安徽省霍邱县西梢铁矿地热资源的估算与评价

王奎，丁美青

安徽省霍邱县西梢铁矿地热资源的估算与评价

王奎，丁美青

（安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽 六安 237000）

结合安徽省霍邱县西梢铁矿地热资源研究区实际情况，建立热储概念模型，选定模型各项参数，计算西梢铁矿热储地热资源量和可开采利用资源储量。对西梢铁矿地热资源开发利用经济性和地热流体温度综合利用进行评价，为地热资源的开发利用提供资源依据。

地热资源；热储概念模型；热储地热资源量；可开采利用资源储量

1 工作区概况

西梢铁矿地热普查区位于安徽省霍邱县王截流乡屠老圩村，距霍邱县城西北方向30km。G105国道、商景高速、阜六铁路从勘查区西侧8～10km经过，淮河从勘查区北端经过，距周集港约3km，水路可通往淮南、蚌埠等地。区内交通较为方便。

工作区位于淮河南岸沿淮冲积平原，微地貌为河漫滩。区域构造位于淮阳山字型构造脊柱东侧的长山隆起与正阳关拗陷过渡带，地层属华北区淮河分区淮南小区，区内除西南部长山一带有零星青白口系、震旦系和寒武系出露外，余者均为第四系覆盖，其下分布有较大面积的新太古界霍邱群变质岩系和中生代地层（马冬等，2015）。

2 区域水文地质条件

霍邱铁矿区北部广泛分布第四系砂性土，赋存孔隙水。西部四十里长山丘陵区分布有碳酸盐岩，岩溶较发育，为岩溶地下水赋存和运移提供了条件。中部第四系下伏变质岩类岩石，含较贫乏裂隙水。风化带含稍富风化裂隙水。东部第四系下伏广泛分布中生代红层，含水贫乏。

压扭性断裂构造发育，主要为北西西向及北北东-北东向两组，多被充填，一般富水性较差。部分张性、张扭性断裂带富水性较强。四十里长山构造剥蚀丘陵区位于区域西南部，接受降雨补给。区内河漫滩、Ⅰ、Ⅱ级阶地地形较平坦，为大气降水及地表水入渗孔隙水提供了有利条件（岳杨，2020）。

图1 西梢地热概念模型示意图

3 西梢铁矿地热资源估算与评价

3.1 热储概念模型的建立

3.1.1 地下水补、迳、排条件

工作区西南部20km长山丘陵为基岩裸露区。露头区风化带与下伏风化带呈连续似层状分布，南高北低，西高东低。基岩裸露区降雨补给地下水沿风化带由西南向东北运移，至排出区外，途中部分地下水通过“天窗”向中、下更新统越流补给；随着霍邱铁矿大量开发，越流补给或已消失，主要向矿坑排泄。第四系浅层孔隙水与淮河水还存在着互补关系。

3.1.2 热储概念模型

地热储模型由热源、导热通道、储热层、盖层四个要素组成。要素简化模型见图1。

断层F5可能为本地区的地热流体提供了通道。该断层为张性，产状30°∠80°，富水性较强；局部被岩脉充填或胶结愈合，富水性差（王有权等，2012）。

热储层为霍邱群吴集组，岩性主要为斜长角闪岩、黑云斜长变粒岩。热储平面形态为一喇叭形带状，热储中部由西向东有一呈楔形弱透水层分布，将热储分为上下两层，往东至9线上下两层热储层局部连通，至11线中间弱透水层尖灭。

盖层为第四系，厚度326.94～374.2m，上部80～100m为Q4、Q3的粘性土为主，中部有9～12层砂与粘性土互层，下部有厚度30～60m含钙质粘土，局部见钙胶结砂岩。第四系粘性土导热导水性能差，为热储层盖层（程立群等，2020）。

图2 ZK01钻孔柱状图

3.2 估算参数

3.2.1 地热孔参数

通过搜集汇总工作区钻孔地质报告（截取-374.5m至-1000.69m部分（图2）、测井和水文实验数据（表1），总结形成如表2所示的地热井参数。

表1 ZK01抽水试验成果一览表

3.2.2 热储模型参数

根据前述内容计算得知热储体积V=635324943m3；热储岩石的温度tr=63.45℃；地热流体的温度tw=62℃；恒温带温度t0=17.5℃；岩石的裂隙率φ=0.366%；工作区岩石的平均天然密度为2.69g/cm3（2690kg/m3），平均比热容0.44 kJ/kg·K。根据地热规范查表得62℃水的密度为982.06kg/m3，比热为4.18kJ/kg·K。

3.3 热储量计算

3.3.1 热储岩石的储热量

根据计算公式： Qr=V·ρr·Cr(1-φ)·(tr－t0)

式中：Qr为热储岩石的储热量；V为热储体积；ρr为热储岩石的平均天然密度；Cr为热储岩石的平均比热容；φ为热储岩石的裂隙率；tr为热储岩石的温度；t0恒温带温度。

计算得出热储岩石的储热量Qr为3.443×1013（kJ）。

表2 地热井参数一览表

3.3.2 地热流体的储热量

（1）地热流体储量

在不考虑测向补给的情况下，地热流体储存量由静储量和弹性储量两部分组成。其中弹性储水量由颗粒骨架和水体压缩量决定的，由于地热流体赋存在坚硬基岩裂隙中，骨架可视为不可压缩的刚性体，仅水体本身可压缩的，这部分弹性储水量占总储水量的比例很小，本次地热流体储量计算将其忽略。

根据计算公式： QL＝V·φ

式中：QL为地热流体储量；V为热储体积；φ为热储岩石的裂隙率。

计算得出地热流体储量QL为2 325 289m3。

（2）地热流体储热量

根据计算公式： QW=QL·ρw·Cw·(tw－t0)

式中：Qw为地热流体储热量；QL为地热流体储量；ρw为62℃水的密度；Cw为62℃水的比热；tw为地热流体的温度；t0恒温带温度。

计算得出地热流体储热量Qw为4.25×1011kJ。

（3）热储地热资源量（控制的）

根据计算公式： Q上＝Qr+QW

式中：Q上为热储地热资源量（控制的）；Qr为热储岩石的储热量；QL为地热流体储量；

计算得出为热储地热资源量（控制的）Q上为3.447×1013kJ，换算成电能为9.575×109kW·h。按工程上1kW·h相当于0.5kg煤计，即西梢地热田矿权范围内总地热资源量相当478.8万吨煤释放的热量。

3.4 可开采利用地热资源储量估算

工作区热储岩层均为变质岩，裂隙发育，根据《地热资源评价方法》（DZ40－85）地热资源回收率经验值，参照花岗岩回收率0.05～0.1，取中值0.075，可开采利用资源储量为Q可采为2.585×1012kJ。换算成电能为7.18×108kW·h。

按工程上1kW·h电相当于0.5kg煤计，即西梢地热田矿权范围内可开采利用地热资源量相当35.9万吨煤释放的热量，按每吨煤300元计算，合人民币1.1亿元。

按开采利用地热储量计算年限为100年，每年按250天计，相当热能：Q热能＝Q热量/t时间，将各参数代入公式得Q热能为1.20MW。

表3 地热资源经济性划分表

按《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615-2010）分级标准，地热田规模等级为小型。

3.5 地热资源开发利用评价

（1）经济性。根据地热井成井深度，对地热资源后续开发利用具有的经济性进行划分（表3）。西梢铁矿地热井ZK01深度为1000.69 m，属经济范畴（马荣图等，2021）。

表4 地热资源综合利用分级表

（2）地热流体温度综合利用。根据现行地热资源勘查规范，可对地热流体进行温度分级（表４）。西梢铁矿地热资源温度为62℃，属低温地热资源，可应用于理疗、洗浴和温室（吕雅馨等，2020）。

通过上述地热资源的计算和评价，分析西梢铁矿地热资源的热储特征，可为后续地热资源的开发利用提供坚实的理论依据（吴显国，2020）。

4 结论

（1）过建立热储概念模型，计算得出：西梢铁矿地热资源热储地热资源量（控制的）Q上为3.447×1013kJ，换算成电能为9.575×109kW·h，相当于478.8万吨煤释放的热量。可开采利用资源储量为Q可采为2.585×1012kJ。换算成电能为7.18×108kW·h，相当于35.9万吨煤释放的热量。

（2）工作区地热成井深度为1000.69m，属经济范畴。

（3）工作区地热水为低温地热资源，可用于理疗、洗浴和温室。

马冬，吴国荣，李勇．2015．安徽省安庆市市区地热资源特征与前景分析[C]//华东六省一市地学科技论坛．

岳杨．2020．鞍山汤岗子地热水区地热地质条件分析[J]．东北水利水电，38 (11)：65-66．

王有权，魏林森．2012．甘肃省天水市中滩地热赋存特征及成因[J]．地下水，34(001)：14-16．

程立群，徐一鸣，杜立新，郝文辉，聂晨光，谢吾．2020．冀东燕山中段地热地质条件分析与资源潜力评价[J]．矿产勘查，11 (12)：71-80．

马荣图，李学森．2021．西安市临潼区渭水曲项1-1井储层特征与地热资源评价[J].四川地质学报,41(01):62-66.

吕雅馨，骆祖江，徐成华．2020．南京汤山地区地热水资源评价[J]．吉林大学学报(地球科学版)，50(06)：232-241．

吴显国．2020．黟县打鼓岭地区地热资源成因浅析[J]．甘肃冶金，42 (05)：100-102．

Estimation and Evaluation of Geothermal Resources in the Xishao Iron Mine, Huoqiu County, Anhui Province

WANG Kui DING Mei-qing

(The 313rd Geological Team, Anhui Bureau of Geology and Mineral Exploration, Lu’an, Anhui 237000)

A concept model of the thermal reservoir in the Xishao iron mine is established based on its geological conditions. Resources and exploitable resource reserve of the thermal reservoir is estimated by the selected parameters of the model. The feasibility of development and utilization of the geothermal resources and comprehensive utilization of geothermal fluids are evaluated.

geothermal resource; thermal reservoir; concept model; exploitable resource reserves

P624.6

A

1006-0995（2022）01-0041-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.01.008

2021-04-07

王奎（1988— ），男，河南郑州人，工程师，主要从事水工环地质技术与管理工作