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聊城市城區地熱地質特征與地熱資源開發利用

更新時間：2022-01-11　點擊量：2132

?聊城市位于山東省西部，歷史悠久，享有“古運之都，江北水城"之稱。聊城市城區具有地熱資源形成的天然條件，地熱資源豐富。近年來聊城市城區地熱資源開發利用規模不斷增大，在供暖、醫療洗浴、旅游開發等方面得到廣泛利用。科學、合理地開發利用地熱資源，對發展經濟、保護環境、提高人民生活水平具有重要的意義。

??1 區域地質背景聊城市城區大地構造位于魯中隆起與臨清拗陷結合部，臨清拗陷的東南邊緣，聊考斷裂的西側。

??1.1 地層。

??受區域構造影響，聊考斷裂以西沉積了巨厚的新生界地層，厚度在3000m以上。東側發育有古生界奧陶系、石炭—二疊系及新生界地層，新生界地層厚度不足千米。

??奧陶系：巖性以層狀灰巖、泥灰巖、白云質灰巖為主。

??石炭—二疊系：巖性以砂巖、泥巖夾煤層為主。

??古近系：主要發育東營組和沙河街組。東營組為砂巖、泥巖的交互沉積。沙河街組以灰色泥巖為主，次為粉砂巖、細砂巖、油頁巖、碳酸鹽巖的細碎屑巖沉積。

??聊城市城區地熱地質特征與地熱資源開發利用斷裂西側沉積了巨厚的新近系、古近系地層；斷裂東側缺失古近系地層，新近系地層發育也不*，下伏石炭—二疊系地層。在古潛山石炭—二疊系地層缺失。據聊考斷裂東側聊古1井資料，新近系館陶組發育厚度僅41m，且直接覆蓋于奧陶系地層之上。

??2 地熱地質特征。

??聊城市城區位于聊考斷裂西側，地熱水主要為新近系館陶組和古近系東營組碎屑巖類裂隙-孔隙水。受聊考斷裂及其影響，熱儲層埋藏深度由南東向北西方向逐漸增大，熱儲層厚度亦有自東向西、由南向北逐漸變厚的規律。

??2.1 熱儲層。

??（1）新近系館陶組熱儲層。

??館陶組熱儲層為城區主采熱儲層之一，熱儲層呈層狀展布，含水層巖性以中粗砂巖、含礫粗砂巖為主。熱儲層頂界埋深為900～1100m，底界埋深1200～1400m，厚度300～400m，鉆孔揭露砂巖累計厚度100m左右，孔隙度30%左右。熱儲層地熱水溫度為45℃～53.5℃；單井涌水量502.82m3/d（聊大地熱井）。

??（2）古近系東營組熱儲層東營組熱儲層為城區主采熱儲層之一，巖性為砂巖、泥巖的交互沉積，底界埋深1600～1700m（昌潤金地熱井1606.67m未揭穿），揭露最大厚度238.26m（鑫城地熱井），砂巖累計厚度115m左右，孔隙度26%左右；單井涌水量979.20～1623.272m3/d。

??2.2 蓋層。

??館陶組熱儲蓋層為其上的第四系和新近系明化鎮組地層，總厚度940～1100m。東營組熱儲蓋層為其上的館陶組、明化鎮組、第四系等。蓋層巖性由多層粘性土、砂性土、砂層、泥巖及砂巖組成，隔熱性能好，為良好的熱儲保溫層。

??2.3 熱源及通道。

??熱源主要來自正常的地殼深部熱流，以正常地溫傳導為主。另外，深部熱流通過聊考斷裂上涌也是重要的增溫熱源；同時，聊考斷裂活動產生的熱能也是補給熱源之一。聊百大與聊大地熱井取水層位相當，出水口溫度低5℃，昌潤金地熱井與美景地熱井取水層位相當，出水口溫度低2℃～3℃，為聊考斷裂溝通深部熱源的佐證。

??新近系館陶組熱儲層和古近系東營組熱儲層地熱水以緩慢徑流補給為主，據同位素分析地熱水來自大氣降水，從西、西南部經緩慢徑流補給本區。

??3 地熱水質特征。

??（1）地熱水水化學特征。

??聊大、聊百大地熱井開采層位為新近系館陶組，其地熱水水化學特征：地熱水礦化度為8283.42mg/L、3969.6 mg/L，屬咸水；pH值為7.3、7.9，屬中性水；總硬度（以CaCO3計）為1349.40 mg/L，398.66 mg/L，屬極硬水、硬水；水化學類型均屬Cl?SO4-Na、SO4?Cl-Na型水。

??美景、鑫城、昌潤金地熱井開采層位為新近系館陶組和古近系東營組混合地熱水資源，其地熱水水化學特征為：地熱水礦化度為5035.87～10120.76mg/L，屬咸水-鹽水；總硬度為718.06～1496.61mg/L，屬極硬水；水化學類型屬Cl?SO4-Na型、Cl-Na型水。

??（2）有益的組份或離子地熱水中含有多種對人體有益的組分或離子，其中館陶組地熱水中鍶含量已達到命名礦水濃度（聊大地熱井），偏硅酸、碘含量達到礦水濃度，偏硼酸、氟含量達到了有醫療價值濃度，聊百大地熱井有益組份或離子濃度遠低于聊大地熱井。

??館陶組與東營組熱儲混合開采的美景地熱井鍶?碘含量達到命名礦水濃度。溴?偏硅酸達到礦水濃度，偏硼酸達到有醫療價值濃度。昌潤金與鑫城地熱井有益組分或離子含量相近，碘、偏硼酸、偏硅酸達到礦水濃度，還含有其它有益組分或離子。

??（3）離子的分布特征。

??館陶組與東營組熱儲混合開采時，靠近聊考斷裂地熱井水化學類型簡單，為Cl-Na型（美景地熱井），遠離聊考斷裂為Cl?SO4-Na型（昌潤金、鑫城地熱井）。地熱水中有益組份或離子濃度亦顯示靠近聊考斷裂濃度值高。如館陶組熱儲鍶（聊大地熱井）、館陶組與東營組混合熱儲鍶?

??碘（美景地熱井）含量達到命名礦水濃度。為聊考斷裂傳導深部熱、液及有益組分或離子的有力佐證。

??4 可采資源量。

??（1）地熱資源可開采量估算。

??根據美景、昌潤金、鑫城地熱井對館陶組和東營組熱儲混合開采估算的單位面積可利用的地熱資源量為2.7448×109～5.080×109J/m2，平均4.0437×109J/m2，聊城市城區面積以54.31km2進行估算，聊城市城區可開采地熱資源量為2.196×1014kJ，折合標準煤750.40×104t。

??（2）地熱水可開采量估算。

??根據美景、鑫城、昌潤等地熱井抽水試驗資料，降深20m時的地熱水允許開采量為987.84～1623.27m3/d，平均單井允許開采量為1287.66m3/d[2]

??；地熱井合理井距為1785.2～2489.92m，平均為2217.6m。估算可布設地熱井14眼，城區地熱水可開采量為1.803×104m3/d，合658.1×104m3/a。

??5 地熱資源開發利用的幾點建議。

??（1）地熱資源勘查。

??聊城市城區地熱資源主要賦存于新近系館陶組和古近系東營組砂巖中，并與泥巖互層，斷裂構造會破壞其連續性，降低含水性能，因此在地熱井布設時應盡可能地避開斷裂構造。

??（2）地熱資源開發。

??地熱資源開采時應根據對水溫的要求不同，分層、分段開采地熱水。合理布設地熱井，嚴控單井允許開采量。

??（3）地熱水綜合利用。

??根據地熱水水溫綜合梯級利用地熱資源，充分發揮地熱水的價值。以美景地熱井為例，抽取的地熱水（56℃～58℃）經處理后進行供暖，供暖回水（42℃左右）進行洗浴，洗浴廢水（<35℃）用來沖洗馬桶等。

??地熱水除用于供暖、洗浴外，經適當處理后還可用于熱帶魚養殖、溫室花卉種植、灌溉等。

??（4）地熱資源保護。

??地熱水資源并不是取之不盡用之不竭的，不合理開采，很容易破壞熱儲層，且難以恢復，并誘發次生災害。

??在利用地熱資源造福人類的同時還要注重對其進行保護，控制開采量、進行回灌是保護地熱資源比較有效的方法。

??6 結論。

??（1）聊城市城區開發利用的地熱資源為聊考斷裂以西的新近系館陶組和古近系東營組熱儲層。館陶組熱儲溫度45℃～50℃，礦化度2.97～8.23g/L，單井涌水量502.82m3/d，水化學類型為Cl?SO4-Na。館陶組與東營組混合熱儲溫度51℃～58℃，礦化度5.05～10.12g/L，單井涌水量979.20～1623.272m3/d，水化學類型Cl?SO4-Na型、Cl-Na型水。

??（2）聊考斷裂溝通了深部熱源，開采層位相同時，從聊考斷裂向西水溫逐漸降低，地熱水中Sr、I等有益元素含量降低，水化學類型變復雜。

??（3）新近系館陶組和古近系東營組熱儲補給非常緩慢，開采利用時應合理布設井位、控制單井開采量，有條件時應進行回灌補源，防止過量開采造成熱儲層不可逆轉的惡化，避免次生災害的發生。

??（4）地熱資源十分寶貴，開采的地熱水盡可能地進行綜合梯級利用，充分發揮地熱水價值，服務于經濟及工農業發展，造福地方人民。

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地源熱泵分布式溫度集中測控系統

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TD-016C型地源熱泵能耗監控測溫系統

產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：

為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜"及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

聊城市城區地熱地質特征與地熱資源開發利用

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