梧桐庄深部地热资源成热机理研究
发布时间：2021-08-20 03:34
一直以来,国内外专家学者对梧桐庄矿区深部地热异常的成因存在争议。本文在总结前人观点及成果的基础上,选用大地热流值及地温增温率两个判定指标。通过矿区范围内34眼钻孔测温数据、ZK-1地热探测孔测温数据及岩心样品热导率测试结果,结合钻井测温曲线形态,确定了矿区地下水活动状态、矿区内热异常与构造的关系。在此基础上,利用分段法求取梧桐庄矿区的大地热流值,计算时以对应井段岩心样品的加权平均厚度和稳态测温数据为基础,利用回归方程分段分层求取分段热流值,并以各段加权平均值作为钻孔大地热流值。矿区热流值计算结果为54.08 mW·m,而各段热流值数据符合回归规律,证明梧桐庄深部地热资源属传导-对流型成热机理,并在局部层位受构造、地下水控制。
【文章来源】：中国资源综合利用. 2020,38(11)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
梧桐庄矿区测温钻孔地质简图
根据钻井测温曲线,可以判断矿区内测温井段热传导属性或地下水活动状态。热传导条件下,排除矿区地表饱气带(即地下水位以上)后,测温曲线表现为全井段线性及分段线性[4],梧桐庄矿区内2206孔及1501孔即为全井段线性,证明在钻孔揭露地层中地下热流为稳定的热传导,地热增温率稳定。相比之下,ZK-1孔则体现出分段线性,详情如图3所示。测温曲线在低渗透性封堵盖层及低渗透性隔水层呈分段线性,曲线斜率(地温增温率为3.0～3.1 ℃/100 m),当到达高渗透对流层(即矿区奥灰段强含水层,单位涌水量可达10 L/(s·m))时,测温曲线偏离线性,呈下凹形态,(地温增温率为-0.5～0.7 ℃/100 m),通过奥灰段高渗透对流层后测井曲线随即恢复分段线性,由图3中ZK-1孔测温曲线可知,地温增温率分段性明显,且底部段与顶部段的地温梯度相似(上3.0;下3.1),中间段为低地温梯度的奥灰段(0.7 ℃/100 m)。通过对ZK-1孔岩芯进行观察和测试,结果发现,下段岩性为寒武系白云岩,热导率为4.625 W/(m·K),中段岩性为奥陶系灰岩,热导率为4.645 W/(m·K),上段岩性为石炭系砂岩,热导率为5.133 W/(m·K)[5],三者热导率相差较小,但由于中段奥陶系含水层为区域性强含水层,岩溶发育且岩层渗透性极好,因此ZK-1孔地温曲线分段性不是测温段内岩石热导率差异所致,而是地下水活动所致。而梧桐庄矿区异常点多出现在奥灰浅部及石炭系下部,其原因为中段奥陶系为承压含水层,顶、底压力较大,地层中断裂导通引起了层内地热流体向上流动,将深部地热传导至上部渗透性较差的岩层,从而加热奥灰系强含水层上覆地层,形成地热异常。由此可初步判断,矿区深部导热模式为热传导-对流模式。
表2 梧桐庄矿区钻孔测温数据 序号 孔号 终孔温度(℃) 全孔地温梯度(℃/100 m) 1 补1 26.90 1.37 2 补2 34.50 1.66 3 补3 37.70 2.14 4 补5 31.00 1.47 5 补6 38.50 2.11 6 补7 32.20 1.71 7 补8 30.90 1.72 8 补9 36.90 2.06 9 补10 31.50 1.59 10 1305 37.00 2.80 11 1501 43.00 4.11 12 1707 41.00 2.79 13 1007 40.00 2.81 14 802 33.00 2.09 15 703 36.00 2.56 16 5-74 28.00 1.48 17 1102 32.00 1.73 18 1303 36.00 2.73 19 1702 36.00 3.09 20 22-34 24.50 2.51 21 O2观测孔 31.60 1.96 22 回灌1孔 38.90 1.92 23 西风井检孔 24.20 1.89 24 补12 41.60 2.29 25 补13 44.70 2.12 26 3号回灌孔 36.43 1.76 27 201工作面注3-1孔 37.80 2.34 28 201工作面注4孔 42.25 2.85 29 注2-2孔 37.90 2.59 30 201工作面注1孔 38.70 2.45 31 2号回灌孔 39.40 2.00 32 2-2孔 39.10 2.34 33 注4孔 40.80 2.31 34 注7孔 43.30 2.34通过计算可知,梧桐矿区内,煤系以上层段地温增温率为1.51～3.48 ℃/100 m;煤系地层段地温增温率为1.00～4.07 ℃/100 m;奥陶系灰岩地层段地层地温增温率为0.00～0.70 ℃/100 m;寒武系-太古界地层段地层地温增温率为3.1 ℃/100 m。
本文编号：3352727
【文章来源】：中国资源综合利用. 2020,38(11)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
梧桐庄矿区测温钻孔地质简图
根据钻井测温曲线,可以判断矿区内测温井段热传导属性或地下水活动状态。热传导条件下,排除矿区地表饱气带(即地下水位以上)后,测温曲线表现为全井段线性及分段线性[4],梧桐庄矿区内2206孔及1501孔即为全井段线性,证明在钻孔揭露地层中地下热流为稳定的热传导,地热增温率稳定。相比之下,ZK-1孔则体现出分段线性,详情如图3所示。测温曲线在低渗透性封堵盖层及低渗透性隔水层呈分段线性,曲线斜率(地温增温率为3.0～3.1 ℃/100 m),当到达高渗透对流层(即矿区奥灰段强含水层,单位涌水量可达10 L/(s·m))时,测温曲线偏离线性,呈下凹形态,(地温增温率为-0.5～0.7 ℃/100 m),通过奥灰段高渗透对流层后测井曲线随即恢复分段线性,由图3中ZK-1孔测温曲线可知,地温增温率分段性明显,且底部段与顶部段的地温梯度相似(上3.0;下3.1),中间段为低地温梯度的奥灰段(0.7 ℃/100 m)。通过对ZK-1孔岩芯进行观察和测试,结果发现,下段岩性为寒武系白云岩,热导率为4.625 W/(m·K),中段岩性为奥陶系灰岩,热导率为4.645 W/(m·K),上段岩性为石炭系砂岩,热导率为5.133 W/(m·K)[5],三者热导率相差较小,但由于中段奥陶系含水层为区域性强含水层,岩溶发育且岩层渗透性极好,因此ZK-1孔地温曲线分段性不是测温段内岩石热导率差异所致,而是地下水活动所致。而梧桐庄矿区异常点多出现在奥灰浅部及石炭系下部,其原因为中段奥陶系为承压含水层,顶、底压力较大,地层中断裂导通引起了层内地热流体向上流动,将深部地热传导至上部渗透性较差的岩层,从而加热奥灰系强含水层上覆地层,形成地热异常。由此可初步判断,矿区深部导热模式为热传导-对流模式。
表2 梧桐庄矿区钻孔测温数据 序号 孔号 终孔温度(℃) 全孔地温梯度(℃/100 m) 1 补1 26.90 1.37 2 补2 34.50 1.66 3 补3 37.70 2.14 4 补5 31.00 1.47 5 补6 38.50 2.11 6 补7 32.20 1.71 7 补8 30.90 1.72 8 补9 36.90 2.06 9 补10 31.50 1.59 10 1305 37.00 2.80 11 1501 43.00 4.11 12 1707 41.00 2.79 13 1007 40.00 2.81 14 802 33.00 2.09 15 703 36.00 2.56 16 5-74 28.00 1.48 17 1102 32.00 1.73 18 1303 36.00 2.73 19 1702 36.00 3.09 20 22-34 24.50 2.51 21 O2观测孔 31.60 1.96 22 回灌1孔 38.90 1.92 23 西风井检孔 24.20 1.89 24 补12 41.60 2.29 25 补13 44.70 2.12 26 3号回灌孔 36.43 1.76 27 201工作面注3-1孔 37.80 2.34 28 201工作面注4孔 42.25 2.85 29 注2-2孔 37.90 2.59 30 201工作面注1孔 38.70 2.45 31 2号回灌孔 39.40 2.00 32 2-2孔 39.10 2.34 33 注4孔 40.80 2.31 34 注7孔 43.30 2.34通过计算可知,梧桐矿区内,煤系以上层段地温增温率为1.51～3.48 ℃/100 m;煤系地层段地温增温率为1.00～4.07 ℃/100 m;奥陶系灰岩地层段地层地温增温率为0.00～0.70 ℃/100 m;寒武系-太古界地层段地层地温增温率为3.1 ℃/100 m。
本文编号：3352727
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