广西浅层地温能资源潜力评价及开发利用模式探讨

广西赋存丰富的浅层地温能资源。文章在分析广西地级市浅层地温能赋存条件的基础上,经过野外现场钻探及热响应试验研究,获取了地层岩性及热物性等相关参数,并对这些城市的浅层地温能资源量进行分区计算,结果显示,广西地级市在200m深度范围内的浅层地温能总热容量为14.91×10~(14)kJ/℃。地下水热泵系统换热功率为41.0×10~6kW,地埋管热泵系统换热功率为85.18×10~6kW。同时,针对冬无严寒、夏季炎热的浅层地温能制冷及制热水耦合开发利用模式进行分析,为广西的浅层地温能开发利用提供参考。     

泗河冲洪积扇松散岩土体地温场自恢复能力研究

泗河冲洪积扇区域分布厚层松散岩土体,浅层地温能开发利用潜力巨大,查明地温场的温度自恢复能力并分析其影响因素,对地源热泵工程换热器的设计具有重要参考价值。笔者开展了多组现场热响应试验,并采用高精度测温线缆,长期监测地埋管换热器周边不同岩性、不同深度岩土体温度变化情况,以查明其变化规律。研究表明:在同种工况下,砂性土的温度恢复能力要远强于粘性土,地温的恢复主要发生在负荷停止的初期。研究区粘性土温度自恢复能力差,岩土体热物性参数、地下水径流条件、埋管循环水温度、气温及变温带深度是影响地温场恢复能力的因素。     

龙口市浅层地温能赋存条件及开发适宜性分区

浅层地温能作为绿色可再生能源,若能得到广泛应用可大大降低城市建筑能耗、缓解环保压力。本文通过现场热响应试验、水文地质钻探与调查研究,查明了龙口市研究区范围内地层的热物性参数、水文地质条件、地温场特征及浅层地热赋存条件,结合层次分析法与指标法展开适宜性分区,并得到以下研究成果：研究区浅层地温能主要分布于深层黏土、砂层及基岩中;钻孔平均导热系数为2.11W/m·K,平均换热量为42.53W/m;研究区地下水型换热系统适宜区面积为0.995km2,适宜性中等区面积为29.21km2,适宜性差区面积为34.795km2;地埋管型换热系统适宜性中等区面积为59.886km2,适宜性差区面积为4.94km2。     

章丘区浅层地温能资源研究与评价——以地埋管换热方式为例

通过对章丘区浅层地温能赋存条件的研究,结合现场热响应试验、岩土样品测试等数据,采用层次分析法和指标法对研究区进行了地埋管地源热泵系统开发利用适宜性分区,并概算了浅层地温能资源量、评价了开发利用资源潜力、进行了经济和社会效益分析。结果表明:适宜性区面积76.38km²,占研究区面积的95.48%;适宜区内120m以浅浅层地温能热容量21.3228×10¹²kJ/℃。研究区全部利用地埋管地源热泵系统,夏季可制冷面积5353.1278×10⁴m²,冬季可供暖面积6504.6662×10⁴m²。浅层地温能开发利用潜力巨大,经济和社会效益明显。     

山东省黄河北松散地层现场热响应试验数据分析及应用

现场热响应试验是获取岩土体热物性参数的主要方法之一,可为地源热泵工程中地埋管换热器类型及长度的选择、浅层地热能评价和开发利用提供基础数据。该文系统介绍了现场热响应试验的目的、技术方法、数据处理方法,并以位于山东省茌平地区的现场热响应试验为例,介绍了试验现场的实验过程、试验数据分析及应用。确定了在钻孔间距4～5m时单位延米换热量最佳,并以2号孔为例,采用非稳态数值模型计算了冬季延米换热量为-29.4W/m、夏季延米换热量为41.3W/m。     

肥城市城市规划区浅层地温能开发利用适宜性评价

在充分收集基础地质、水文地质、地热地质等资料基础上,结合钻探施工、现场热响应试验测试、井温测量、实验室测试等手段,对奥陶纪碳酸盐岩类裂隙岩溶水水位埋深、水温展布进行了测量,确定水位埋深在65～75m,埋深最大者位于白云山公园南、沙窝社区西南一带,埋深达约100m。平面地温最高温分布于研究区西部,西大封—朱庄—金槐—冉庄村一带,温度达到18℃以上。对肥城市城市规划区浅层地温能开发利用进行了适宜性评价,地下水地源热泵适宜中等区位于大面积地区,适宜差区位于泰肥铁路以北、白云山公园、龙山公园、母猪山一带。地埋管地源热泵适宜中等区位于大面积地区,适宜差区位于白云山公园、龙山公园一带的生态保护区。肥城市城市规划区浅层地温能资源丰富、开采条件便利,潜力巨大,具有良好的发展浅层地温能的基础条件。     

德州市浅层地温能资源潜力评价

随着我国社会经济的快速发展,对能源的需求大幅增加,供需矛盾越来越突出,煤炭、石油、天然气等常规能源的大量消耗对环境造成的压力也越来越大。浅层地温能是一种可再生的新型环保能源,逐步受到各级政府及社会各界的重视。通过对德州城区浅层地温能赋存条件的分析,利用试验测试数据对浅层地温能热容量进行了计算,并在适宜性分区在基础上,进行了浅层地温能资源潜力评价。结果表明,德州城区120 m深度内浅层地热容量为8.525×10~(13)k J/℃,相当于291万t标准煤。整个德州城区为地下水换热系统不适宜区,而适宜地埋管换热系统。在地埋管换热系统适宜区内,120 m深度范围内考虑土地利用系数,计算得出夏季换热功率为339.18万k W,冬季换热功率为343.22万k W。夏季可制冷面积4.845×10~7m~2,冬季可供暖面积6.240×10~7m~2。     

基于层次分析法的浅层地温能适宜性研究——以南宁市为例

浅层地温能是一种可再生的新型绿色能源,也是一种特殊的矿产资源,利用前景广阔。文章根据南宁市地形地貌、气候特征、水文地质特征、地温场分布,对南宁市浅层地温能资源赋存状况进行了分析,并运用层次分析法确定了浅层地温能适宜性分区评价体系中的各评价指标的权重。在此基础上,基于GIS平台的空间分析模块进行地下水水源热泵和地埋管土壤源热泵适宜性分区研究。结果显示,地下水式地源热泵适宜区面积为109.8 km2,集中在地下水丰富、回灌能力强的地区;地埋管地源热泵适宜区面积为108.8 km2,分布在施工条件较好,并且岩土综合热传导系数和比热容较大的地区,这些地区地层的换热能力和蓄热能力较强,钻进条件良好,开发利用的经济效益较好。     

淄博市周村区浅层地温能开发利用资源潜力评价

通过对周村区浅层地温能赋存条件的研究,结合岩土样测试等数据的分析,运用层次分析法对研究区进行了开发利用适宜性分区,同时进行了浅层地温能开发利用资源潜力评价及经济效益分析。结果表明:适宜性中等区面积共53.89km~2,占研究区面积的89.76%;研究区内全部应用地埋管地源热泵系统,夏季可制冷面积873.57×10~4 m~2,冬季可供暖1 265.80×10~4 m~2。因此,研究区浅层地温能开发利用潜力大,可带来巨大的经济效益。     

指标法与层次分析法在浅层地温能适宜性评价中的应用讨论

浅层地温能是蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能,浅层地温能具有可再生、环保、经济、寿命长等特点。本文以指标法和层次分析法为分区方法,通过对莱阳市城区浅层地温能赋存条件的研究,并结合相关的测试分析数据,开展浅层地温能开发利用适宜性分区(开发利用方式以地埋管换热系统为例),最终将2种方法得出的结果进行对比分析。通过指标法进行适宜性分区,得出的分区结果为:评价区全区均为地埋管换热适宜性中等区,面积55.0km~2;通过层次分析法进行适宜性分区,得出的分区结果为:地埋管换热适宜性分区划分为适宜性中等区和适宜性差区,其中适宜性差区仅在评价区内东北方向小面积出露,面积约为1.1km~2,约占全区面积的2.0%,其他区域均为地埋管换热适宜性中等区,面积约为53.9km~2,约占全区面积的98.0%。通过对比2种方法得出的分区结果并结合评价过程中选取的评价指标、使用的评价方式等,得出如下结论:2种方法评价的结果相近,但层次分析法考虑到的因素更加全面,方法更加科学,使用更加灵活,取得的评价分区结果更加准确。     

鲁西南平原区第四纪全新世地层划分

鲁西南平原区第四纪全新世地层自下而上划分为5个组：下部为黑土湖组,中部为同期异相的巨野组、单县组、鱼台组,上部为黄河组。熏土湖组为全新世早-中期湖沼相沉积的灰-灰黑色粘土类粉砂质粘土,含大量淡水螺蚌介壳;巨野组为全新世黄河早期沉积,由褐黄色粉砂夹棕红色粘土组成;单县组为黄河古决口扇、古河道沉积,岩性主要为细砂、粉砂;鱼台组为黄河古决口扇前缘洼地沉积,岩性为-套棕红色粘土,局部夹粉砂土。黄河组为黄河现代河床及河漫滩沉积,由灰黄色粉砂土、粘质砂土夹粘土层及砂土组成。     

地埋管换热影响岩土体传热因素及热影响范围分析

该文介绍了地埋管换热器传热模型,对影响地下岩土体传热的地埋管换热功率、持续时间、热泵机组运行的方式与模式、换热器规格、管外回填材料以及地质-水文地质条件等因素进行了探讨,认为周围岩土体热响应范围大小与换热功率大小和持续时间长短、管外回填材料和周围岩土体导热性能高低呈正相关性,热泵机组间歇运行方式有利于地温场的及时恢复,冬季制热夏季制冷模式能削弱单一负荷聚集产生的热影响程度,同等能条件下双U型De32地埋管较单U型De25地埋管热影响范围要大。由于地埋管换热器吸热或放热不平衡而引起的冷热量累积效应,渗流速度越大,热影响范围则越大。济南东部碎屑岩区某模拟夏季工况试验表明,其他条件相同的前提下,8 k W换热功率持续运行,以换热孔为中心,岩体温度响应速率和影响幅度与径向距离成负相关性,距离越近,响应速率和影响幅度越大,反之就越小;47天后,地埋管换热器热影响范围大于5m。     

Laboratory and field experiment on measurement of soil thermal conductivity by probe method

The authors presented a new measuring method of the soil thermal conductivity,the probe method,which is designed and made based on the theory of line heat source. This method is used to measure thermal conductivity of coarse sand,fine sand and silty clay in different water contents. The results that measured by the probe method are well consistent with those of QTM-D_2. The soil thermal conductivity increases in different levels with the increase of the water content. Compared the soil thermal conductivity measured by the probe method in laboratory with in-situ experiment,it shows that the measuring gap gradually increases with the increase of the depth. The reason is that the in-situ measuring thermal conductivity can reflect the actual situation of the soil mass.     

临沂市柳航头地区地热资源特征研究

区域地质调查和地热地质勘探资料显示,临沂市柳航头地区区域构造发育较强烈,大气降水通过构造破碎带向地下深部运动,深部寒武-奥陶纪灰岩岩溶地层厚度可达1 500余米。区域地下水在深部渗透性较好的岩溶地层内径流,向柳航头地区运动过程中,不断受到地球深部热源的地温加热而形成地热水,寒武-奥陶纪岩溶地层成为热储层,其上覆地层导热率较低,是较好的盖层。结合研究区内的地热井深部测温数据和地热水化学特征数据,建立柳航头地区地热概念模型。     

Numerical Simulation for Shallow Strata Stability of Coral Reef in the Southwest of Yongshu Reef (South China Sea)

In recent years, infrastructure construction on coral reefs has been increasingly developed. Therefore, the shallow strata stability of coral reefs in the South China Sea should be evaluated. This study aims to investigate the profiles for the shallow strata of coral reefs in the southwest of the Yongshu Reef, particularly in the hydrodynamic marine environment, and to establish a geological model for numerical simulation using Geo-Studio. The shallow strata of the coral reefs include mass gravel, sand gravel, mid-coarse sand, silty sand, fine sand, and reef limestone. The shallow reef slope near the lagoon is similar to a ‘layer cake', in which the side close to the sea is analogous to a ‘block cake'. The simulation results showed that coral reef stability depends on wave loads and earthquake strength and on the physical properties of coral reefs. The factor of safety for the outer reef is greater than 10.0 under static, wave, and seismic conditions; this indicated that the outer reefs were less affected by waves and earthquakes. However, the factor of safety next to the lagoon varied from 0.1 to 5.3. The variation was primarily caused by the thick strata of coral reefs close to the sea(reef limestone, typically with the thickness 10 m and equivalent to a block). The soil and rock layers in the coral reef strata with thicknesses 10 m showed weak engineering geological characteristics. Our findings can provide useful information to future construction projects on coral reefs.     

干热岩勘查评价指标与形成条件

干热岩具有利用率高、无污染、储量巨大、分布较广、持续稳定、安全性好等特点,被全球公认为在21世纪能够取代化石能源的一种最优质的、可再生的新型清洁能源。目前对于干热岩的成因机理还没有定论,而对于干热岩的勘探寻找、远景区的圈定以及资源评价也有不同的观点,为了有利于干热岩勘探开发,本文在综述前人研究工作基础上,总结归纳了干热岩勘查评价指标,几个重要的指标及其特征如下。第一个指标是岩石圈厚度和莫霍面埋深,岩石圈厚度较小并且莫霍面埋深比较浅,是评价干热岩远景区的一个重要指标。莫霍面埋深较浅指示深部热源（幔源热）更加接近地表,故埋深较浅（较薄的厚度）并具有上隆的特征有利于深部的热量向上传导,为干热岩的孕热环境提供良好的条件。第二个指标是居里等温面,埋深较浅的居里等温面是干热岩远景区一个重要的评价指标。居里等温面是地球内部一个非常特殊的温度（热物质）界面,它不仅能指示地下温度场的分布特征,还可指示地壳深部热能分布特征,对干热岩及地震的成因研究具有十分重要的意义;如果居里面埋深较浅,则热量传导到地表的距离比较短,深部的热流活动更容易向地表传送,不仅是有利的高温干热岩孕热环境,也有利于储存的热能快速向上传导。第三个指标为地温梯度,地温梯度较大是寻找干热岩远景区的一个重要指标;如果一个地区具有较高的地温梯度（≥ 35℃/km）,则随着深度的增加深部的地温增加较快,在相对较浅的地方就可以获得温度较高的岩石体。第四个指标是大地热流,大地热流值较大（≥ 75 mW/m2）就指示地球深部有存在高温岩石体的可能;大地热流是地温场的综合性热参数,能够准确地反映区域内的地温场特征。第五个指标是新构造运动,这也是人们寻找干热岩时容易忽略的一个重要指标。新构造运动包括火山、地震及活动断裂构造等。地震和火山是极具破坏性的自然灾害,两者的发生都表明了地球内部的热能汇聚到一定程度,从而打破了地球内部平衡状态而以地震或火山的形式把热量进行释放的地球系统行为。该指标中,如地震震级大（>3级）、震源深度浅（10~15 km）、频度大,火山活动时间新（活火山、休眠火山、中新世以来的死火山）规模大都说明地球深部存在不稳定的高热状态,易形成干热岩;如果能提前找到该区域的干热岩,可以先取出其中的热,那么地震和火山就有可能不会发生,这样可以达到取热减灾减排的作用。活动的深大断裂即能产生一部分热,也能将深部的热传输到浅部,尤其是活动性强的走滑拉张断裂,其深部具有韧性剪切特征,直接指示了深部的高温体的存在。第六个指标是高温温泉与气田等。温泉、气田的形成通常与深部的热储关系密切,一般认为地下水沿某个通道向下渗透接触到深部高温热储被加热后再沿某一通道流出地表而形成温泉;所以,温泉的出露指示了深部存在高温的岩石体（干热岩）;区域地温场异常明显,地表热泉等高温水热型地热田较密集的区域有望在深部寻找到干热岩,这也是一种就热（水热）找热（干热）的常规方法。作为固体矿产资源的干热岩,其形成具备四个必要条件:源、通、储、盖。第一个条件是要有丰富的动态热源如来源于深部地幔（幔源热）,来源于晚新生代活动的控热构造系统-活动的韧性剪切带,来源于地壳内的低速低阻体（中下地壳热）以及来源于高放射性中新生代花岗岩体（壳源热）。第二个条件是要有优良的导热通道,如壳内15~25 km低速层不仅是热源,同时具有将深部地幔热能向上传导的作用;软流圈地幔上隆时具活动性的深大断裂（深部具韧性特征、浅部具脆性特征）常常具有很好的导热功能;地壳浅表层次的脆性断裂系统往往不是干热岩的热通道,而是水热型地热能的导水、释热构造。第三个条件是要有巨大的储热岩石体,除埋深要适中（3~6 km）并具有较高温度（≥150℃）外,其规模要大（蕴含丰富的热能）,热导率大（>2 W/mK）,裂隙少（不含水或含少量不流动的水）;当然热储层可以是变质岩、岩浆岩,也可以为沉积岩。第四个条件是要有良好的保热盖层,盖层（被子）导热率低（< 2 W/mK）、厚度适中（>1 km）（具有良好的保温效果）,地温梯度高（≥40℃/km）、大地热流值高（≥70 mW/m2）（指示深部存在高温特征）是深部赋存有高温地热资源的必要条件。      

鱼台凹陷边部玄武岩覆盖区地热勘探方法及应用效果

研究区位于鱼台凹陷边部,上覆较厚的沉积地层,为地热形成提供了良好的盖层,热储层为奥陶纪马家沟群,其顶板埋深均超1000m,最大埋深可达3000m。理论上在该地区开展地震勘探寻找目标体是一种效果较佳的物探方法,但地表下约300~600m隐伏新生代玄武岩,其对地震波具有强屏蔽作用,造成玄武岩下伏地层的地震反射信息很弱,甚至无地震反射信息,严重影响玄武岩下伏地层的成像效果;CSAMT法在该低阻沉积地层覆盖区电磁信号同样存在低阻屏蔽,衰减很快,近场效应明显,勘探深度不超过1000m。本文以区域重力场对嘉祥断裂初步推断为基础,大地电磁测深（MT）为主,常规电测深为佐证的物探手段,能够较好地降低玄武岩及低阻屏蔽的影响,提高深部勘探能力,划分地热盖层与热储层的分界线,圈定导热导水构造,最终获得鲁西南地区温度最高的灰岩热储地热井。     

利用层次分析法评价东营市浅层地热能适宜性

利用定性、半定量相结合的层次分析法(AHP),建立地埋管换热系统适宜性递阶层次结构模型,在野外试验、室内测试等基础数据的基础上,选取地下水埋藏深度、砂层厚度、成孔难易程度、地面沉降、热扩散率、比热容、综合热导率等7个评价指标,将东营市浅层地热能开发利用划分为适宜区、较适宜区。这是东营地区第一次利用实测数据开展浅层地热能适宜性评价,为今后的合理开发利用提供了科学依据。