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[摘要]热能作为一种积蓄在地下0--200 m的无形自然资源，是地球深部的热传导和热对流与太阳辐射共同作用的产物。浅层地温场对浅层地温能资源的形成、开发利用起着决定性作用，研究其分布特征，对探索浅层地温能资源分布规律、潜力评价及其开发利用都具有较高的实用价值和重要的理论意义。本文以梁山县地理环境为例，从地热调查、地温层特征以及对浅层地温场的开发与利用做了详细论证，旨在提供有用的重要依据。
[关键词]浅层 地温场 特征 研究
[中图分类号] P468.0+21 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-59-2
近年来梁山县经济发展迅速，随着生活水平的提高，人们对生活质量的要求也越来越高，导致能源消耗呈直线增长。地热被视为一种理想能源，在我国储备丰富，是能源开发利用的重点研究方向之一。基于能源危机和技术支持，山东省地矿工程勘察院初步分析了梁山县的区域地质资料，详细调查分析了该区域的地热资源，得到了一些关于地热的真实可靠数据。
1梁山县浅层地温层开发调查调查
1.1地质数据分析整理
在充分搜集、分析已有资料的基础上，对梁山县进行地热地质调查。利用1：5万底图，采用重点调查与一般调查相结合的方法进行了面上的调查与建卡。调查面积322 km2。由于工作区巨野断裂以东、汶泗断裂以北第四系下主要分布奥陶系、寒武系和太古代泰山岩群，奥陶系顶板埋藏深度0-300m，且在小安山一带出露，寒武系埋深在200～300m，这部分区域成热地质条件差；汶泗断裂以南区域我院已进行过地热资源调查，因此将巨野断裂以西作为本次工作的重点调查区，面积约105.9 km2。共调查井（孔）50眼，并按有关技术要求逐一建立了井（孔）卡片。
1.2梁山县地温场情况调查
为了解工作区地温场特征，确定恒温带深度和温度，在调查过程中，对50眼井（孔）进行了井内测温。工作区内井（孔）深度一般为20-60m，主要为当地居民生活与农田灌溉用水井，且大多下有潜水泵，这给测温工作带来了一定的难度，也影响了测温的精度。对此，项目组采取了多次复测的办法，保证了机井测温深度准确，水温准确。自上而下间隔2m测一次井温，至井底后再自下而上进行复测，重要的井（孔）反复测量2-3次，取得的测温资料翔实可靠，能反映工作区的实际情况。本次测温选用了天津市交通电子仪表试验厂生产的SDW-A型数字点温仪，测温范围为-50～150℃，分辨力0.1℃，测温精度±0.5%，满足了精度要求。
1.3地球物理勘探
地球物理勘探工作由我院物探技术人员实施，本次工作选用视电阻率直流垂向电测深法，采用AB：MN=5：1的对称四极等比装置，最小AB/2=10m，最大AB/2=2500m，点距200m。物探野外工作始于2007年10月，结束于2007年12月。共计完成物探剖面线4条，剖面总长度43.0km，物理点90个，其中质检点5个。推断断裂构造1条。推断了盖层的分布、厚度以及热储层的埋深；工作质量达到了规范要求，完成了任务书提出的地质任务。
1.4地下水水位动态特征
梁山县一直以第四系水作为主要供水水源，岩溶地下水开采利用相对较少，主要集中在县城附近区域。浅层孔隙水水位动态受气象、水文、农灌、开采等因素的影响，根据其影响因素的不同，可划分为几种动态类型：入渗、回渗-蒸发型，入渗、回渗-开采、蒸发型，入渗-开采型。岩溶水的水位动态变化受侧向径流量、大气降水量及开采量的控制，季节性变化较明显。枯水季节，径流补给量大，抬高岩溶水水位。以本次调查搜集到梁山县城区附近岩溶水井（原始编号L2）为例，1996年全年最高水位30.77m，出现于9月中旬；最低水位28.38m，出现于7月上旬；年水位变幅2.39m。大气降水峰值出现于7月中下旬，大氣降水补给与最高水位出现的滞后期约为2个月。
2地温场特征
地温场反映地球内热的变化程度，地温的变化是地质构造条件和地质历史的综合反映。影响地壳浅部地温的主要因素一般有基底面的起伏构造形态、地下水活动等。通常用盖层地温梯度的变化来表征一个地区的地温状况。
2.1机民井测温（浅层测温）
工作区范围内，机民井深度一般为15～55m，能揭示温度异常的井孔很少，所以按本次机民井测温资料难以系统地分析地热田的地温状况，只能以部分浅井资料来确定工作区恒温层温度与深度。由于受井结构、水位、地表等因素的影响，通过浅井测温所反映的恒温层温度及深度变化较大，其规律性较差。
2.2地温场平面变化特征
利用本次工作浅层测温资料计算了地温梯度值，其计算公式如下：
G=△t/△h=（T-t）/（H-h）
式中： G——地温梯度（℃/m），常换算成℃/100m；△h——深度区间值（m）；△t——深度区间为△h的地温变化值（℃）；h——计算起始深度（m）；H——计算截止深度（m）；t——深度为h处地温（℃）；T——深度为H处地温（℃）。
根据计算所得的地温梯度值及收集的黑虎庙井田的地温资料绘制了浅层地温梯度等值线（见附图2）。从附图2可以看出：工作区内浅层地温梯度值普遍较低，地温梯度值一般在1.0℃/100m～2.5℃/100m之间，地温变化与区内的断裂构造也有密切关系，汶泗断裂以北断裂构造附近的地段，地温梯度及地温值相对较高；巨野断裂西部黑虎庙井田勘探区内地温梯度较高，物探推断的此处视电阻率较低。
2.3地温场垂向变化特征
一般来说，地温随深度增加而升高。古近系粘土岩和石炭系、二叠系砂页岩热传导率较低，起保温盖层作用，而奥陶系厚层石灰岩的热传导率和含水层中地下水沿岩溶裂隙和断层破碎带的对流热传导，其热传导能力明显高于盖层。从工作区内黑虎庙井田测温资料（详见表3-3）和重点工作区前新近纪基岩地热地质图（附图3），分析工作区地温场垂向变化特征：工作区测温井全井段的地温梯度值大多在2.00-3.00℃/100m之间，最低1.67℃/100m，最高3.18℃/100m，平均值2.815℃/100m；非煤系平均地温2.21℃/100m，煤系平均地温梯度3.42℃/100m，煤系的地温梯度大于非煤系的。 2.4地热异常区的圈定
本区热储是深埋型层状热储，浅层测温资料对地热异常反映不明显，深孔测温资料较少而且集中。将杨营镇以北的阎集-黑虎庙乡-油坊-靳庄一带确定为地热异常区，面积为40.25km2。本次调查圈定的地热异常区位于区域性巨野断裂附近，断裂构造的存在，利于深部热能对浅部热储层中的水进行加热，从而使其温度升高，形成地热资源，奥陶系灰岩在断裂构造作用力的作用下产生破碎，岩溶裂隙发育，形成富水空间，有利于地热水的贮存。
3地温场开发与运用前景
3.1热温场开发的条件
经过调查研究分析，梁山县地热异常区位于杨营镇以北的阎集-黑虎庙乡-油坊-靳庄一带，面积为40.25km2。区内地下热水的热源主要是地球深部的热能。热储层中水的来源为大气降水入渗经深部地下径流补给。本区年恒温带深度为20m，恒温带平均温度为14.5℃；盖层的平均地温梯度为2.815℃/100m，热储平均地温梯度1.0℃/100m。地热水水化学类型主要为SO4·Cl -Ca·Na型或SO4·Cl -Ca·Na·Mg型，阳离子以SO42- 及Cl-为主，阳离子以Ca2+含量占主导优势，总矿化度为4.988～5.036g/L，PH值为7.6～7.7。区内地热资源属低温地热资源，可应用于洗浴、温室及土壤加温等。地热资源的开发，对环境污染很小。区内奥陶系热储含有丰富的地热资源。采用热储法进行资源量估算，Ⅰ区热能资源量为1.60×1018 J，相当于0.547×108吨标准煤的产热量。可利用热能资源量為0.241×1018 J，相当于0.0823×108吨标准煤的产热量。地下热水可采资源量7800m3/d。按照平均布井法，地热田内可以布置地热井13眼。本次估算的可采资源储量满足E级精度要求。
3.2热水资源评价
采用体积法计算的梁山县西部Ⅰ区热水静储量为0.91×109m3，其中容积储存量为0.898×109m3，弹性储存量为1.2466×107m3。可采热水资源量是进行地热开发设计和总体规划的依据，经计算，Ⅰ区可采资源总量为7800m3/d，按平均布井法计算，可布13眼地热井。就目前的经济条件、开采技术和提水设备是完全可以达到的，也是切实可行的。
参考文献
[1]《浅层地热能勘查评价规范》DZ/T 00225-2009 [S].北京：中国标准出版社2009：1-2.
[2]国家标准 《地热资源地质勘查规范》[S] （GB11615-89）.
[关键词]浅层 地温场 特征 研究
[中图分类号] P468.0+21 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-59-2
近年来梁山县经济发展迅速，随着生活水平的提高，人们对生活质量的要求也越来越高，导致能源消耗呈直线增长。地热被视为一种理想能源，在我国储备丰富，是能源开发利用的重点研究方向之一。基于能源危机和技术支持，山东省地矿工程勘察院初步分析了梁山县的区域地质资料，详细调查分析了该区域的地热资源，得到了一些关于地热的真实可靠数据。
1梁山县浅层地温层开发调查调查
1.1地质数据分析整理
在充分搜集、分析已有资料的基础上，对梁山县进行地热地质调查。利用1：5万底图，采用重点调查与一般调查相结合的方法进行了面上的调查与建卡。调查面积322 km2。由于工作区巨野断裂以东、汶泗断裂以北第四系下主要分布奥陶系、寒武系和太古代泰山岩群，奥陶系顶板埋藏深度0-300m，且在小安山一带出露，寒武系埋深在200～300m，这部分区域成热地质条件差；汶泗断裂以南区域我院已进行过地热资源调查，因此将巨野断裂以西作为本次工作的重点调查区，面积约105.9 km2。共调查井（孔）50眼，并按有关技术要求逐一建立了井（孔）卡片。
1.2梁山县地温场情况调查
为了解工作区地温场特征，确定恒温带深度和温度，在调查过程中，对50眼井（孔）进行了井内测温。工作区内井（孔）深度一般为20-60m，主要为当地居民生活与农田灌溉用水井，且大多下有潜水泵，这给测温工作带来了一定的难度，也影响了测温的精度。对此，项目组采取了多次复测的办法，保证了机井测温深度准确，水温准确。自上而下间隔2m测一次井温，至井底后再自下而上进行复测，重要的井（孔）反复测量2-3次，取得的测温资料翔实可靠，能反映工作区的实际情况。本次测温选用了天津市交通电子仪表试验厂生产的SDW-A型数字点温仪，测温范围为-50～150℃，分辨力0.1℃，测温精度±0.5%，满足了精度要求。
1.3地球物理勘探
地球物理勘探工作由我院物探技术人员实施，本次工作选用视电阻率直流垂向电测深法，采用AB：MN=5：1的对称四极等比装置，最小AB/2=10m，最大AB/2=2500m，点距200m。物探野外工作始于2007年10月，结束于2007年12月。共计完成物探剖面线4条，剖面总长度43.0km，物理点90个，其中质检点5个。推断断裂构造1条。推断了盖层的分布、厚度以及热储层的埋深；工作质量达到了规范要求，完成了任务书提出的地质任务。
1.4地下水水位动态特征
梁山县一直以第四系水作为主要供水水源，岩溶地下水开采利用相对较少，主要集中在县城附近区域。浅层孔隙水水位动态受气象、水文、农灌、开采等因素的影响，根据其影响因素的不同，可划分为几种动态类型：入渗、回渗-蒸发型，入渗、回渗-开采、蒸发型，入渗-开采型。岩溶水的水位动态变化受侧向径流量、大气降水量及开采量的控制，季节性变化较明显。枯水季节，径流补给量大，抬高岩溶水水位。以本次调查搜集到梁山县城区附近岩溶水井（原始编号L2）为例，1996年全年最高水位30.77m，出现于9月中旬；最低水位28.38m，出现于7月上旬；年水位变幅2.39m。大气降水峰值出现于7月中下旬，大氣降水补给与最高水位出现的滞后期约为2个月。
2地温场特征
地温场反映地球内热的变化程度，地温的变化是地质构造条件和地质历史的综合反映。影响地壳浅部地温的主要因素一般有基底面的起伏构造形态、地下水活动等。通常用盖层地温梯度的变化来表征一个地区的地温状况。
2.1机民井测温（浅层测温）
工作区范围内，机民井深度一般为15～55m，能揭示温度异常的井孔很少，所以按本次机民井测温资料难以系统地分析地热田的地温状况，只能以部分浅井资料来确定工作区恒温层温度与深度。由于受井结构、水位、地表等因素的影响，通过浅井测温所反映的恒温层温度及深度变化较大，其规律性较差。
2.2地温场平面变化特征
利用本次工作浅层测温资料计算了地温梯度值，其计算公式如下：
G=△t/△h=（T-t）/（H-h）
式中： G——地温梯度（℃/m），常换算成℃/100m；△h——深度区间值（m）；△t——深度区间为△h的地温变化值（℃）；h——计算起始深度（m）；H——计算截止深度（m）；t——深度为h处地温（℃）；T——深度为H处地温（℃）。
根据计算所得的地温梯度值及收集的黑虎庙井田的地温资料绘制了浅层地温梯度等值线（见附图2）。从附图2可以看出：工作区内浅层地温梯度值普遍较低，地温梯度值一般在1.0℃/100m～2.5℃/100m之间，地温变化与区内的断裂构造也有密切关系，汶泗断裂以北断裂构造附近的地段，地温梯度及地温值相对较高；巨野断裂西部黑虎庙井田勘探区内地温梯度较高，物探推断的此处视电阻率较低。
2.3地温场垂向变化特征
一般来说，地温随深度增加而升高。古近系粘土岩和石炭系、二叠系砂页岩热传导率较低，起保温盖层作用，而奥陶系厚层石灰岩的热传导率和含水层中地下水沿岩溶裂隙和断层破碎带的对流热传导，其热传导能力明显高于盖层。从工作区内黑虎庙井田测温资料（详见表3-3）和重点工作区前新近纪基岩地热地质图（附图3），分析工作区地温场垂向变化特征：工作区测温井全井段的地温梯度值大多在2.00-3.00℃/100m之间，最低1.67℃/100m，最高3.18℃/100m，平均值2.815℃/100m；非煤系平均地温2.21℃/100m，煤系平均地温梯度3.42℃/100m，煤系的地温梯度大于非煤系的。 2.4地热异常区的圈定
本区热储是深埋型层状热储，浅层测温资料对地热异常反映不明显，深孔测温资料较少而且集中。将杨营镇以北的阎集-黑虎庙乡-油坊-靳庄一带确定为地热异常区，面积为40.25km2。本次调查圈定的地热异常区位于区域性巨野断裂附近，断裂构造的存在，利于深部热能对浅部热储层中的水进行加热，从而使其温度升高，形成地热资源，奥陶系灰岩在断裂构造作用力的作用下产生破碎，岩溶裂隙发育，形成富水空间，有利于地热水的贮存。
3地温场开发与运用前景
3.1热温场开发的条件
经过调查研究分析，梁山县地热异常区位于杨营镇以北的阎集-黑虎庙乡-油坊-靳庄一带，面积为40.25km2。区内地下热水的热源主要是地球深部的热能。热储层中水的来源为大气降水入渗经深部地下径流补给。本区年恒温带深度为20m，恒温带平均温度为14.5℃；盖层的平均地温梯度为2.815℃/100m，热储平均地温梯度1.0℃/100m。地热水水化学类型主要为SO4·Cl -Ca·Na型或SO4·Cl -Ca·Na·Mg型，阳离子以SO42- 及Cl-为主，阳离子以Ca2+含量占主导优势，总矿化度为4.988～5.036g/L，PH值为7.6～7.7。区内地热资源属低温地热资源，可应用于洗浴、温室及土壤加温等。地热资源的开发，对环境污染很小。区内奥陶系热储含有丰富的地热资源。采用热储法进行资源量估算，Ⅰ区热能资源量为1.60×1018 J，相当于0.547×108吨标准煤的产热量。可利用热能资源量為0.241×1018 J，相当于0.0823×108吨标准煤的产热量。地下热水可采资源量7800m3/d。按照平均布井法，地热田内可以布置地热井13眼。本次估算的可采资源储量满足E级精度要求。
3.2热水资源评价
采用体积法计算的梁山县西部Ⅰ区热水静储量为0.91×109m3，其中容积储存量为0.898×109m3，弹性储存量为1.2466×107m3。可采热水资源量是进行地热开发设计和总体规划的依据，经计算，Ⅰ区可采资源总量为7800m3/d，按平均布井法计算，可布13眼地热井。就目前的经济条件、开采技术和提水设备是完全可以达到的，也是切实可行的。
参考文献
[1]《浅层地热能勘查评价规范》DZ/T 00225-2009 [S].北京：中国标准出版社2009：1-2.
[2]国家标准 《地热资源地质勘查规范》[S] （GB11615-89）.