吉林大学学报(地球科学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (4): 1149-1162.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20210382

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

地热资源开发过程中潜在地下水环境问题

许天福,陈敬宜,冯波,姜振蛟   

  1. 地下水资源与环境教育部重点实验室(吉林大学),长春 130021
  • 收稿日期:2021-11-26 出版日期:2023-07-26 发布日期:2023-08-10
  • 通讯作者: 姜振蛟(1986—),男,教授,博士生导师,主要从事储层表征与模拟方面的研究,E-mail: zjjiang@jlu.edu.cn
  • 作者简介:许天福(1962—),男,教授,博士生导师,国家“千人计划”特聘专家,主要从事多相流反应溶质运移和增强型地热系统方面的研究,E-mail:tianfu_xu@jlu.edu
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2018YFB1501803)

Possible Problems of Groundwater Evrionment  in the Exploitation of Geothermal Energy

Xu Tianfu, Chen Jingyi,Feng Bo, Jiang Zhenjiao   

  1. Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment (Jilin University), Ministry of Education, Changchun 130021, China

  • Received:2021-11-26 Online:2023-07-26 Published:2023-08-10
  • Supported by:
    the National Key R&D Program of China (2018YFB1501803)

摘要: 地热资源开发利用与地下水运动和水环境演化密切相关。为了给我国大规模地热资源绿色开发与利用提供参考,本文综述了浅层地热资源、中深层水热型地热资源及深部干热岩型地热资源开发现状和典型开采技术。其中:浅层地热资源的开发模式分为土壤源热泵和地下水源热泵;中深层水热型地热资源开发模式主要有直接开采、采灌结合和单井循环;深部干热岩型地热资源通过水力压裂或化学刺激等储层改造技术,形成增强型地热系统(EGS)。结合报道实际案例,评述了地热资源开发对地下水资源与环境的潜在影响,包括地源热泵技术可能导致冷热堆积、水热开采可能引起地下水位下降、干热岩水力压裂可能诱发微地震事件,以及压裂液泄露可能造成化学污染等。针对地热开发对地下水土环境造成的负面影响,提出了有助于地热资源绿色开发的相应措施,包括提高回灌能力、采灌过程中保持水量平衡、保持换热效率与地下热量新平衡,及采用新型材料等。

关键词: 地热资源, 开采技术, 地下水环境, 防治措施, 可持续开发利用

Abstract: Geothermal energy exploitation and utilization are closely related to groundwater transport and the evolution of water environment. In this study, wereviewed the development status and typical mining technologies for the shallow geothermal energy stored in the soil and phreatic aquifers, median-to-high-temperature geothermal energy in deep aquifers, and high-temperature geothermal energy stored in the hot dry rocks for informational purposes of sustainable development and utilization of large-scale geothermal resources. In particular, the shallow geothermal energy can be classified into ground source heat pump and ground water heat pump according to the subsurface heat source; Median-to-high-temperature geothermal energy can be exploited mainly by direct mining, combination of production and injection and standing column well system; And high-temperature geothermal energy can be exploited using enhanced geothermal systems (EGS) through reservoir reconstruction technique such as hydraulic fracturing or chemical stimulation. Furthermore, the potential impact of geothermal energy exploitation on the groundwater resources was analyzed and summarized following the reported site cases, mainly focused on the cold and heat accumulation brought by heat pump technology, the decline of groundwater level caused by hydrothermal exploitation and the possibility of microseismic events or fracturing fluid leakage caused by hydraulic fracturing of hot dry rocks. In the end, the approaches were proposed to promote the sustainable development of geothermal resources and reduce the negative impacts on groundwater resources, including improving the recharge capacity, maintaining the water balance in the process of mining and irrigation, maintaining the heat exchange efficiency and the re-balance of underground heat, and adopting new materials. 

Key words: geothermal energy, mining technology, groundwater environment, prevention approaches, sustainable development and utilization

中图分类号: 

  • P314
[1] 冯波, 刘曦遥, 王学鹏, 冯守涛, 刘帅, 崔振鹏.

埕宁隆起区寒武系—奥陶系岩溶热储资源评价 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(5): 1521-1533.

[2] 安百州, 曾昭发, 闫照涛, 张代磊, 于朝阳, 赵勇, 杜亚男. 鄂尔多斯盆地西缘热储构造模式及地热资源分布特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1286-.
[3] 孙明行, 王瑞湖, 管彦武, 刘德民. 广西陆域干热型地热资源潜力估算[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1302-.
[4] 冯波, 崔振鹏, 赵璞, 刘鑫, 胡子旭. 基于T2WELL的U型地热井供暖潜力数值模拟[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(2): 560-570.
[5] 骆奕杉, 李兆. 基于统计方法评价沁水盆地南部煤层气开采对地下水环境的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(2): 516-525.
[6] 张延军, 余海, 李建明, 于子望, 张佳宁. 深部水热型地热潜力区的GIS预测模型——以土耳其西安纳托利亚地区为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(3): 855-864.
[7] 刘少玉, 靳盛海, 韩双平, 宋书红, 王哲, 周晓妮. 华北东部平原浅层高矿化弱渗透地下水的开发技术示范研究[J]. J4, 2010, 40(1): 114-120.
[8] 姜纪沂, 张宇东, 谷洪彪, 左兰丽. 基于灰色关联熵的地下水环境演化模式判别模型研究[J]. J4, 2009, 39(6): 1111-1116.
[9] 林学钰,廖资生,苏小四,钱云平. 黄河流域地下水资源及其开发利用对策[J]. J4, 2006, 36(05): 677-684.
[10] 章光新,邓伟,何岩,RAMSIS Salama. 水文响应单元法在盐渍化风险评价中的应用[J]. J4, 2005, 35(03): 356-0360.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 程立人,张予杰,张以春. 西藏申扎地区奥陶纪鹦鹉螺化石[J]. J4, 2005, 35(03): 273 -0282 .
[2] 李 秉 成. 陕西富平全新世古气候的初步研究[J]. J4, 2005, 35(03): 291 -0295 .
[3] 和钟铧,杨德明,王天武,郑常青. 冈底斯带巴嘎区二云母花岗岩SHRIMP锆石U-Pb定年[J]. J4, 2005, 35(03): 302 -0307 .
[4] 陈 力,佴 磊,王秀范,李 金. 绥中某电力设备站场区地震危险性分析[J]. J4, 2005, 35(05): 641 -645 .
[5] 纪宏金,孙丰月,陈满,胡大千,时艳香,潘向清. 胶东地区裸露含金构造的地球化学评价[J]. J4, 2005, 35(03): 308 -0312 .
[6] 初凤友,孙国胜,李晓敏,马维林,赵宏樵. 中太平洋海山富钴结壳生长习性及控制因素[J]. J4, 2005, 35(03): 320 -0325 .
[7] 李斌,孟自芳,李相博,卢红选,郑民. 泌阳凹陷下第三系构造特征与沉积体系[J]. J4, 2005, 35(03): 332 -0339 .
[8] 李涛, 吴胜军,蔡述明,薛怀平,YASUNORI Nakayama. 涨渡湖通江前后调蓄能力模拟分析[J]. J4, 2005, 35(03): 351 -0355 .
[9] 旷理雄,郭建华,梅廉夫,童小兰,杨丽. 从油气勘探的角度论博格达山的隆升[J]. J4, 2005, 35(03): 346 -0350 .
[10] 章光新,邓伟,何岩,RAMSIS Salama. 水文响应单元法在盐渍化风险评价中的应用[J]. J4, 2005, 35(03): 356 -0360 .