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京北地热田特征及其开发对地震地下流体动态的影响

吕金波  
【摘要】:北京是世界上具有地热资源的6个国家首都之一,有延庆北、京北、城区和大兴凤河营等4条地热异常带。京北地热异常带为小汤山叠断隆构造单元,包括沙河和小汤山两个次级地热田,按照Muffler的观点可定义为京北中低温对流型地热系统,亦可称为京北构造隆起区热对流类深循环型地热系统(陈墨香等,1994)。 北京的地热勘探始于1956年,目前已探明并开发利用的地热田有10个,其中小汤山次级地热田开发最早,现仍在大力开发利用。该地热田以小汤山镇为中心,向东、西、南3个方向不断扩展开发范围,与沙河次级地热田连为一体,形成京北地热田。1974年始凿汤-1井,到1979年共成井7口,到1990年共成井34口,近几年开发利用的力度进一步加强,新钻深井26口。现已查明京北地热田为拥有3个热储层的大型地热田,1985-1999年热水开采总量为54.50×10~6m~3,热储层地下水位共下降24.99m,热田年平均水位下降值为1.79m。 京北地热田的开发存在两方面的问题:第一、京北地热田的勘查及开发已经历近半个世纪,积累了十分丰富的地质-水文地质资料,但对热田的科学研究跟不上热田的开发与利用,很有必要对热田进行系统而全面的研究,为京北地热田进一步科学、有效的开发提供科学依据,为首都经济的可持续发展服务;第二、京北地热田的大力开发给该区地震地下流体动态监测带来了严重干扰,先后使小汤山、东三旗和太平庄等地震地下流体观测井断流,被迫中断或改变原有的观测项目与观测方式,使该区地震地下流体前兆监测能力显著减弱。因此,很有必要开展地热田开发对地震地下流体前兆监测影响的全面研究,为我国地震地下流体台站建设与保护提供科学依据。基于上述两方面的考虑,在收集、整理前人工作的基础上,系统研究了京北地热田以及开发对地震地下流体动态监测的影响问题,并撰写名为《京北地热田特征及其开发对地震地下流体动态的影响》博士学位论文。 论文的指导思想是收集前人对京北地热田近50年的勘查与开发成果,应用先进的水文地质学理论和水文地球化学方法,结合作者在该区多年的地质调查实践,查清研究区的地质-水文地质条件,研究热田区的地质构造格架、地下水循环系统与地温场特征,概化出地热系统模式。在此基础上,进一步分析热田开发的历史与现状,研究热田开发对地震地下流体监测的影响并制定出减轻热田开发干扰的对策。如图1所示。 在上述研究思路的指导下,论文首先简要介绍北京地区的地质-水文地质背景;然后系统论述京北地热田的地质建造与构造、水文地质结构、热水系统和地温场特征,提出京北地热系统的成因模式,为京北地热田开发及其对地震地下流体前兆影响的研究打下基础。 论文的重点之一是对京北地热田开发现状的分析与开发前景的预测。在系统回顾京北地热田开发历史的基础上,重点介绍热田开发的现状,计算地热资源量及其开发潜力,分析当前开发中存在的问题及其改进途径,为京北地热田科学、合理和长久的开发提供依据。 论文的重点之二是热田开发对地震地下流体动态的分析。京北地热田的开发对京北地震地下流体动态的干扰已开始显露,而且在某些井台表现得十分明显,严重到了无法正常监测的程度。为此系统分析这些影响,其中包括对不同台站的影响及影响范围,对不同台项的影响及主要受影响的测项,进而研究造成这些影响的机理,在此基础上提出了防止与减轻这些 影响的对策。 ...区域地质一水文地质背景 景 热热田区热水系统统 统热田区水文地质结构 构 构热田区地温场场 地地热系统成因模式 式 地地热田开发 发 对对地震地下流体前兆监测的影响 响 减减轻热田开发对地震地下流体监测干扰的对策 策 图l京北地热田特征及其开发对地震地下流体动态影响的研究思路 论文在下列方面取得了创新性的认识: (l)对京北地热田进行了地质、水文地质、水文地球化学、地热学等多学科综合研究, 查明了热田的分布及其控制因素、热储层的类型与厚度、热水的成因与空间变化,首次建立 了京北地热系统的成因模式,为京北地热田的科学研究与开发奠定了基础,为京北地区热田 开发对地震地下流体动态监测影响机理的分析提供了科学依据,为其它地区地热田的科学保 护与开发树立了样板。 (2)在前人工作的基础上,定量评价了京北地热资源,首次计算出京北地区热水静储鱿 为3.36x 108m3,储热量为72.s4xlo,3eal,可利用的热量为lo.goxlo”eal,为京北地热田 的合理开发与利用提供了依据。 (3)系统分析研究了京北地热田开采量与地下水位的关系,建立了对地下水位影响的预 测模型,按照地热田开采强度,预测了雾迷山组热储层地下水位的下降速率为约1.49m/a, 铁岭组热储层地下水位的下降速率为1.73耐a,指出了严格控制开采量,遏制热水资源的枯 竭趋势。 (4)全面系统地分析了热田开发对该区地震地下流体动态的影响,发现这些影响主要存 在于地热系统的下游地区台站中,特点是对太平庄井地下水水位的影响大,对东三旗井逸 出气Hg的影响大,影响的关键是水文地质条件,提出防止与减轻这些影响的对策是严格控 ?


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