地质特征及地热勘探方向[J].西部资源,2021(3):3.

[2]罗成.基于"井筒效应"的热储水文地质参数计算及可采资源量评价分析[J].中国煤炭地质,2022(0z1):034.

[3]王建伟,佟智强,宋林旭,等.牡丹江市镜泊乡地热地质特征及资源评价[J].地下水,2021(005):043.