㈠ 地热井单井资源量计算
地热水井井深一般是3500米左右。
地热井，指的是井深3500米左右的地热能或水温大于30℃的温泉水来进行发电的方法和装置，地热分高温、中温和低温三类。高于150℃，以蒸汽形式存在的，属高温地热；90℃～150℃，以水和蒸汽的混合物等形式存在的，属中温地热；高于 25℃、低于90℃，以温水、温热水、热水等形式存在的，属低温地热。
㈡ 地热资源
一、地热背景
据前人对深部地球物理探测研究的结果，渤海湾盆地深部构造总体呈NNE向隆坳相间的构造格局，大致存在3个NNE向的莫霍面隆起带，与浅部地壳中3个NNE向盆地构造带位置一致，其中下辽河-辽东湾-渤中-济阳盆地和黄骅-临清-东濮盆地所对应的莫霍面隆起带在渤海海域汇合，在渤中盆地(渤海湾内)莫霍面隆起幅度最大，地壳厚度仅28km;渤海湾盆地内的盆地带也对应软流圈隆起，软流圈顶面埋深约50～70km，而盆地外围的燕山、太行山、辽东地区的山区，软流圈顶面埋深达100～120km。由于渤海湾盆地软流圈顶面埋深较周围山区浅，容易从上地幔中获取热量，使其大地热流值明显偏高。渤海湾盆地现代大地热流值约为(1.5～2.0)×41.868mW·m-2，而周围山区(如燕山山区)现代大地热流值仅为(0.6～1.3)×41.868mW·m-2。
二、构造背景
渤海湾盆地是在华北地台基础上发育起来的新生代裂谷盆地。古近纪早、中期，渤海湾裂谷发育鼎盛，NE向的断裂不断张裂，裂谷拉张、裂陷，在裂谷内部形成NE走向的垒、堑相间的结构，其中主要断陷有冀中断陷、黄骅断陷、临清-东濮断陷、渤中断陷和下辽河断陷等次一级裂谷，见图2-3-1。裂谷发育早期，深大断裂活动强烈，常伴随有玄武岩喷发。新近纪盆地由裂谷盆地转为坳陷盆地，沉积了巨厚的河湖相沉积，构成良好的热盖层。长期以来，控制盆地发育的深大断裂持续活动，成为沟通上地幔热源的良好通道。
三、地热场分布特征
区内构造主要有NE走向的冀中断陷、沧县隆起、黄骅断陷等，盆地内地热场分布受底部构造控制，在隆起区或凸起地温梯度高，而在坳陷区则地温梯度低，呈带状相间分布。盆地基底温度等值线分布见图2-4-4。
1.冀中坳陷
冀中坳陷内，位于凹陷中央的牛驼镇-高阳-宁静凸起，地温梯度较高，为3.2～6.0℃/100m，1000m深度地温达到45～60℃。位于凸起两侧的西部凹陷和东部凹陷，地温梯度则小于3.0/100m。
2.沧县隆起
隆起区地温梯度普遍大于3.0/100m，位于隆起东、西两侧的凸起带地温梯度更高，西侧的王草庄-大城-献县凸起带地温梯度为3.2～5.2℃/100m，1000m深度地温达到45～65℃;东侧的潘庄-小韩庄-兴济凸起，地温梯度为3.2～8.0℃/100m，1000m深度地温达到50～55℃。
3.黄骅坳陷
位于坳陷中部的港西—孔店—黑龙村的中央凸起带，地温梯度为3.25～3.5℃/100m，1000m深度地温达到45～50℃。位于黄骅坳陷北端的冀东唐山地区，基底构造受燕山褶皱影响，凸起带呈EW走向，坳陷中王老庄-柏各庄-马头营凸起带，地温梯度为3.25～3.5℃/100m，最高达7.0℃/100m。
图2-4-4 华北平原3000m深温度等值线图(据朱连儒等，2003)
图2-4-5 华北平原基底隆起分布图(据朱连儒等，2003)
另据区域地热地质资料，汤阴断陷地温梯度为2.5～3.0℃/100m，构造部位达3.5℃/100m;内黄隆起地温梯度为3.0～3.5℃/100m，由南向北地温梯度逐渐降低;埕宁隆起地温梯度为3.0～3.5℃/100m，局部小于3.0℃/100m;济源-开封坳陷地温梯度为2.5～3.0℃/100m，开封以东大于3.0℃/100m。盆地基底隆起分布见图2-4-5。
四、盖层和热储层
1.热储层
从上述区内地热场分布特征看，坳陷或隆起区上的凸起区均是地温梯度高的区域。凸起大多是由中、新元古界和下古生界碳酸盐岩组成的断块或断隆，历经漫长地质岁月的风化剥蚀，溶孔、溶蚀裂隙十分发育，形成良好的岩溶裂隙含水层，导热性较好，是主要的热储层。直接覆盖在凸起之上的古近系、新近系孔隙-裂隙含水层，受其热传导的影响，在凸起上方也会形成热异常区，成为热储层。
华北盆地的热储层主要有新近系、古近系孔隙-裂隙含水层和中、新元古界和下古生界岩溶含水层。热储分布与新元古界和下古生界碳酸盐岩隆起和凸起密切相关，大多数新近系、古近系热储分布在基岩隆起和凸起上部。
(1)新近系热储
新近系热水含水系统，埋藏深度相对较浅(1000～2000m)，热储层为明化镇组和馆陶组的砂岩，产水量大，一般单井出水量为1500m3/d，水温一般为45～75℃，矿化度1～1.8g/L。
(2)古近系热储
古近系热水含水系统，热储层主要为东营组和沙河街组砂岩，水温较高，一般高于75℃，但水量较小，一般小于500m3/d，水质差，矿化度为5～10g/L。
(3)新元古界、下古生界岩溶热储
古潜山热水含水系统，热储层为下古生界和中、新元古界碳酸盐岩裂隙岩溶含水层，热储厚度大，水温较高，井口水温50～100℃，最高可达130℃(宁13井)，水量较大，单井出水量可达1000～3000m3/d，矿化度为3～6g/L。
2.盖层
盆地内的热盖层主要为古近系、新近系河湖相沉积的泥岩和黏性土层。
明化镇组(N2m)，为棕红色、灰绿色泥岩和砂质泥岩不等厚互层，含铁锰结核，偶见玄武岩夹层，与下伏馆陶组为整合接触。广泛分布在华北平原，一般厚600～1200m，从陆地向渤海延伸，厚度逐渐增加，可达2500～3000m。
馆陶组(N1g)，岩性为灰白色砾状砂岩、细砂岩和棕红色泥岩互层;底部为含石英及黑色燧石的砂砾岩，分布广泛，可作为标志层，与下伏地层呈不整合接触。广泛分布在华北平原，一般厚200～500m，最大可达1100m。
东营组(E3d)，岩性为灰绿色、绿灰色、褐灰色、棕红色砂质泥岩，以与浅灰色、灰白色砂岩、长石石英砂岩、砂砾岩含砾砂岩间互为特征。
五、地热资源开发前景
华北平原隶属于新生代渤海湾裂谷盆地，有良好地热形成背景。其中主要二级构造有冀中坳陷、沧县隆起、黄骅坳陷、渤中坳陷、埕宁隆起、济阳坳陷、临清-东濮坳陷、内黄隆起及开封坳陷等。勘探资料表明，地热异常区分布在隆起区和凸起区，已探明的地热田主要分布在沧县隆起、埕宁隆起以及冀中坳陷、黄骅坳陷中的碳酸盐岩凸起。
北京、天津是我国利用地热资源最多的城市，也仅利用了沧县隆起北部和裂谷盆地边缘构造中的部分地热田。尚未开展全盆地的地热调查工作，仅进行了局部地区的勘查工作。
朱连儒(2003)等曾根据华北油田勘探资料，对华北油田28400km2范围内的地热资源进行了分析研究并指出，古近系、新近系热储的分布面积达26800km2，新元古界和下古生界热储分布面积近8000km2，估计储存有相当300×108t标准煤的地热资源量。
河南省地质矿产局地球物理勘查队在汤阴断陷北部1000km2范围内圈定了面积为760km2的安汤地热田，热储为新近系热储层、古近系热储层;预测地热可采资源量相当于4.1×108t标准煤。
山东省地矿工程集团在济阳坳陷探明东营城区、孤岛和河口3个中低温型大型地热田，热储埋深1300～2000m，水温为54～83℃。
上述初步地热资源勘查结果表明，华北盆地蕴藏着丰富的地热资源，目前所探查到的地热田和资源量仅是总地热资源量的冰山一角。地热资源是一种清洁的绿色能源，具有投入低、产出高的特点。在当今煤炭、石油等化石能源日趋紧张、价格上涨的国际环境下，地热资源无疑是一种很好的替代能源，在冬季供热、发展旅游、养殖等方面有着广阔的开发利用前景。华北平原地处我国东部经济发达地区，地热资源丰富，对区内地热资源进行全面勘察，是今后水文地质勘查的一个重要方向，将为调整区内能源结构、广泛利用地热资源提供科学依据，也是开拓地质市场的新的增长点。
㈢ 地热流体可采资源量计算方法
地热流体可采量计算常用方法如下:
1.解析解法
自从地下水非稳定运动理论问世以来,对求解地下水运动的解析方法有了很大的发展。解析方法是用数学上的积分方法或积分变换等方法直接求得数学模型的解,解是某计算点的精确解。计算公式的物理概念清楚,且将表征地下水运动规律的各因素都包含在一个表达式之内,有利于分析各有关因素之间相互联系与相互制约的内在规律及对地下水运动的影响,其计算步骤比较简便,计算评价量相对较少,因此在生产实践中得到广泛应用。
首先将地热田内热储层段进行概化,使其基本符合该地下水非稳定流计算的要求。一般采用泰斯公式,给出开采量和开采时间,计算地热田内水位下降情况,控制合理水位降时的水量和时间便为地热田内热水可采资源量和可采年限。
解析解泰斯公式见式5-16:
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:r为计算点距开采井的距离(m);t为开采井开采时间(d);S(r,t)为距开采井r处t时刻的压力降深(m);Q为开采井开采量(m3/d);T为热流体储集层的导水系数(m2/d);u为井函数的自变量;W (u)为井函数或指数积分函数;S*为弹性释水系数;K为热流体储集层的渗透系数(m/d);M为热流体储集层的厚度(m);k为渗透率(m2);ρ为介质的密度(kg/m3);g为重力加速度(m/s2)。
对于多井开采的情况,根据群井开采的叠加原理,某一点处的降深为
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:ri为第i个开采井距计算点距离(m);n为开采井数;Qi为第i个开采井的采量(m2/d);ui为对应第i眼井的井函数自变量。
其他变量说明参见式(5 26)
对于多井开采,开采量呈阶梯状变化时的情况,则计算公式如下:
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:Qi,j为第i开采井第j时段的采量;L为总时段数;ui,j为对应第i个开采井j时段的井函数自变量;tj为第j时段的开始时间(d)。
其他变量说明参见式5-16。
渗透系数与渗透率的求取:
水文地质学把岩石本身可以通过流体的能力称为渗透系数(用K表示)。地热、石油等则称为渗透率(用Kd表示)。水文地质学是以常温水为研究对象,其物理性质(容重、黏度)变化很小,可以忽略不计。而对地热水等流体则不可忽视。
根据达西定律,通过多孔介质的流量Q与渗透系数K、水头损失h,以及垂直于流向的渗透面积A成正比,与水流经的长度l成反比,即式5-19所示:
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
渗透率的物理意义是流体在孔隙介质中渗透时,当量的孔道截面积大小。通常把通过渗透面积A为1cm2、长度Δl为1cm的岩样,压差ΔP为1atm(101325Pa),液体黏度μ为1CP(1mPa·s),流量Q为1cm2/s的渗透能力作为多孔介质的渗透率,即式5-20所示:
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
渗透率的单位为m2,称为达西。在实际应用中,多采用毫达西,即千分之一达西。
渗透系数的量纲为(长度/时间),渗透率的量纲为(长度)2。两者的关系为式5-21所示:
沉积盆地型地热田勘查开发与利用
式中:ρ为液体密度;g为重力加速度;μ为液体的黏度。
黏度μ和密度ρ可以通过查表得出,由此可以算出Kd或K(表5-7)。
表5-7 不同水温情况下渗透率为1达西时与渗透系数换算表
渗透率可以通过试验室试验及抽水试验取得。
2.补给量计算法
首先将地热田内热储层概化,使其基本符合稳定流计算要求,然后计算地热田内水位下降到一定程度可获得的径流补给量,将其视为地热水可采资源量,采用达西公式计算。该方法应基本掌握地热水补排方向,可设立合理的径流补给断面。
3.类比法
与地热地质条件相似的已采地热田进行比拟,选取适当的比例系数,估算计算区地热水可采资源量。
4.动态分析法
利用已有的动态观测资料,分析地热开采区内,地热水开采量与水位下降的关系,概略确定每下降1m的热水可采量,进而推测最大可能降深时的地热水可采资源量及可采年限,以此作为地热田地热资源评价的依据。该方法适用于已开发利用的地热田。该结果通常比较接近实际。
5.数值解法
在有动态监测资料的地热田,根据各自不同的地热地质条件选择合适的数学模型,较准确的计算和评价其地热资源,可据地热田对开采量的需要和变化,随时预测其水位变化趋势,进而为地热田的科学管理提供依据。
在地下水资源评价中,需要通过求解相应的数学模型得到水位的变化过程与水文地质参数等。数学模型是用来描述一个系统的结构、空间形式、边界条件和系统内部运动状态等的一组数学关系式。许多描述实际问题的数学模型往往归结为求解一些很复杂的非线性偏微分方程,通常用经典的解析法处理是很困难的。一般的处理办法是把偏微分方程转化为线性代数方程组,然后求解,这属于离散近似的计算方法,所要寻求的不是域内的连续函数而是域内各结点上函数的近似值。
地下水非稳定运动理论是以质量守恒性(连续性原理)与能量转换性(达西定律)为基础,对任何复杂的地下水流系统都可以建立其相应的数学模型,即支配地下水运动的偏微分方程及决定其解的初始条件与边界条件。
但数学模型的求解常取决于地下水流系统中水文地质条件能够概化的程度。一般来说,只有当渗流区域的几何形状比较简单,是均质、各向同性的情况下才能获得其解析解。但在实际应用中,所遇到的水文地质条件往往是比较复杂的,如渗流区域形状不规则;含水层是非均质的,含水层的厚度随时间、空间而变化,隔水底板起伏不平;地下水的补给源中包含有线性补给或局部的面状(小区域)补给;排泄条件的复杂性与变化;含水层不同地段的各向异性;由于抽水而使含水层中部分区域由承压水变成无压水等。对于这样的区域,采用解析法从理论上求解地下水流运动规律就十分困难,以至无法求解,或者即使得到解析表达式,也仍难于用常规的数学方法求解。如果不顾具体水文地质条件,而一味套用地下水流运动的解析公式必定会因实际问题的过度简化而使所得的计算结果与实际不符,从而失去了实用价值。由于地下水流系统的复杂性,极大地制约了解析解的应用。对于复杂条件下的地下水运动问题,当前最有效的方法是采用数值计算方法。
20世纪60年代以来,随着计算机技术的迅速发展,数值方法作为一种求解近似解的方法被广泛用于地下水水位预报和资源评价中。数值方法是采用离散化的方法来求解数学模型,从而得到研究区域内有限个离散点上的未知函数值。离散化的方法是将研究区域划分成为若干个较小的子区域或称为单元,即化整为零,这些单元的集合体代表的研究区域,即又积零为整。虽然所得解为数值解(即是数值的集合,是数学模型的近似解),但是只要将单元大小和时段长短划分得当,即对空间步长和时间步长取值合适,计算所得的数值解便可较好的逼近实际情况而满足计算精度的要求。由于数值方法可以较好的反映复杂条件下的地下水流状态,具有较高的仿真度,因此在理论和实际应用方面都发展的比较快。
尽管世界上相关模拟软件多达数百个,但由于地下水系统的复杂性,到目前为止,还没有任何一种模拟软件能解决一切地下水问题。模拟者应根据自己所从事的研究领域及模拟任务选择合适的软件。目前模拟软件GMS,Visual MODFLOW,Visual Groundwater,PHREEQC,HST3D和TNTmips都是比较流行的软件。
模拟的关键是概念模型的建立和模型的校正与验证。概念模型的建立是一个非常复杂的过程,即需要充分了解模拟区的地质、构造、水文地质、水文地球化学、岩石矿物、气象、水文、地形地貌、工农业利用等一切与地下水的关系,在此基础上,结合模拟的任务,才能建立一个比较合理可靠的概念模型。任何用于预测的模型都必须经过校正和验证,未经校正和验证的模型预测是不能被认可的。
数值法求解地下水流数学模型的基本步骤如下:
1)将研究区域按照某种规则进行剖分或称离散化。剖分的原则和剖分后形成的子区域形状取决于所采用的数值方法,从而将研究区域划分为若干个子区域单元。对于非稳定流问题,尚需将计算时间也进行离散化,即将计算时间离散为若干个时段。
2)将每个小单元作为地下水的小均衡域,并定义特征点上的各种物理量。
3)建立某一个时段内结点之间制约各种物理量的关系式,关系式一般表达为代数方程。
4)利用初始条件和边界条件(即初边值问题),建立在某一个划分时段内边界结点与内部结点的关系式。
5)求解上述3),4)所构成的代数方程组,就可求得某一计算时刻,研究区域上各离散点的水位H值,其集合{H}即是渗流区域上某一时刻地下水水位H的近似解,单元剖分的越小,{H}的仿真度就越高;
6)重复3)～5),可计算下一时刻的水头{H}集合值。
由于建立代数方程组的方法不同,也就产生了各种不同的离散化方法,即不同的数值方法。地下水流计算常用的数值方法有有限差分法、有限单元法、有限体积法、边界元法、有限分析法、配置法和特征线法等。
㈣ 地热资源量评价
地热地质条件分析表明，该地热田属典型的热传导中低温地热田，地热能包括两部分。
一是储积于热储体内岩石介质的热能量；二是储存在热储层地下热水中的热能量。这两部分能量之和即为热田的地热资源量，其中可采收的部分即为可利用资源量。根据目前的经济技术条件，地下热水的开发是热能开发的主要方式，因而在进行地热资源量评价时，重点需要评价地下热水排放的总热量及可开采量。
根据GB11615—89《地热资源地质勘查规范》，地热资源按温度分高温、中温、低温三类（表4-15），按地热田规模分为大、中、小型三级（表4-16）。
表4-15 地热资源温度分级
注：表中温度是指主要热储代表性温度。
宁波东钱湖西岙-1号井和西岙-2号井热水平均出水温度分别为42℃和37.5℃，属于低温地热资源。低温地热其发电效益不高，适于直接利用，因此可用于供暖、洗浴、娱乐健身、医疗、温室种植和水产养殖等。
表4-16 地热田规模分级
根据上面的计算结果，储量以100年为计算年限，得出排放的总热量为1246.74×1012J，则排放的热量约为0.39MW，因此东钱湖地热田达到小型低温地热田规模（表4-17至表4-19）。
地热井开采影响面积及保护距离计算：
地热井开采影响面积：
浙江火山岩非地热异常区地热资源勘查研究：以宁波鄞州-舟山地区为例
由计算结果知，影响面积为6.01×105m2。
地热井保护半径的计算：
浙江火山岩非地热异常区地热资源勘查研究：以宁波鄞州-舟山地区为例
由计算结果知，该井的保护距离为437.5×2=875m。
表4-17 西岙-1号井抽水前静止水位观测记录（2006年）
表4-18 西岙-1号井地下热水抽水试验记录（2006年）
续表
注：抽水井降深为292.3m，出水量为252m3/d，出水温度为42℃。地热水水质为HCO3-Na型水。
表4-19 西岙-1号井抽水试验水位恢复记录（2006年）
续表
㈤ 我国地热能利用量如何
2014年11月25-26日，中国首届地热论坛--“2014·中国地热论坛”在北京举办。论坛透露，我国地热储量约占全球资源量的六分之一，到2020年，我国地热能开发年利用量要达到5000万吨标煤。开发利用地热对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义。
㈥ 全球地热潜在的资源量约为现在全球能源消耗总量的多少倍
一般认为，是由于地球物质中所含的放射性元素衰变产生的热量。有人估计，在地球的历史中，地球内部由于放射性元素衰变而产生的热量，平均为每年5万亿亿卡（即）。这是多么巨大的热源啊。1981年8月，在肯尼亚首都内罗毕如开了联合国新能源会议，据会议技术报告介绍，全球地热能的潜在资源，约为，相当于现在全球能源消耗总量的45万倍。地下热能的总量约为煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。丰富的地热资源等待我们去开发。
㈦ 地热资源储量丰富吗
由于地表以下10千米的地热分布过于分散，并不是处处都可以开发，也不是所有开发出来的地热都具有商业价值。人们能够利用的仅仅是指地热集中在可达深度和限度容积内，其温度足够用于发电或发热利用的那些资源。地热相对富集区称之为地热田。地热的分布与地球6大主要板块和一些小的单个板块构造有关，板块边缘总是最薄弱的地方，也是高温地热田的分布地带。按照地热资源的分布，全球有5个着名的地热带，即环太平洋地热带、大西洋中脊地热带、红海一亚丁湾一东非裂谷型地热带、地中海一喜马拉雅缝合线型地热带和中亚地热带。
地热资源十分丰富，约为全球煤热能的1.7亿倍，是全世界现产煤炭总发热量的2000倍。以地下3千米以内的地热来说，即使按1%的利用率来计算，也相当于29000亿吨标煤的能量，这可不是一个小数字。
地热资源表现方式有多种，主要有称为水热对流系统的地下蒸汽、地热水和称为热火成岩系统的岩浆、不可渗透的地下干热岩体。目前，人们能开发利用的主要是地下蒸汽和地热水。
㈧ 什么是地热资源
地热资源是一种可再生的清洁能源。地热资源遍布全世界，尤其是在一些发展中国家贮藏量丰富，许多发展中国家集中的地区（包括东亚、东南亚、中美洲和安第斯地区）具有丰富的地热资源，至少有40个国家拥有足够的地热潜力可以满足他们很大一部分电力需求。数据显示，全球5km以浅地热资源量约4900×1012t标准煤，我国地热资源约占全球资源量的1/6。
地热能来自于地球产生的热量，其范围非常广，从距离地表很近的热水和热岩，到处于地表以下几千米处具有极高温度的水和岩石，都具有地热能。在地球表面下80～100km深度，高黏度熔岩的温度为650～12000℃，在近地心处估计为4000～60000℃。根据理论，几乎可以从地球任何地方深入到距地表很深的地方去开采这些热能，甚至可以到达极端高温的岩浆（地球核心处融化的岩石）处。尤其是对于有着活跃火山活动和温泉的国家，如新西兰和冰岛，更是如此。图7.21为冰岛奈斯亚威里尔地热发电站。
图7.21冰岛奈斯亚威里尔地热发电站
㈨ 目前世界上地热资源利用总量已达8500兆瓦，它的各种用途如下图．（1）分别计算出冬季取暖、温室种植、温
（1）8500×33%，
=8500×0.33，
=2805（兆瓦）；
8500×25%，
=8500×025，
=2125（兆瓦）；
8500×15%，
=8500×0.15，
=1275（兆瓦）；
答：冬季取暖、温室种植、温室洗浴所用的地热资源量分别是2805兆瓦、2125兆瓦、1275兆瓦．
（2）（2805-2125）÷2125，
=680÷2125，
=0.32，
=32%；
答：用于冬季取暖的地热资源量比用于温室种植的地热资源量多32%．
（3）工业用地热资源量比温室种植暖的地热资源量少百分之几？
8500×10%
=8500×0.10
=850（兆瓦），
（2125-850）÷2125
=1725÷2125
=0.6
=60%
答：工业用地热资源量比温室种植暖的地热资源量少60%．