地热地质条件范文（精选7篇）
地热地质条件 第1篇
1地质概况
1.1地质构造。齐齐哈尔市位于松嫩盆地西北部, Ⅰ级大地构造单元为兴安岭—内蒙地槽褶皱区, 亚Ⅰ级构造为小兴安岭—松嫩地块, Ⅱ级构造为松嫩中断 (坳) 陷带, Ⅲ级构造为西部断阶区[1]。
松嫩盆地内发育有四组隐伏大断裂及深大断裂数十条, 将盆地基底切割成大小不等的网状块体。以北东向和近南北向最发育, 它们控制了盆地主要构造架。为地下地热流、水流提供了运移通道。
齐齐哈尔市地区主要有两条壳断裂, 一条为北东向富裕-泰来断裂, 生成于古生代, 断裂性质为压性兼剪切断层, 控制了西部断阶的形成;另一条为近东西向的滨洲隐伏断裂, 断裂性质为压性兼剪切断层, 对松嫩中断陷带内部构造分区具有控制作用, 横切滨东隆起带。
莫霍面的埋深对地下温度场的分布有着较为重要的影响, 松嫩盆地中心区域上地幔隆起形成地幔枕, 具有较高的地热背景。一般来说, 莫霍面埋藏越浅, 地温梯度相对越大, 地温相对越高。从区域背景资料可知, 松辽盆地的地壳厚度是我国已知陆内盆地中最薄的盆地之一, 莫霍面埋深为29—33km[2], 上地幔隆起的轴部在大庆、大安、乾安一带, 地壳最薄处为29km, 上地幔的隆起给盆地中部造成了较高的地热背景, 从盆地中部向盆地边缘逐渐降低, 齐齐哈尔市地区莫霍面埋深在32—33km之间。
1.2地层。据QR1井、运建1井、齐热1井钻探资料自上而下揭示了新生界第四系上更新统齐齐哈尔组 (Q3q) 、中更新统林甸组 (Q2ln) 、下更新统泰康组 (Q1t) ;中生界白垩系上统明水组 (K2mn) 、四方台组 (K2s) 、嫩江组 (K2nn) 、姚家组 (K2yj) 、青山口组 (K2qn) , 白垩系下统泉头组 (K2q) ;侏罗系及石炭—二叠系 (C—P) 。
1.3侵入岩。松嫩中断 (坳) 陷带是一个以古生界和前古生界为基底的大型中、新生代内陆断 (坳) 陷盆地。基底岩性主要由板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等变质岩和古生代华力西期、燕山期花岗岩组成。花岗岩产热量居各类岩石之首, 每年花岗岩产生的放射性热能十分可观, 对盆地地温场具有深远影响。
2地热地质条件分析
2.1热源。松嫩盆地的地壳厚度是我国已知陆内盆地中最薄的盆地之一, 整个盆地的莫霍面为33km等深线所圈闭, 本区位于松嫩盆地地幔隆起区的东部隆起区, 莫霍面埋深一般为32km[2], 受地幔烘烤强, 有利于热流上移, 是地下水的主要热源。另外区域上基底分布的花岗岩体, 可由放射性元素的衰变放出一定的热量。
2.2热储特征。2.2.1热储温度特征。根据QR1[3]井资料, 共探明热储层12层, 总厚度196.2m, 主要热储层为姚家组、青山口组及泉头组, 其中姚家组热储厚32.00m, 青山口组热储厚113.00m, 岩性主要为灰色含砾粉砂岩、粉砂岩、细砂岩;泉头组热储厚51.20m, 岩性主要为灰色细砂岩、粉砂岩。热储顶板埋深757.70m, 底板埋深1039.30m, 顶板地温32.36℃, 底板地温45.44℃, 平均地温38.9℃。据本次测井解释成果数据, 热储层孔隙度最大值23.6%, 最小值10.6%, 平均值18.83%;渗透率最大值59.9μm2, 最小值1.7μm2, 平均值28.84μm2。2.2.2热储层富水性。根据齐热1井及QR1井资料。主力热储层为泉头组、青山口组, 单层砂层厚度达13.8m, 热储层厚度164.20-183.0m, 其中青山口组厚度113.0-128.0m, 岩性为泥质粉砂岩, 粉砂岩, 孔隙度17.5-25.8%, 渗透率5.6-29.6×10-3μm2, 泉头组厚度51.2-55.0m, 岩性为粉砂岩、细砂岩。孔隙度18.5-22.6%, 渗透率5.6-10.9×10-3μm2;热储层顶板埋深757.7-1010m, 底板埋深1039.3-1308m, 顶板地温32.36-40℃, 底板地温45.44-50℃。井口温度36-51℃, 属低温地热资源温水-温热水。另据黑龙江省第二水文地质工程地质勘察院在克东县施工的克热1井资料, 地热资源热储主要为埋藏深度485.74-1296.70m的白垩系青山口组、泉头组热储及二叠系变质岩顶部裂隙热储。热储层温度27.15-65.71℃, 井口温度26℃, 属低温地热资源温水。2.2.3热储层水质特征。根据齐热1井、运建热1井及龙沙区QR1的水质分析资料:总矿化度为2500-3500mg/L, p H值7.4-8.4, 氟离子含量为0.92-6.40mg/L, 偏硅酸21.80-31.03mg/L, 锶0.508-0.559mg/L, 硼酸21.84mg/L, 水化学类型为HCO3·Cl-Na型水。据克热1井资料, 地热流体矿化度为934.64mg/L, p H值为8.53, 水化学类型为HCO3·Cl-Na型水。
2.3地热异常的分布及主要受控因素。齐齐哈尔市地区白垩系沉积岩层发育, 其中沉积着透水性较好的砂岩及砂砾岩, 热储层孔隙度可达17.5-25.8%, 为地热资源的储藏与富集提供了空间。根据QR1地热井, 热储层岩性多为粉砂岩、细砂岩, 共解释热储层12层, 总厚度196.2m, 主要为姚家组、青山口组及泉头组。其间有厚层泥岩所隔, 形成了层状低温地热系统。
此外, 沿深部的构造带岩浆的活动较频繁, 基底大面积分布燕山和晚印支期花岗岩放射性元素的衰变产生的热量, 均构成本区重要的热源。而深部大断裂的存在为地热的上移提供了良好的通道。
根据本区及邻区地层对比分析, 本区有较好的地热地质背景条件。
3结论及建议
3.1结论。齐齐哈尔市位于松嫩平原北部, 区内莫霍面埋深浅, 白垩纪地层发育。地热水资源主要集中在上白垩统的泉三、四段, 青二、三段和姚家组地层中, 其间有厚层泥岩所隔, 形成了层状低温地热系统, 热储层孔隙度可达17.5—25.8%, 为地热资源的储藏与富集提供了空间。从泉头组上段、青山口组、姚家组到嫩江组坳陷铺盖式沉积中, 分别形成了相当厚的泥岩, 构成了稳定的区域盖层, 形成了大面积的封闭环境。其基底有大面积燕山期及晚印支期花岗岩分布, 使本区具有丰富的深部热源。上述各因素均显示出本区具备较好的地热地质背景条件, 是寻找层状热储的有利地带。
3.2建议。黑龙江省地处北方高寒地区, 采暖期长达6个月, 不断挖掘中低温地热资源的开发利用价值, 将其与高新技术结合直接用于采暖可以节约燃煤, 是非常好的清洁能源。地热资源的勘查评价和开发利用, 是节能减排的新兴产业, 符合中央关于节能环保的工作要求, 也符合齐齐哈尔市矿产资源规划的要求。为此, 对齐齐哈尔市地热资源进行开发利用是有必要的。
地热资源的开发利用将为提高矿产资源对实现齐齐哈尔市经济社会发展历史性跨越的保障能力具有积极的推动作用。近年来, 大庆、林甸等地陆续对地热资源投入了研究、勘探及开发应用, 取得了突破性进展, 并开始产生巨大的经济效益。因此研究、勘查、开发、利用齐齐哈尔市地热资源是十分迫切的。将对促进本市经济的全面发展, 以一业带多业, 实现可持续发展都具有十分重要的现实意义和长远的历史意义。
参考文献
[1]黑龙江省地质矿产局.黑龙江省区域地质志[M].北京:地质出版社, 1993.
[2]黑龙江省第一水文地质工程地质勘察源.黑龙江省水文地质志[M].黑龙江:黑龙江人民出版社, 2000.
河南省遂平县城地热田地热地质特征 第2篇
河南省遂平县城地热田地热地质特征
阐述了河南省遂平县城地热田的地热地质特征,包括地球物理特征、地球化学特征和热储结构特征,指出了地热资源的形成与分布,主要受控于北西向杨庄-王勿桥断裂和北东向遂平断裂,划分出两大热储层并简述其结构特征.
作 者：吴继新 王娟 刘华平李扬 李昕 作者单位：河南省地矿局第一地质工程院,河南,驻马店,463000 刊 名：地下水 英文刊名：UNDERGROUND WATER 年，卷(期)：2009 31(6) 分类号：P314 关键词：地热地质特征 控热断裂 热储层地热地质条件 第3篇
关键词：腾冲；地质公园；火山；地热；地质遗迹类型；保护
腾冲火山地热地质公园于2001年12月建立，以地热地质遗迹类型多样，景观完整为主要特征。位于云南省西南部边陲的腾冲和梁河县境内，隶属保山和德宏两州，范围115km2。其资源具有很高的欣赏价值（地矿部1995）、科学价值、历史价值、保健价值和游憩价值[1-2]，但其形态和功能敏感度较高。
腾冲火山地热景观资源总量丰富，但景观资源构成相对单一，布局较散，目前对腾冲火山地质遗迹的研究多强调旅游开发[3-5]，而对地质公园重点保护的地质遗迹的研究较少[1]，尤其是地质遗迹的成因、类型与特征几乎未见系统的研究结果。本文在文献资料的收集与调查的基础上，对腾冲火山地热地质遗迹进行较系统的研究，以便为合理开发与保护腾冲火山地热资源提供理论依据。
1研究区概况
1.1位置与交通
腾冲火山地热地质公园位于中国云南省腾冲县境内，地理位置东经：98°24?—98°36?，北纬：24°55?—25°18?，距离昆明655km，距离保山158km，北部和西北部与缅甸毗邻。
1.2自然地理特征
腾冲地处高黎贡山之西，横断山脉南延偏西山地，地势北高南低，中部为火山熔岩地貌构成的盆地，是火山地热集中分布区。腾冲属于亚热带高原山区，随着地貌断裂带发育，形成龙川江、大盈江和槟榔江三条河流，是腾冲农业灌溉的主要水源。区域内以发育构造断裂，火山活动和强烈的地热为其特征，腾冲境内大小火山口达70余座，有罕见的新生代死火山群，是全国第二大地热田[6]，地热类型齐全，数量多，面积大，储热构造完整，地热产出形式可观性强。
2区域地质特征
古生代，腾冲地区为海域，有广泛的沉积环境；中生代，在印支运动、燕山运动和区域变质运动的影响下形成变质岩地层；至第三纪初，地壳才趋于相对稳定；新生代随着喜马拉雅山的形成，多组构造断裂带发育，在某些薄弱部位，岩浆喷发形成基性火山岩溶台地和火山锥体，这一新构造运动至今还没有停止。腾冲火山地热地质公园区地层0～600m，以第四纪气孔状玄武岩、安山岩、火山灰、砂层和粘土粉砂等火山喷发堆积物为主[7]。
腾冲火山为第四纪中性、基性火山喷发物，火山岩系列丰富，岩浆活动多期，喷发形式多样，机构完整形态完美。腾冲火山熔岩可以分为橄榄玄武岩、安山玄武岩、安山岩及英安岩四大类[8]。
3地质遗迹类型
地质遗迹是指地球演化的漫长地质历史時期中由于内、外地质作用形成、发展并保留下来珍贵且不可再生的自然遗产[9]。
国内关于火山地质遗迹资源的分类目前还没有形成统一的分类标准：
陶奎元等把火山地质遗迹类型划分为火山动态喷发景观、火山喷发熔岩或碎屑岩冷却后形成的景观、火山特有的地貌景观、与火山有关的自然景观、与火山有关的历史文化景观、特殊火山岩形成的自然与生态景观[10]。王丽丽、田明中以火山地质遗迹的性质和成因为研究基础，将内蒙古柴河火山地质遗迹划分为火山岩剖面、火山锥地貌、火山熔岩地貌、中生代古火山地貌、火山湖泊景观和泉水景观六大类[11]。
云南腾冲火山地热地质公园地貌景观保存完整，地质遗迹丰富多样，通过对地质遗迹的详细调查，综合前人研究成果，依据地质遗迹成因、特征的不同划分为地层剖面遗迹、古生物遗迹、地质地貌景观遗迹和水体景观遗迹4大类，12种类（见表1）。腾冲经历了漫长的地质演化，多期岩浆喷发和多次构造旋回，留下的火山地热地质遗迹景观尤其丰富，主要的景观类型有6大类，25种类（见表2）。
沉积岩剖面打鹰山、老龟坡、黑空山火山地质剖面、跌水河瀑布崖壁等玄武岩；马鞍山剖面安山岩；腾冲新歧-老寨花岗岩剖面等。
清河苏家营元古界高黎贡山群路线剖面、硫磺沟剖面。
腾冲朱新街新第三系南林组剖面、荷花慕多中下石炭统剖面等。
古生物遗迹古动物化石保存地
古人类文化遗址
来凤山古象化石、江东山古象化石。
响水湾新石器时代文化遗址、下马常新石器时代文化遗址、曲石张家寨青铜器遗址、西山坝古城遗址、镇夷古道、博南古道遗迹、来凤山火葬墓群、张文光墓等。
地质地貌景观遗迹构造地貌
峡谷地貌
火山地貌
云峰山、瑞滇罗平山、灰窑对岸岩溶山、大西山、腾冲盆地、瑞滇盆地、固东盆地
龙江峡谷、大盈江峡谷
黑空山、大空山、小空山、城子楼、长坡山、团山、小团山、焦山、打鹰山、来凤山、蝙蝠洞、大棚洞等及马站火山群、大六冲火山群等。
水体景观遗迹地热景观
瀑布景观
河流景观
湖泊湿地景观大滚锅、老滚锅、怀胎井、鼓鸣泉、珍珠泉、眼睛泉、石墙温泉、瑞滇温泉、美女池、黄瓜箐热田、胆扎热田、石花洞热田、热海热田、瑞滇热田、石墙热田等。
叠水河瀑布、澡塘河瀑布、坝派瀑布等
龙江灰窑-扯雀塘段、大盈江叠水河瀑布-坝派段
北海湿地、青海湖、大姊妹湖、小姊妹湖、象塘等
4地质公园目前存在的问题及保护措施
建立地质公园是发展中国家保护地质遗迹的重要途径[12]。而地质公园可持续发展的核心是对地质遗迹的保护和利用[13]。从20世纪80年代开始我国地质学家参与到地质遗迹的保护工作中，现今已经成为保护地质公园地质遗迹的主要参与者和支持者。腾冲火山地热地质公园已经成为极具代表性的旅游景点，随着旅游活动对地热资源、地质遗迹的影响逐渐扩大，地质遗迹保护工作显得十分重要。
nlc202309041659
4.1公园目前存在的问题
4.1.1资源构成相对单一，景区布局较散，景观资源的利用水平和开发深度还不够。
4.1.2大部分重要景观资源的敏感性强，一些资源的开发方式不够科学合理。
4.1.3缺乏较高的组织管理水平和专业的地质遗迹解说员。介绍地质遗迹成因、构成、演化过程等都需要具有较强的专业知识做背景，而公园正大量缺乏此类人员，游客在旅游过程中不能更深入、更科学地理解和获取关于地质公园地质遗迹景观的知识。
4.2保护措施
腾冲火山地质公园必须加强对地质遗迹景观资源的保护，实施可持续发展战略，具体可以通过以下几个方面来讨论：
4.2.1实行地质公园保护区的划分
依据腾冲火山地热资源的敏感性和重要性，结合地质遗迹保护区划分原则，公园划分为特级保护区、一级保护区、二级保护区、三级保护区，对各保护区采取不同措施进行严格控制游客、科研人员和当地居民的活动，以免造成对地质遗迹的破坏。
4.2.2火山地质遗迹景观的保护
火山地质遗迹景观的保护，通过对火山熔岩构造地质景观实行挂牌保护，主要包括火山口、火山锥和火山熔岩流地质遗迹景观。在不破坏环境和地质遗迹景观的条件下，经地质公园管理机构批准后，划定可采区域，方可进行集中管理开发、开采火山熔岩，并对开采后的区域进行植被恢复，火山石材规范整治得以有序推进。
4.2.3地热温泉的保护
自然环境和人为活动影响下发生的滑坡、泥石流、崩塌等已经严重威胁热泉和地热面等地质遗迹，因此需加强对地质灾害的预报和治理，以减少其对地热遗迹的危害。以科学的态度开发、注意生态环境的保护及合理利用地热资源，征求国土地质部门的专业意见，禁止任意开发保护区内的地热资源，以免对资源造成破坏。
4.2.4湿地景观和珍惜动植物的保护
北海湿地主要由青海和北海两个天然湖泊组成，湿地内有国家保护植物四种：一级保护植物——莼菜；二级保护植物——野菱，鹅毛玉风花和缓草；来凤山国家森林公园有国家一级保护植物银杏和云南红豆杉；二级保护植物台湾杉和喜树。保护湿地生态系统措施可以通过，规划建设湿地生态建设保护区和湿地植物园，建立科学的景观标示牌。在国家森林公园内可以有控制的开展生态旅游、植被、动物科普科考和探险旅游。对珍惜动植物的观赏应该以观测、倾听为主，严禁对其生存环境造成干扰、破坏。
4.2.5旅游专业人才的培养和引入
对于火山这一类的地质遗迹资源需要大量的科学解释和动态演示来宣传，才能最大程度的发挥其科学价值。高素质旅游管理人员、导游人员及饭店管理人员的培养和引进是腾冲火山地热地质公园各类地质遗迹得以保护和开发的重要因素。
5结论
云南腾冲火山地热地质公园地理位置优越，在复杂的地质构造条件下形成类型多样，保存完整地质遗迹景观。本文在分析该区地质特征的基础上将公园的地质遗迹资源划分为地质剖面遗迹、古生物遗迹、地质地貌景观遗迹和水体景观遗迹四大类，12个种类。建立腾冲火山地热公园，既可以保护类型齐全的火山地热遗迹，同时也可以保护公园内生物多样性。地质遗迹不仅能体现丰富的地学价值、生态学价值还体现一定的人文历史价值，因此，对腾冲火山地热地质遗迹进行开发的同时更要注重保护，实现地质遗迹资源的可持续发展。
参考文献：
[1]李培英，彭秀芬.论腾冲国家地质公园价值及其实现的最佳途径[J].昆明师范高等专科学校学报，2007，29（3）106-110
[2]陶奎元.徐霞客对火山地热考察及其意义—述评徐霞客在地学上的第三大贡献[J].火山地质与矿产，1998，19（2）：147-158
[3]李培英，王嘉学.腾冲火山地热公园旅游开发研究[J].云南师范大学学报，2009，29（1）：64-68
[4]黄滟.试论火山旅游资源的开发—以腾冲火山国家地质公园为例[J].经营管理者，2009，10：186-187
[5]李志群，任治，張泰身.云南腾冲火山旅游景观探讨[J].地质评论，1999，（45）：940-945
[6]郑瑾，邵日舜.云南腾冲火山群区域内水环境状况分析研究[J].水利规划与设计，2007，21（6）：21-24
[7]吴烨，卢予北，陈莹.腾冲火山地热构造带空气钻探实验研究[J].地质与勘探，2013，49（3）：528-533
[8]李志群.云南腾冲火山旅游景观探讨[J].地质评论，1999，45：940-945
[9]胡能勇，董和金，蔡让平.湖南省地质遗迹类型及开发保护建议[J].湖南地质，2003，22（1）：10-14
[10]陶奎元，邢光福，季绍新等.火山（火山岩）旅游资源评价[J].火山地质与矿产，1999，20（2）：78-86
[11]王丽丽，田明中.内蒙古扎兰屯柴河火山地质遗迹特征及其对比分析[J].地球学报，2013，34（6）：749-756
[12]花国红，田明中，李明路.庐山世界地质公园旅游可持续发展策略探讨[J].东华理工大学学报（社会科学版），2009，28（1）：29
[13]钱丽萍，赵世德.基于地质遗迹的地质公园可持续发展模式研究——以五大连池世界地质公园为例[J].资源开发与市场，2006，22（6）：557-560
嵩山地区地热地质特征及成因分析 第4篇
地热资源不仅是洁净能源, 也是可再生性能源。开发利用地热资源不仅是我国能源战略的要求, 也是环境保护的需要。
嵩山地区位于河南省中部, 东邻郑州市、西达洛阳市, 中部城镇密集, 交通便利。本文根据本区地温勘察结果, 分析该区地热地质特征, 探讨地热异常成因, 以期为地热资源开发提供必要地质依据。
1 构造及地层特征
区内以近东西向嵩山复式背斜为主构造骨架, 西起洛阳, 东至郑州南部, 长约110 km, 伴生有近东西向和北西向断裂构造。中部北西向的嵩山、五指岭断层将嵩山背斜截为三段, 自西向东轴部渐向北移。东端薛店断层和郭小寨断层, 是嵩山地区和华北凹陷的分界;西端以草店断层为界与华熊台缘拗陷相邻;其北面以沙鱼沟断层为界与华北拗陷及太行隆起相连, 如图1所示。
嵩山背斜轴部广泛出露元古界震旦系和下古生界寒武系、奥陶系地层, 两翼为古生界、中生界地层, 北翼和东端地层完整, 南翼被月弯断层所错断。
区内中生界和上古生界地层以砂泥岩为主构成了本区良好的热储盖层, 下古生界碳酸盐地层岩溶裂隙较为发育, 导水性和富水性较好, 为热水的储存和运移提供了条件, 构成本区良好的热储层。
2 地热分布特征
根据历年勘察资料, 嵩山地区内地热分布情况如图2所示。从图2中可知总体近补给区地热梯度较低, 一般小于2℃/100 m, 由轴部向北呈增加的趋势;西部地温梯度较低, 一般小于2℃/100m, 东部地温梯度较高;地热异常区主要分布于东部的新郑、三李;中部的巩义和西部的洛阳南部一带。
3 热水的化学特征
3.1 化学特征
区内热水的化学分析结果如表1所示。新郑地区热水的化学类型为SO4·HCO3-Ca;三李地区为HCO3·SO4-Ca;巩义地区为SO4·HCO3·Cl-Ca·Na·Mg;洛阳地区为Cl·SO4·HCO3-Na·Ca。矿化度以洛阳地区最高, 巩义地区次之。
3.2 气体特征
对主要异常区的热水进行了逸出气体分析, 分析结果如表2所示。从表2中可以看出逸出气体组分主要为N2、O2和CO2, 气体成分与空气成分基本接近, 洛阳地区与三李、新郑地区气体成分差别较大, 反映了该地区热水成因与其他地区存在一定差异。
4 热水成因分析
热水中逸出气体测试结果表明了大气降水是本区地下热水的主要补给来源。本区地下热水的主要补给区是嵩山背斜轴部广泛裸露的元古界震旦系地层和下古生界寒武系、奥陶系地层, 地下水接受补给后沿地层走向和倾向运动, 走向运移受地形控制, 适当条件下形成泉水排泄, 由于地下水径流条件较好, 地下水对地层起到了降温作用, 从而造成了近背斜轴部地温梯度较低的现象。沿倾向运移的地下水, 受上覆三迭系和二迭系砂泥岩阻水盖层的控制向深部运移, 经深部地层加热后沿断裂带和背斜张裂带向上垂直运移, 形成温泉出露和地温异常区。低温热水主要是由于地下水的循环深度较浅, 而高温热水则表现了地下水循环深度较大。
采用玉髓温标估算表明[1], 新郑地区地下水的循环深度在2 000 m左右;三李地区低温热水的循环深度大于2 500 m;巩义和洛阳地区地下水的循环深度大于4 500 m以上。巩义地区和洛阳地区地下水的循环深度是该区中高温热水的主要原因。
本区地热异常区主要分布在断层、背斜轴部的强导水富水带附近。新郑地区主要分布于滹沱背斜轴部;三李地区则分布于三李断层附近, 距三李断层越远, 异常逐渐变弱;巩义地区的地热异常主要分布于五指岭断层和沙鱼沟断层附近;洛阳地区的地热异常主要分布于草店断层附近[2]。对新郑地区地热场研究表明, 在背斜张裂带内, 勘查孔的测温曲线呈上凸型, 自上而下温度梯度呈现出增大的趋势, 如图3所示, 进一步表明了地下热水向上的垂直运移是引起地温异常的主要原因。从图3中可以看出洛阳地区热水主要因地下水沿断层带向上垂直运动所形成, 断层带底部地层温度呈明显降低的特点, 表明了深断裂带为本区地温异常的主要导热通道。
5 地热资源量评价
本区为一个完整的水文地质单元, 嵩山背斜轴部的基岩裸露区为主要补给区, 近补给区浅埋的含水层分布区为径流区, 地下水主要排泄方式以泉水和矿井的人工排泄为主。
由于受构造的切割又可分为4个亚单元, 即:Ⅰ新郑-密县亚单元;Ⅱ五指岭-郭小寨断层亚单元;Ⅲ五指岭-嵩山断层亚单元;Ⅳ五指岭-草店断层亚单元。各亚单元地下水的排泄量及相应的平均温度如表3所示。在不考虑热储层的弹性储水量、矿井排泄量和对单元外袭夺量的情况下, 仅开采量达到排泄量的条件下, 估算本区可开采地热资源为4.1×106GJ/a, 相当于13.97万t标准煤。
6 结语
嵩山地区地下水系统主要以下古生界石灰岩地层为主要含水层, 也是主要热储层, 其上履二迭系、三迭系砂泥岩地层为主要隔水层和热储盖层;地下水的主要补给区为背斜轴部的基岩裸露区;区内地热异常主要受深断裂控制, 地热异常呈条带状分布, 地下水的深循环和沿断层带垂直运动是形成本区地热异常的主要原因。当采用热储层的地下水排泄量做为允许开采量的情况下, 本区可采热量为4.1×106GJ/a, 相当于年开采13.97万t标准煤。本区边界断层及次生背斜张裂带附近, 在合适的深度寻找热储层富水部位, 是热水开采的有利地段。
摘要：嵩山地区地热以嵩山背斜翼部下古生界奥陶系、寒武系碳酸盐岩地层为主要热储层, 中生界和古生界砂泥岩构成热储盖层, 中部的基岩露头区为补给区, 断层和背斜轴部张裂隙构成导水通道, 地下水经深部循环沿断层带向上垂直运移, 地热异常主要沿深大断裂分布。本区估算年可采地热资源量相当于13.97万t位标准煤。
关键词：嵩山地区,地热,热储层,盖层,补给区,垂直运移,资源量
参考文献
[1]汪集一, 陈墨香.矿山地热概论[M].北京:地质出版社, 1981
高原地热条件下隧道建设技术的研究 第5篇
关键词：高原地热,隧道,施工措施,安全
0 引言
高原地热条件下, 隧道施工时洞室内的高温地热会对工程产生热害, 产生较大影响。施工环境中高温高湿现象不仅危害作业人员的健康和安全, 同时也将降低劳动生产率, 甚至使施工无法进行;同时使机械设备的工作条件恶化, 效率降低, 故障增多。因此, 对高原地热条件下隧道施工措施的研究就显得尤为必要。
1 工程概述
1.1 工程概况
达嘎山隧道位于雅江左岸山前冲、洪积台地后缘一山坡上;洞身通过雅鲁藏布江北岸中高山区, 地形起伏极大, 地势极为陡峻, 洞身穿越的山体高程范围为3 780m~4 530m, 山势总体东高西低, 山体周边冲沟发育, V型冲沟较多, 沟内小型泥石流发育, 洞身上方有一条常年流水冲沟;出口位于一泥石流冲沟左岸。
1.2 地热对施工的影响
隧道施工中, 人员和机械都受到地热较大影响, 主要情况有以下几种:
1) 很多施工人员由于作业时间长, 会出现头晕、呕吐情况;
2) 由于施工机械散热难问题, 造成故障率逐渐升高;
3) 在部分地段围岩表面, 潮解现象时有出现, 遇水变成粉末状, 造成岩面喷射混凝土很难粘结;
4) 造成普通的硝铵炸药膨胀, 有的出现包装纸胀裂的现象;部分导爆管发生软化失去弹性, 在挤压后无法恢复原状;
5) 大部分砂浆锚杆强度降低;
6) 测量仪器精确度大大下降, 在测量仪器说明书中正常工作环境温度范围为-20℃~40℃。
2 防地热关键技术及措施
在施工过程中应及时做好超前地质预报, 确定热泉的成因、水源、运动、水质、水量等参数, 上报设计院进行动态设计, 及时增加散热横洞。治理洞内热水按照“以堵为主, 以排为辅”的原则。严防热水在隧道内蔓延而威胁施工人员的安全。在温度较高的地段, 可采取喷雾降温;在有条件的地段, 可抽取江水在隧道内形成水循环降温系统。还应加强合理组织施工, 优化工序循环, 加大机械施工在总施工时间中的比例, 尽量减少人员的操作时间。并做好施工应急预案, 在备好抢险物质。
2.1 房地热关键技术
2.1.1 辅助坑道设计
在峡谷区地质的复杂情况下, 隧道洞口施工场地困难非常大。此隧道应考虑运营通风、工期等要求结合隧道所处地质、地形条件设置四座辅助坑道。对于地热隧道施工中, 辅助坑道选取应尽量考虑顺坡横洞。
2.1.2 抽排洞内热水
应采用2台5.5kW、30m3/h的水泵通过80mm (壁厚5mm) 镀锌管及时的将集水坑内混合水排出洞外, 以达到缩短热水在洞内与周围空气进行热交换的时间段, 有利于降低洞内环境温度。洞内温泉热水的涌出量是水泵的容量进行及时调配的依据, 应备用一台水泵。
2.1.3 加强通风
改善隧道内湿热条件的最简便的方法是加强通风, 尤其是在热害程度较小的情况下效果更加突显, 而且也是非常经济可行的。
1) 在采用通风降温时, 通常都是加大风量, 让空气来吸收由岩体放出的热量, 来降低温度;再者是把风速提高, 来改善自身散热条件。然而风量和风速的增加是有限制的, 由于过高的风速会引起粉尘颗粒对身体健康影响比较大;
2) 在设备和施工条件有限的条件下, 要确保风管的安装质量、保证维护管理顺利、降低漏风和风压损失, 而利用增加管路和风机来增加通风量不现实时, 必要时可以选用风机分散串联办法来确保风管的漏风长度, 进而做到加大风压和风量;
3) 在布置通风系统时, 要达到降温的目的必须进行合理的安排。设计通风时要保证风速及风量、温度及湿度等参数的确定合理, 为降低进入风流中的水汽和热量, 还要让湿源、热源与进风流相互避开;
4) 在工作面附近采用局部通风措施, 如引射器等也可加大局部通风强度, 提高工作面的风速。
加强通风也是降低洞内作业环境温度、改善作业条件的一种重要手段。洞内处于高温环境时, 选取常规的单管压入式通风不易达到高效降低洞内环境温度, 尤其是伴随掌子面的推进, 洞内通风效果也越来越差。可以加设一台通风机, 选取规格为117kW×2、1 800m3/min, 利用φ1500mm的风管给工作面送风, 选用的通风方式为双管压入式。在布置洞口外面的通风机时, 最好是远离洞口30m, 以防洞内排出的热空气循环再次进入通风机中, 影响通风降温的效果。
2.1.4 喷雾降温
从洞外水池把冷水水管接至洞中, 把两根φ100mm的输送钢管顺着洞顶分别架设于两侧, 还要每隔3m~5m在钢管上安设喷雾器装置, 做到沿洞线喷雾。利用水雾冷却洞内岩面, 使其与洞内热空气混合, 达到有效的降低洞内温度的目的。此时, 洞内粉尘还可以通过高压喷雾吸收, 大大降低粉尘浓度, 有效改善施工条件。
2.1.5 应用隔热材料
利用热导率低的隔热材料来减少冷热之间的热交换以达到降温的目的。此材料大多用于管道、岩面和风筒隔热单个方面。
1) 用于围岩隔热:可以在围岩四周均匀喷涂隔热材料;再衬砌背后充填隔热材料;采用使隔热材料喷涂在内层或中层的复合式衬砌的方法;
2) 用于管道隔热:在管外包裹泡沫塑料, 同时喷涂化学发泡剂或直接采用硬质塑料管来达到减少散热的功能;
3) 用于隔热风筒:为阻止热量交换采用双层隔热风筒或外包隔热材料的风筒等。
高地热隧道的施工措施的方式多种多样, 可在施工过程中如何因地制宜的运用相应措施来达到良好的降温效果, 这是一个需要谨慎考虑的问题。
2.2 支护措施
洞内高温是由于隧洞穿越断层、地下高温温泉涌出造成的。在施工进程中, 应当在掌子面推进时使用超前勘探, 且超前探孔达到120m。同时, 利用超前钻孔掌握掌子面前的具体地质环境, 进而采取有效措施防范隧洞开挖中可能出现的塌方、集中涌水等情况。在地下水富足、洞段集中时可以选取超前灌浆来拦截地下水;遇到围岩破碎稳定性差时, 可以选取超前管棚、导管注浆、超前锚杆等方法, 来确保施工中围岩的自稳能力。
高地热条件中, 在隧洞衬砌支护施工期间首先要确保洞内温度适宜;其次还要保证运行期间列车的正常运作。因此, 在选择衬砌支护形式时, 应综合考虑施工期和运营期的要求。无论何种形式, 模筑混凝土的优先选择都应考虑以下方面:
1) 采用合适的水灰比, 还要考虑到混凝土的耐久性, 采用分离粉碎型高炉矿渣水泥, 通过试验后优选混凝土配合比和掺合剂, 以此来防止高温时混凝土的强度降低;
2) 一般衬砌混凝土的浇筑长度要适当缩短;
3) 为了混凝土衬砌的收缩可以不受约束, 缓冲材料可选用防水板和无纺布组合而成;
4) 一般在两侧拱角延长方向适当设置裂缝诱发缝。
2.3 爆破作业
一定要快速集中装药、孔内装药并在孔外起爆。在经过重复试验后, 把冷水注入孔内, 在1.5h后可降低炮孔中的温度至25℃左右, 需要30min时间来达到规范要求的35℃, 所以要达到火工品使用安全, 就一定在30min内做好装药爆破作业。一次起爆孔的数量和配备爆破工的数量的确定可利用必要条件反向计算得到, 进而保证火工品的使用安全性。
4 高温环境下的安全文明施工
我国有关部门对隧道施工作业环境的卫生标准都有规定, 为保证隧道施工人员进行正常的安全生产。比如铁道部规定, 隧道内气温不得超过28℃;如交通部规定, 隧道内气温不宜高于30℃。
4.1 调整施工组织
对施工现场进行实地考察分析, 进而调整施工组织:作业形式仍采用原来的三班倒, 适当增加每个班组作业人数, 将原班组每班10人~15人, 增加至每班20人~32人, 每班分为两组, 缩短每班组人员的作业时间。每组工作时间控制在1h~2h, 采取轮流循环作业方式, 前一组进入低温室休息, 下一小组紧接着进行作业。尽量提高机械施工在总施工时间中的比例, 进而减少人员的作业时间。同时, 施工应急预案工作要到位, 抢险物质一定要备齐。
以防进洞施工的机械设备因高温作业环境经常出现的熄火问题, 需增加一套机械设备, 使洞内机械设备轮流工作, 并做好洞外机械设备的及时维修和保养。
4.2 加强劳动保护
按国家相关的规定:假如施工单位不能有效降低工作场所温度, 温度高于33℃时必须支付给劳动人员高温补贴费。为确保现场正常施工, 需要增加一倍以上的工人工资, 并且及时供应防暑降温食物, 还要加大劳保用品的发放力度, 同时, 做好所有劳动人员定期身体检查的工作。作业人员出入隧洞, 必须有专门运输车辆接送, 以确保人员的身体健康及施工现场的正常进行。只有真心做到关爱工人, 才能调动他们工作的积极性, 并保证施工正常进行。
4.3 安全管理措施
对于项目部必须安排安全员24小时跟班作业协助施工、现场指导, 还有爆破工作必须聘请专业人员;持续做到短循环、小进尺, 统一指挥洞内爆破, 装药量预先设计;装药前必须用高压风吹干净爆破孔, 并做好爆破孔数量检查;装药时由爆破员区别好毫秒雷管段别, 谨遵爆破设计顺序进行装药;爆破装药前布设岗哨, 以防非工作人员误入爆破区。作业分组、分片做到定人定位施工, 保证集中快速完工。在工作面和洞内安置固定式传感器, 设置在洞内氧的浓度不足18%时, 自动的气体报警器便发出报警信号, 保证洞内人员及时安全疏散。
5 结论
通过对拉日铁路达嘎山隧道地热段分析, 阐述地热对施工的影响, 并总结有关隧道地热段建设的施工方法, 并对高温环境下的安全文明施工进行介绍。由于不同的工程地质条件和水文条件, 实际隧道中由地热产生的问题也是不一样的, 需针对实际情况对隧道地热段选用合理的施工安全措施。
参考文献
[1]刘坚.玉蒙铁路旧寨隧道地热段施工技术研究[J].铁道建筑技术, 2010 (2) .
[2]舒磊, 楼文虎.羊八井隧道地温分析[J].冰川冻土, 2003 (增) .
地热地质条件 第6篇
地热资源是指埋藏在地下一定深度范围内的,技术上可行、经济上合理的且可以开采出来的地热能。地热属于地壳能源,分布范围广泛,蕴含能量巨大。地热能是清洁的绿色能源,具有多重功能性,可用于发电、工农业供热、生活供热、渔业用热等。同时,地热水中含有的特殊化学组分和微量元素具有医疗保健作用,经过开发可被大规模用于医疗、饮用、洗浴等[1,2,3,4]。地热学的研究在我国也取得了重要进展,我国学者通过对地质、水文地质、地热和地球物理研究,建立了岩石热物理测试系统,编制了中国大地热流图、中国温泉分布图、中国沉积盆地地温图、中国地热系统类型图和青藏高原温泉、火山分布图,系统地论述了地热系统的原理和研究方法[5,6,7]。
鲁山县百里温泉是经亿万年地质构造演化形成的并具有一定观赏价值的特殊地质遗迹,具有较高的旅游观赏价值。地热资源作为一种可再生的清洁能源,其再生能力有限,并非取之不尽、用之不竭。为了地热资源的可持续开发利用,应对地热田地质条件及各方面地热地质特性进行研究,总结其成因类型、探讨其概念模型,从地热形成机理出发,对地热资源的进行全面规划、开发和保护。
1 地理位置
鲁山县百里温泉指位于河南省平顶山市鲁山县赵村乡至库区乡一带的上汤、中汤、温汤、下汤、碱厂五大温泉,其中碱厂温泉距鲁山县城最近,直线距离约10 km,上汤温泉距鲁山县城最远,直线距离约40km,温汤与中汤隔沙河相望。上汤、中汤、下汤及碱厂温泉以10.5~10.8 km距离基本呈等间距出露,沿沙河两岸呈北西西向分布,其中碱厂、温汤、上汤出露于沙河右岸,下汤、中汤出露于沙河左岸[8,9,10]。
2 百里温泉地热地质特征
鲁山县百里温泉出露于伏牛山与外方山之间的沙河河谷两侧,因此,它属于隆起山地对流型地热类型,并严格受断裂构造控制。
2.1 构造特征
鲁山县百里温泉出露于车村—下汤断裂带内部,车村—下汤断裂带在鲁山西部主要由南北2条主干断层及极为发育的北西、北东向小断层和节理裂隙系统组成的西窄、东宽的、较完整的断裂系统和地下热水系统。总体呈东西向延伸,它是一条经历了长期、多期活动的壳圈断裂带。该断裂带南北2条主干断层具有切割深、规模大,多次活动的特点。它既是断裂带的边界,也是沟通深部热源和地下水与深部热源对流深循环的主要通道,它是一级导热、控热构造。两大主干断层之间极为发育的北西、北东向断层及节理裂隙系统的形成,既受区域不同应力场的控制,又受南北两条主干断层活动的影响或制约,它们是地热及地下热水储存、富集运移的场所,是二级导热(包括热水)、控热(包括热水)构造。断裂带内部北东、北西向断层具有不同的力学特征,其中压性断层面、挤压片理化带具有隔热、阻水特征,它们对各温泉的出露具有重要作用(图1)。
2.2 地球物理特征
符光宏等在《河南省秦岭—大别造山带地质构造与成矿规律》研究中,引用了地矿部物化探局完成的洛阳—湖北省十堰长300 km的综合测深地球物理剖面,人工爆破地震测深成果表明:①剖面通过地段莫霍面深度由北向南自30 km平缓渐增为34km;②下地壳为多层速度结构,栾川以北为3层结构,栾川以南至淅川以北基本为4层结构;③栾川庙子附近发现一个地表宽约30 km、深30 km的无震波反映指向向下的楔形地段,并发现3处沿纵向方向各速度层相互不连续或错开的现象,楔形无震波形成地段为局部溶融、大规模岩浆活动和地层严重破碎变形区,各速度层相互不连续,为3个“断”至莫霍面的“断裂”,其现在的“地表位置”相当于栾川、朱夏和淅川3条已知断裂的附近,3个切莫霍面的“断裂”皆为高角度北倾。东秦岭的上地幔属低速异常地幔。大地电磁测深成果表明,栾川以北电阻率断面比较复杂,基本特征是地壳上部为高阻(数百至上千Ω·m),中下部为低阻。在深度15 km处出现横向上断续相连的20Ω·m低阻带,上地幔是数百Ω·m的中等性质电性层。栾川至淅川间,电阻率断面比较简单,自浅而深、自地壳至上地幔基本上皆为相对的低电阻率,一般在200Ω·m以下。沿剖面展布的布格重力异常,基本上是一个规模“巨大”的区域性重力低的基础上叠加了若干个正负局部异常。区域重力低解释为地壳内、地幔内不均匀的(低密度)岩体、地层的群体引起。如区内发育的低密度花岗岩体、断裂、离导层、异常地幔等均为低密度群体。栾川以北,航磁成果表现为负异常的背景上分布着一些规模不等的较宽缓的正异常,栾川至淅川间由一系列短轴杂乱异常组成。
3 百里温泉形成的热源分析
鲁山县百里温泉出露于栾川—确山—固始深大断裂带中车村—下汤断裂带内,该断裂为秦岭—大别山造山带的北部边界,秦岭—大别山造山带具有强烈、复杂的构造活动特征。1∶20万鲁山幅《区域水文地质普查报告》(1983年),曾对鲁山县百里温泉的“热源”进行了探讨,认为有2种可能性:①地下水过断裂和剖面X节理通过深循环受地壳本身加热而形成地下热(矿)水;②受酸性侵入岩的余热和放射性矿物的蜕变放热作用而形成地下热(矿)水[11]。前者为地热增温型,后者为岩浆余热型+放射性热型。除上述二者外,热源也可能属二者兼而有之。
据有关学者研究,燕山期岩浆岩甚至喜山早期岩浆岩余热已经散失殆尽,不可能成为现今温泉的热源。但花岗岩中放射性元素含量丰度较高,其放射性元素蜕变放热有可能成为百里温泉的一种热源;另外,花岗岩热导率较高(达2.721 W/M℃),地球深部热源通过花岗岩向上传导,也应该成为主要方式。
值得注意的是,栾川庙子附近发现一个地表宽约30 km、深30 km的无地震波反应的指向向下的楔型地段,它可能是局部溶融、大规模岩浆活动和地层严重破碎变形地区。栾川庙子一带与百里温泉同属栾川—确山—固始深大断裂带,该处地热活动也可能成为百里温泉热源泉的一部分。
4 百里温泉热储特征
热储可划分为层状热储和带状热储2种类型,鲁山县百里温泉地热属于隆起山地型地热田和对流型断裂深循环地热类型、带状热储类型。隆起山地型地热以温泉出露为主要特征,一般不具备良好的保温隔热盖层,或者说它是一种开放型的热储,大气降水及浅层地下水可以直接深入到热储层中,浅部凉水易与深循环地热水产生混合,且凉水混入的份额较大,对地热水温度产生较大影响[12]。因此,热储温度随其赋存的热水温度而变化。
1997年,河南省驻马店地质工程勘察院对鲁山县五大温泉进行了1∶5万地热地质普查,并在上汤施工一眼深82 m的地热勘探井。根据前人对各温泉的水质分析成果,采用Si O2温标、K-Na温标、K-Na-Ca温标以及图解法计算了热储温度。
此次研究在上汤施工一眼地热井,实测了孔深与孔口热水温度及自流量随深度变化(图2),由图2可以看出,从地面至10 m井深,孔口热水温度急剧升高,至孔深15 m左右热水温度达到60℃,平均水温梯度2℃/m,但在孔深15~82 m深度内孔口热水温度一直保持在60~61℃,地温梯度为0。而钻井热水自流量在0~40 m增加较大,40 m以下增加缓慢,至井深82 m自流量稳定在137 m3/h。上述现象说明,浅部热储层温度并不是地热增温引起的,它是由深部热水在浅部富集运移,使岩温升高达到水岩温度平衡的结果,如果称为热储的话,应该称谓“水热型热储”。它的特点是:热储温度就是泉水的温度,当泉域疏干以后,岩温也将显著降低,甚至达到环境岩石温度。
综上所述,前人普查或勘探成果所论述的五大温泉浅部热储并非是真正意义上的“热储”,它是深部地热水在浅部富集运移升高地温形成的,或者称为“水热型热储”,它对地热资源计算与评价、温泉地热资源开发利用与保护可能有重要影响,如果忽视百里温泉热储这一形成特征,地热资源计算与评价将会“失真”,不合理或高强度的开发有可能使“温泉”变为“凉泉”、“热储”变成“冷储”。
5 百里温泉形成与概念模型
前人对百里温泉形成的热源、形成条件均进行了不同程度的论述,鲁山县百里温泉属隆起山地型—断裂深循环对流型地热田,受车村—下汤深大断裂控制[13,14]。
车村—下汤断裂由南北2条主干断层及其中间北东、北西向次级断层和节理裂隙系统组成,南北2条主干断层既是该断裂带的南北边界,也是百里温泉地热系统的边界,其断层面可能有隔热阻水的功能,两断层破碎带是地球深部热源向上运移和降雨入渗地下水向深部运移,两者对流并在垂向和横向上深循环的主要通道。因此,它们是百里温泉形成的一级控热、导热导水构造。两大主干断层之间北东、北西向次级断层及其节理裂隙系统,是在区域应力场和两大主干断层多次活动形成的局部应力场条件下形成的,它是对流深循环地热水在浅部富集储存和运移的场所,也是大气降水入渗补给并与深循环地热水混合的场所,它是百里温泉二级控热、导热导水构造。由于断裂带内次级断层和节理裂隙系统发育的不均一性(密度、深度及相互间关系等),导致地热和地下热水在空间分布上出现差异性和不连续性。五大温泉的出露可能受多种因素控制,但主要受带内次级断层性质,如压性断层面挤压片理化带以及构造形式、构造组合等的控制。总体上看,百里温泉虽处同一断裂带内,但各温泉域内各次级断层性质、构造形式和构造组合有一定差异,影响温泉出露的因素也有所区别。
结合前人研究成果,综合整理形成鲁山县百里温泉概念模型。该模型由垂向和横向2部分组成(图3)。
6 地热资源保护与利用
地热资源是一种十分宝贵的综合性矿产资源,其由于特殊的形成条件和环境,在一定程度上是不可再生的。因此,合理保护开发利用地下热水资源就显得尤为重要。保护地热资源的可持续开发利用,应根据地热田的具体地质情况,从地热源头进行保护。
(1)根据鲁山百里温泉地热模型,其地下热水是由深部地热水在浅部富集运移升高地温形成的,所以首先要建立百里温泉区地下热水动态监测系统,预测地下热水的动态变化趋势,指导地热资源的合理开发;其次对五大温泉的开采量进行严格计量,并同时进行水位、水温、水质的监测与研究,探索泉区开采总量与泉水位、温度、水质的变化关系,为预测泉区资源开发利用潜力、确定可持续开发利用的资源量提供依据[15,16]。
(2)根据地热资源勘查及以往成果,结合五大温泉的实际情况,制订合理的开采量,同时加大行政执法力度,严肃查处私自开凿地热井、无证开采、超量开采的行为。
7 结论
(1)百里温泉出露于低山丘陵河谷之中,并严格受车村—下汤深大断裂控制,属于隆起山地型地热田和对流型断裂深循环地热类型。
(2)鲁山百里温泉地下热水是由深部地热水在浅部富集运移升高地温形成的,是一种开放型的热储,极易受到破坏,应科学开发利用地热能资源,重视开发利用前期的资源调查评价工作,制订切合实际的地热能开发利用规划,以提高地热井利用率,杜绝浪费。
摘要：地热资源是一种新型能源,它的开发利用对环境危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。鲁山县地热温泉资源丰富,其中以赵村乡至库区乡一带的上汤、中汤、温汤、下汤、碱厂五大温泉最为有名。从构造、地球物理、热源分析和热储特征等方面进行研究,归纳出鲁山地热形成机理,并建立了地热模型,这对保护和合理开发利用鲁山县地热资源有着重要意义。同时,根据地热模型提出建立地下热水动态监测系统、制订合理的开采量等措施保护鲁山县地热资源,以确保其合理开发利用。
地热地质条件 第7篇
娘拥水电站的引水隧洞全长15 406.313 m, 穿过热水断层, 受热水断层的影响, 1号施工支洞及引水隧洞的施工期间洞室内温度异常, 爆破后岩体表面温度达75℃, 炮孔涌水温度高达86℃, 洞内环境温度高达53℃, 其地温之高、长度之大在国内外隧洞施工中实属罕见。
2 超高地热对钻爆开挖施工的影响
1) 安全效果。
炸药在高温及热水浸泡环境下产生膨胀、溶化现象;溶化后产生刺激性硝铵气味, 对人体伤害非常大;毫秒雷管在高温及热水作用下产生软化, 发生哑炮甚至自爆。
2) 进度控制。
由于钻爆作业时间长, 爆破作业工人疲劳程度大, 爆破作业安全无法得到完全保证。洞挖实际进度保持在30 m/月~45 m/月。
3) 洞挖质量。
基本满足质量要求, 但受地热影响, 光爆效果的改善难度大。
4) 主要材料消耗量变化情况。
受地热的影响炸药威力下降明显, 爆破消耗量增大。
5) 工人轮换作业、专人负责掌子面的喷水降温, 人工费增加明显;掌子面喷洒冷水时常有岩块脱落, 需边工作边排险, 给钻爆作业增加了困难, 并进一步加大了成本。
3 超高地热段钻爆开挖施工设计
据SD 267-88水利水电建筑安装安全技术工作规程第6.1.13条规定:“孔内温度超过35℃时禁止装炮。”引水隧洞地热段开挖必须降低钻孔温度, 同时缩短从钻孔、装药到爆破时间, 保证炸药在限制温度下使用及爆炸效果, 调整开挖方案以及管理制度, 保证工人劳动安全, 并提高掘进速度, 形成快速钻爆技术。
1) 必须满足的必要条件。
须通过集中快速装药和孔内装药、孔外起爆的方法, 经过反复试验, 建立炮孔冷却循环系统, 使炮孔内温度可降低至25℃, 爆破前孔内温度回升至不超过35℃。
2) 一次开挖断面的选择。
为缩短装药时间, 分为上、下两个台阶进行开挖。上台阶和下台阶先后钻爆施工, 每个爆破工在半小时内掌子面装药数量不超过5个炮孔, 上台阶炮孔数量50个, 钻爆工数量10个人可满足在半个小时内完成装药爆破的工作。在装药过程中要明确每个炮工装药的具体孔位和数量。
3) 爆破参数的选择。
由于地热段处于热水断层内, 本身围岩就比较破碎, 加之地热对岩石的物理化学性能产生一定影响, 更加降低了岩石的强度。在爆破时应采用“短进尺、弱爆破、早封闭、强支护、勤量测”的方法, 控制一次装药量, 减少对围岩的扰动, 缩短装药时间, 保障作业安全。爆破参数的选择要根据围岩类别及时调整。
4) 装药结构的选择。
采用孔内装药、孔外起爆的方法。孔内装药采用将炸药装入硬塑料管内的办法, 硬塑料管直径为40 mm, 先将32 mm的炸药绑在导爆索上, 将绑好的导爆索和炸药预先装入硬塑料管, 再将硬塑料管插入炮孔内, 硬塑料管装入炮孔后保证导爆索在孔外的长度不小于50 cm, 以便于孔外联线。采用硬塑料管装药不仅可以缩短装药时间, 还可以防止岩石热传导, 起到隔热的作用。
尽量避免导爆管雷管在炮孔内直接接触岩石, 防止雷管因高温产生自爆, 或导爆管脚线遇高温软化变形产生拒爆。
孔外联线的方法:将炮孔外露出的导爆索和导爆管雷管用胶带捆绑在一起, 再按照正常情况下联线方式起爆即可。
5) 装药爆破安全措施。
防止热痉挛症、热虚脱症、热射症。为加强对施工人员的保护, 保证正常施工, 采用轮班制进行开挖爆破, 即每个开挖工序由两班爆破人员轮换施工, 一班人员施工2 h~3 h后, 然后由另一班人员接替施工。
4 炮孔冷却循环系统的建立
依靠通风风流很难降低孔内温度, 必须建立炮孔冷却循环系统, 即向每个炮孔内注入冷水, 降低炮孔内温度, 并通过集中快速装药, 在温度回升到临界温度前完成爆破作业。隧道管线布置剖面图见图1。炮孔冷却循环系统建立如图2, 图3所示。
炮孔冷却循环系统由抽水输送系统, 分散制冷系统, 抽水输出系统三部分组成。
1) 抽水输送系统。
由抽水装置和输送管道组成。根据现场实际情况, 在支洞口靠近河右岸处建造一个泵房, 抽取河内的冷水进行制冷, 泵房内安装两台20 k W的离心水泵, 并备用2台, 从泵房到主洞下游掌子面铺设150 mm (δ=4.5 mm) 的无缝钢管, 钢管长度依据地热段长度不断向前延伸, 距离掌子面不超过30 m, 在输水管端部焊接出4个分水闸阀, 通过橡胶软管分别连接到钻孔台车上, 分水闸阀采用50钢管, 橡胶软管采用60的喷浆胶管。
2) 分散制冷系统。
在钻孔台车上安装4个分水器, 分水器长度为0.8 m, 采用150 mm钢管加工而成, 两端用钢板密封。在每个分水器上焊接22个分水闸阀, 闸阀采用20 mm球阀。然后通过30 mm的橡胶软管连接, 20 mm的镀锌钢管通入每个炮孔内, 每根橡胶软管长度为10 m, 每根镀锌钢管长度为3 m。在通水冷却过程中, 随时对孔内温度进行检测, 当温度降到25℃以下时进行装药, 在孔内温度回升至35℃以下时完成爆破作业。
3) 抽水输出系统。
在距离掌子面25 m~40 m处开挖一集水坑, 用2台~3台15 k W的污水水泵 (备用多台) 通过专用污水输出管道将集水坑中的循环水通过排水管道排出洞外。排水管采用150 mm钢管, 连接到主洞与支洞三岔口位置, 通过支洞内水沟自然流出。
5 炮孔冷却循环系统效果测试
1) 岩体温度测试情况。
1号洞地热段下游K1+066~K1+080桩号, 通过现场实测炮孔口流水温度86℃。
2) 炮孔内岩体温控测试情况。
在K1+066靠左边墙的掌子面, 对两个炮孔进行岩体降温测试。1号炮孔深度3.5 m以上, 2号炮孔深度2.5 m。测试前分别向两个炮孔内加注冷水, 10 min后开始分别对炮孔底部岩体温度进行测试, 每间隔5 min测试一次, 连续测试30 min。实测温度记录如下:
1号炮孔底部岩体温度 (17:45~17:50) 56℃, (17:50~17:55) 60℃, (17:55~18:00) 76℃;
2号炮孔底部岩体温度 (17:21~17:26) 40℃, (17:26~17:31) 46℃, (17:31~17:36) 54℃, (17:36~17:41) 52℃, (17:41~17:46) 54℃, (17:46~17:48) 60℃。
测试结果1号孔升温速度明显快于2号孔, 分析原因1号炮孔深度大, 炮孔底部和地热泉水连通, 冷水降温后由于孔内不断有热水涌出, 温度很快升高。测试结果说明对于没有和地热温泉连通的炮孔, 只要采取有效措施, 在25 min内完成爆破作业, 就能避免爆破作业危险;对于孔内有热水的炮孔还须采取隔热、防水措施。
6 超高地热段钻爆开挖注意事项
1) 钻爆施工安全控制。
a.炮孔完成后在通风的基础上, 对掌子面喷射冷水降温, 并利用炮孔降温系统, 向每个炮孔内注射冷水20 min~30 min。
b.炮孔直径从40 cm增大至50 cm以上, 对于孔内没有热水的, 装药前将药包和导爆索捆扎在一起外套PVC管, 隔绝炸药和炮孔壁的直接接触。禁止雷管入孔, 装药时增加人员将事先加工好的药包装入孔内, 缩短爆破作业时间。
c.对于孔内有热水的, 在上述基础上还要对药包用石棉进行绝热处理, 并在药包外套PVC管, 严禁药包与孔壁、热水接触, 所有雷管一律不准入孔。
d.对地热涌水严重的炮孔, 先起爆, 减少地热水向掌子面方向的渗流, 然后对剩下的炮孔装药施爆。保证作业钻杆的长度, 钻杆入岩时施工人员距离掌子面保持3 m~5 m的安全距离, 钻进时身体不要正对炮孔, 防止热水突然喷出烫伤。
2) 施工人员劳动安全。
应根据坑道内的高温程度、劳动强度和劳动效率, 确定劳动工时, 合理安排高温作业时间, 加强健康管理, 对患有高血压、心脏病的患者, 因高温作业可能引起症状恶化, 疲劳、空腹、睡眠不足等容易诱发中暑症, 对此类人员应禁止参加劳动。在高温作业时, 易发生维生素、水分、盐类的不足, 对此需进行充分的补充。为恢复疲劳, 应向工人提供适温适湿的休息环境。
3) 有害气体安全控制。
根据对娘拥水电站有害气体的检测表明, 高地温洞段中的有害气体满足施工环境, 但为了保证现场作业人员的健康和安全, 建议采用如下措施:
a.在工作面和洞内安装固定式传感器, 当洞内氧的浓度在18%以下时, 传感器会报警, 以便使洞内人员疏散和禁止人员进入。
b.作业人员携带便携式报警器, 爆破人员可进行气体浓度测定。
c.定期实施疏散训练。
7 结语
根据地热段开挖的实际情况, 建立炮孔冷却循环系统, 通过控制注冷水量和排热水量有效控制炮孔温度, 合理调整开挖方案, 确保炸药在限制温度下使用以及50 m/月~60 m/月的掘进速度, 从而保证了高地热段隧洞的顺利施工。
摘要：在娘拥水电站引水隧洞爆破后岩体表面温度高达75℃, 炮孔涌水温度高达86℃的工况下, 分析了超高地热对钻爆开挖施工的影响, 研究建立了超高地热条件下炮孔冷却循环系统, 有效地将炮孔温度降至35℃以下, 为超高地热段隧洞的正常建设创造了有利条件。
关键词：引水隧洞,超高地热,钻爆开挖,炮孔冷却系统
参考文献
[1]和学伟.高温高压热水条件下的引水隧洞施工[J].云南水力发电, 2003 (19) :41.
[2]谢仕群.帕米尔高原高地温地质条件下的洞室开挖施工技术[J].西北水电, 2010 (5) :65.
[3]刘坚.玉蒙铁路旧寨隧道地热段施工技术研究[J].铁道建筑技术, 2010 (2) :96-97.