陈迎辉

（河北省地矿局第三地质大队，河北张家口075000）

目前对山间盆地地热田可开采量计算尚没有统一的计算方法与标准，实践中多根据情况采用均衡法、解析法、比拟法、开采试验法等多种方法确定，本文以冀西北某山间盆地地热田为例，采用以多年动态观测为依据的均衡法和解析法计算在热流体可采资源量，对比分析，指出各自特点。

1 地热田概况

冀西北某地热田位于山间盆地中，蔚县－延庆深断裂带内，有两条北北东向断裂通过，同时，还有三条北东东和两条北西向断裂呈棋盘状交汇于此。从可控源电阻率剖面和浅层地温异常分布情况分析，断裂相交的位置出现明显的低阻带，是地热田浅层水温最高的区域，推测为深部热水上涌的主要通道。热水沿断裂上涌，对新生代孔隙含水层形成补给，并向四周扩散，通过热量交换导致一定范围内新生代孔隙含水层温度升高，形成浅层的地热异常区。

从地热田的形成和热水运动机理来看，热田在深部和浅部分为两种类型的热储。深部热储是大气降水入渗地下，经深循环到断裂破碎带的储水空间中，或岩浆冷凝产生的原生水直接赋存在断裂破碎带形成的基岩裂隙型热储。浅部热储是深部热储中的热水沿深大断裂上涌到新生代地层，与冷水混合热量交换，形成的浅部孔隙型热储。深部热储是浅部热储基础和成因前提条件，是浅部热储热量的来源，浅部热储是深部热储的热能释放通道和热水排泄通道。

地热模型概化深部热储埋深210～3000m，厚度2790m，面积约4.1km2，热储范围内中心区域推测热储温度较高，面积0.6km2。浅部热储属于层状热储，埋深在35～210m，厚度175m， 依据水井测温确定热储温度，以25℃的水温等值线作为浅部热储的边界，面积约5.67km2。深部热储和浅部热储大部分重叠，二者相加后地热田总面积6.56km2。浅部热储上部包气带视为热储盖层，厚度一般在20～50m 左右，主要受地形影响，热田范围内变化大，平均厚度35m。

浅部热储按热水区（＞60℃最高88℃）、温热水区（40℃～60℃）和温水区（25℃～40℃）分为3 个区，热储温度分别按其平均值计算，即74℃、50℃和37.5℃。见表1。

表1 地热田浅部热储分区面积温度一览表

因浅部热储埋藏较浅，不具备热源条件，并非真正意义上的热储，是深部热储热能和热水释放的通道，其热能是由深部上涌热水传导至介质储存，深部热储和浅部热储的分层依据仅是基岩裂隙和孔隙含水层的区别，两层热储的热能来源均来自深部岩浆余热或深层地热增温。浅部第四系包气带属于热储盖层，由于包气带不含水，热传导速率较小，对潜水含水层中地热水起到保温作用，包气带厚度随地下水位升降而动态变化。

2 浅部地热水动态

通过收集过去一些代表性地热井的水位资料，进行对比分析可以发现热田水位多年变化的总体趋势。近40年来地热田浅部热储的水位呈现下降趋势，热田中心区水位累计下降10～16m，年均下降0.25～0.45m，热田南部边缘地区水位累计下降小于10m，年均下降约0.25m左右。同时期区域总体地下水位平均累计下降11.8m，年均下降约0.26m左右。浅部热储热水水位下降值与年下降速率均与区域冷地下水水位下降值与年下降速率差别较小，认为地热水开采对区域地下水流场未造成影响。

3 可采资源量资源计算方法与原则

地热田属于低温地热田（Ⅱ-3）型，其特征为兼有层状热储和带状热储特征，彼此存在成生关系，地质构造条件比较复杂。深部裂隙型热储计算深度达目前物探资源可以推测的3000m 深度，边界以物探推断边界为依据；浅部热储按热储温度≥25℃，作为地热资源评价的温度下限，进行地热资源/储量计算，资源计算分区进行，按温水区（25℃≤t＜40℃）、温热水区（40℃≤t＜60℃）和热水区（t≥60℃）分别进行计算。

以均衡法和解析法按不同温度分区计算地热资源可开采量，两者进行对比分析。由于浅部热储能量来自于深层热储的地热水涌出，浅层热储研究程度高于深层热储，因此将浅层热储的可开采量作为地热田的可开采量，以深层热储开采系数法计算的可开采量做对比分析。

浅部热储“均衡法”计算依据来源为两热田近期11年的开采量统计、水位水温观测数据，解析法单井出水量以计算区域内各开采井开采降深25m平均出水量为计算单井出水量依据，以群孔抽水试验计算确定的合理井距，并依据现状抽水试验平均井距乘以水位削减系数，综合确定可开采计算井距，可布井面积是热田面积扣除地热规划的禁止开采区范围和大面积地表建筑区后的范围面积。

4 主要计算参数

热田浅部孔隙型热储计算面积按地表水井测温绘制的25℃等温线圈定范围，总面积约为5.67km2，其中热水区（≥60℃）面积0.33km2，最高温度88℃，温热水区（40℃≤t＜60℃）面积0.95km2，温水区（25℃≤t＜40℃）面积4.39km2。在热田外围地热异常区（15℃≤t＜25℃）区域面积是7.96km2。区域大于15℃地热异常面积13.63km2，热储温度取区域中间值，热储厚度的确定以钻探录井资料为主，结合物探资料、地形地貌等综合确定热储厚度。后郝窑地热田松散含水层厚度取值210m，盖层厚度取值35m，即包气带厚度，为地下水位区域多年平均值，热储厚度取潜层水位以下潜水含水层厚度175m，见表2。

表2 后郝窑热田浅部层状热储分区面积厚度统计表

热田有效布井系数取0.60，奚家堡热田受地热规划限定的交通干线附近200m 范围不允许开采地下水影响，取值0.35，取值均偏小，有利于提高资源量计算的可靠程度和保障程度。井田内多井开采时会相互干扰，导致单井一定降深条件下出水量相比单独抽水时少，根据本次干扰抽水试验计算结果，结合前人研究资料，考虑热田有效布井面积系数相对较小，井距较影响半径要大，井群开采相系干扰程度相对减少的前提条件，综合确定在设定降深条件下，热田井群干扰系数为0.82，即出水量减少18%。

浅部热储属于层状潜水含水层，单井最大允许降深取产能试验稳定降深数据和热田范围内调查稳定降深，在综合统计计算的基础上，降深数据值取0.75的安全保障系数，综合确定热田30m。最大允许降深数据是经抽水试验验证，证明经济可行的，可以达到的，并且调查热田内其它地热井的最大降深目前达到或超过这个数据。热田有效孔隙度取值3%。

5 可采资源量计算

地热资源的热能最终要以开采地热水来实现，所利用的地热能只能是开采地热水所带出的那部分热量。计算地热资源可开采量主要是计算地热水的可开采量及其可利用的热量热田均具有一定的开采历史，积累了一些开采量和长期动态监测资料，并有产能试验资料，因此，采用“均衡法”和“解析法”计算浅层热储地热资源可开采量，对两种计算方法进行对比分析，选用可靠程度高计算依据更充分保障程度高的计算结果作为地热流体可开采量。热田为深浅两层热储的双层结构，浅部热储并非严格意义上的热储，浅层热储的地热流体来源于深层热储断裂破碎带或与深层地热流体热量交换升温的冷地下水，其补给源是周边山区的大气降水，经深部加热，溶解大量矿物质后，在压力作用下，上涌至松散含水层，与常温地下水混合，逐渐降温、开采。目前条件下仅开采浅层热储地热水，所以浅层热储地热流体可开采量即为热田地热流体可开采量，同时采用“开采系数法”计算深部热储地热流体可开采量，用来对比分析热田地热流体可开采量。

（1）解析法。采用解析法计算设计条件下的单井出水量，以平均布井法计算出热田可布井数，可开采井出水量总和即为热田可开采量。

浅层热储的地热田平均渗透系数3.75m/d，综合平均单位涌水量为31.25m3/（d·m）。计算可开采量降深为浅部热储含水层厚度175m 的1/4，并设定约0.68 的保留安全系数，结合调查热田地热田开采降深范围，进行对比，综合确定设计开采降深30m。热田内综合确定开采降深30m 最大影响半径280m。根据地热田地面布局和已有工程，结合最新地热水保护与开发利用规划，综合确定有效布井面积系数0.6，井群开采干扰系数0.82，地热田按开采100年计算。

通过计算，热田面积5.67km2范围内可布井10.85眼，设计降深30m，井群开采时考虑井群干扰系数条件下，单井出水量768.75m3/d，即32.03m3/h，热田内年开采总量为304.43×104m3，即8340.80m3/d，单位面积开采强度 53.69×104m3/（a·km2），即1471.04m3/（d·km2），各地热分区开采量见表3。

表3 后郝窑热田解析法计算地热流体可开采量分区统计表

（2）均衡法。均衡法或称排泄量法，亦即在补排基本均衡、水位基本保持稳定的状态下的可开采量，按现状地热田水位保持稳定状态下开采量统计法即属于均衡法，或称热平衡法，但需说明的均衡条件是现状开采状态下水位基本维持稳定。

根据地热田地质条件的地热流体动态变化特征，动态分析综合研究认为近阶段11年的现状开采状态下水位基本维持稳定，水温基本稳定，热田范围和空间形态保持基本稳定，认为多年地热田开采未超过补给量。

在地热田多年补排基本前提条件下，参照历史开采量、水位、水温动态变化对比，在小于平均开采量条件下，热田地下水位、水温呈上升状态，分析认为，在小于平均开采量条件下，地下热水补给量大于开采量，在小于多年平均开采量条件下，开采量越小，地下水位水温上升幅度越大。考虑到区域地下水流场多年呈下降趋势的现状，同时考虑水温有下降趋势，本次均衡法可开采量计算将近期11年地下水开采量统计的最小值作为热田可开采量数据，可开采量保障程度高，资源计算可靠。

热 田 2009～2019 年 11 年 期 间 在（236.70～310.38）×104m3/a 之间，平均276.43×104m3/a，基本保持在一个相对稳定的区间。水温在72.0℃～74.1℃之间，变幅2.1℃，平均73.4℃。地下水位471.11～475.55m之间，变幅4.44m，平均473.03m。2019年开采量236.70×104m3为统计11 年期间的最小值，因此将236.70×104m3/a 即6484.93m3/d，作为热田均衡法计算确认为地热流体可开采量。

解析法和均衡法资源储量计算结果见表4。解析法计算热田地热流体可开采量要比均衡法多67.73×104m3/a；多出约29%。解析法相比均衡法还存在如下问题：

以均衡法计算热田236.70×104m3/a即6484.93m3/d，作为地热流体可开采量。

6 结论

表4 解析法和均衡法资源储量计算结果对比表

（1）解析法各地热分区开采量是按热田平均开采强度来计算的，没有均衡法在人为选择性倾向情况下，温度高的多开采，温度低的少开采，地热能量利用效率较低；

（2）解析法未考虑水均衡条件，即未考虑开采量是否大于补给量，长期开采可能造成地下水位下降；也未考虑热平衡，开采热量如果大于深层热水涌出带来的热量，长期开采可能造成水温降低；

（3）解析法未经开采验证，只是通过数学计算得出的可开采量，未经实际验证，也未经长期开采验证，保障程度和可靠性较低；

（4）解析法计算结果比均衡多出约29%，在同一地区，解析法的保障程度要低于均衡法；

（5）均衡法计算的可开采量是从长系列开采量中选择了保障程度最高的长系列最低开采量作为可开采量，保障程度高；在人为选择性影响下，热田热水区（t≥60℃）的开采强度是温水区（25℃≤t＜40℃）的3.3倍，地热利用效率高；开采历史时期，最低开采量条件下，水位水温均呈上升趋势，说明深层热水补给量和补给能量均大于开采量，呈正均衡状态，可保证长期开采；均衡法可开采量经长期验证，开采能力没有问题；可开采总量相比解析法低，保障程度更高。