浅层地温能调查评价实施方案的技术探讨

浅层地温能调查评价实施方案的技术探讨
通过对浅层地温能调查评价的具体实施过程进行分析，结合惠州市浅层地温能调查评价实施过程中获取的经验，详细阐述从收集和整理已有资料、1：5万水文地质补充调查、钻探、样品采集、物探测井、动态观测和野外试验（包括：现场热响应试验、抽灌试验）等工作步骤的安排与布置，最终总结出实施浅层地温能调查评价的一套比较合理、完善的方案。

标签：浅层地温能实施方案惠州地区
浅层地温能[1 ，2]是通过地源热泵技术[3]利用的蕴藏在地表以下200m以内，温度低于25℃的热能。

是一种可再生的新型环保能源，也是一种特殊矿产资源，利用前景广阔。

开发利用浅层地温能对构建资源节约型和环境友好型社会、保障国家能源安全、改善我国现有能源结构、促进国家节能减排战略目标的实现具有非常重要的意义。

浅层地温能调查评价的总体目标任务是查明浅层地温能的分布特点和赋存条件，评价浅层地温能资源量及开发利用潜力，编制浅层地温能开发利用适宜性区划，为地区浅层地温能合理开发利用和保护提供依据。

围绕总体目标任务来规划具体的工作方法、技术路线和实施步骤，达到最优的调查评价效率和效果。

1工作方法和技术路线
在充分收集、分析本地区已有的气象温度、自然地理、区域地质、水文地质、工程地质、地热地质等成果的基础上，进行水文地质补充调查和浅层地温能开发利用工程现状调查，开展勘探孔施工、取样和测试、物探测井、热响应试验、抽灌试验以及动态监测等工作，查明200m以浅第四系区域的岩土层结构和水文地质条件，取得资源评价与开发利用区划的相关技术参数。

在此基础上进行地埋管换热方式和地下水换热方式适宜性分区，进行区域浅层地温能评价，并编制浅层地温能合理开发利用区划，最后提交综合成果资料。

2工作内容
2.1资料搜集
前期收集的资料要广，包括如下方面：①相关的法律、法规及政策；②与浅层地温能调查评价相关的标准、规划、规程等，重点是收集王贵玲编写的浅层地温能调查评价技术要求，详细列出了百公里工作量定额要求；③本地区的地下水开发利用规划、水资源保护规划、城市建设总体规划、土地利用规划、地下空间（地铁、防空、市政管道、商场等）规划、供暖规划、新能源利用规划等资料；
④本地区的地形地貌、河流、湖泊、气候、气象等资料，包括河川迳流量、气温、降水量、蒸发量等近十年的自然地理资料，一般可以通过当地的年鉴获取；⑤已经完成的区域地质、水文地质、工程地质、环境地质、地热地质等勘查报告、论
证和研究；⑥搜集以往的钻孔资料，包括地层岩性、包气带结构、含水层结构、初始水位、抽水试验、钻孔涌水量、地下水位变化、开发利用情况、测温数据、岩石水理参数和热物理参数等；⑦本地区浅层地温能开发利用的工程相关资料，含利用方式、供暖（制冷）面积、运行工况、运行成本等相关情况和产生的资源环境效应等。

2.2野外调查
以1：5万最新地形图为野外工作底图（手图），主要根据工作区分幅、村镇位置、收集到的可观测的孔（井）位置、存在的道路等来综合考虑调查的路线，采用定点描述与沿途观察相结合的方法调查。

重点调查区，主要针对机（民）井、泉点及浅层地温能开发利用工程现状进行调查，对调查点的GPS坐标或经纬度、平面位置示意图、水文地质条件、地层岩性、测量水温等信息进行调查记录，并对典型地点及调查工作过程进行数码照相，照片总数不低于调查点的2/3；非重点调查区则以搜集资料为主，辅以必要的工作手段。

2.3钻探
钻孔布设按照“统筹规划、一孔多用”的原则，依据已有资料的详细程度和本地区城市总体规划，布设适量钻孔，达到控制调查区地层分布、水文地质条件和岩土体物性、热物性的要求。

有些孔可以适当一孔多用，按照从地质勘查孔→水文孔→热响应试验孔的顺序利用。

2.4物探测井
所有施工水文孔進行综合测井，包括视电阻率、井温和自然电位测量项目，而其他孔全部只进行测温，点距间隔2m。

根据井温测量勾画不同深度埋深的温度等值线，从而认识工作区背景温度及其平面变化规律；计算地温梯度，掌握不同地层结构的地温梯度变化规律，为研究浅层地温能分布特征提供基础资料，同时了解工作区变温带和恒温带的深度以及增温带的地温梯度等。

根据视电阻率、自然电位资料，进一步分析工作区的岩性特征，划定不同地层岩性界面、含水层位置、厚度等，指导滤水管、温度传感器安装等工作。

2.5样品采集与室内测试
岩、土原状样视现场各土层厚薄情况分别采取，岩土层单层厚度大于1m的，每层间隔5m连续取代表性原状土样2件（砂、砾石层除外），为常规物理性质和热物性测试样。

常规物理性质测试指标包括孔隙率、含水率和密度等；热物性参数测试指标包括热导率和比热容。

为研究工作区地下水化学场分布规律，圈定适合地下水地源热泵适用范围，采集水样进行水质分析，对全区适当采集统测简分析水样和全分析水样。

水质全分析项目包括：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、NH4+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-、NO2-、CO32-、F-、Br-、I-、游离CO2、可溶性SiO2、pH值、耗氧量、总硬度、暂时硬度、永久硬度、总碱度等；在地下水地源热泵适宜区、较适宜区增加分析项目：
含砂量、浊度、游离氯、CaO、H2S、油污等。

统测水质简分析项目在全分析项目的基础上，酌情删减一些项目。

2.6野外试验
抽水试验可按稳定流规程进行，有条件的可按非稳定流规程，延续时间按水位下降与时间[s（或△h2）～lgt]关系曲线确定：s（△h2）～lgt关系曲线有拐点时，则延续时间宜至拐点后的线段趋于水平。

（△h2）～lgt关系曲线没有拐点时，则延续时间宜根据试验目的来确定。

抽水时，抽水井水位、流量的观测和水位恢复时的水位观测，按稳定流要求进行。

宜在开始抽水后第1、2、3、5、10、15、20、30分钟[4]各观测一次，以后每隔30分钟观测一次，至抽水结束，水位读数精确到厘米，观测孔水位读数应精确到毫米。

恢复水位的观测，在抽水停泵后立即进行，观测频率与抽水时相同，观测到水位静止为止。

抽水、回灌试验主要是获取影响半径、给水度（或储水系数）、渗透系数、导水系数等水文地质参数，了解含水层富水性、单井涌水量，结合该井回灌量，求得灌采比，确定合理的布局方式，为浅层地温能资源评价提供基础数据。

现场热响应试验应在地埋管换热适宜区和较适宜区进行。

目的是通过野外试验和室内测试查明岩土体的热物理性质参数，试验过程中记录进/出仪器的温度、流量和换热功率，进而分析计算换热孔的综合传热系数和每延米的换热量。

在相同水文地质条件的区域建立热响应试验场，做不同深度（60m、80m、100m）单U和双U两种现场热响应对比试验，对结果进行对比分析，以研究不同埋管方式的换热效率、不同深度对换热量的影响等。

采用DN32的PE管，安装后进行打压试验确认无泄漏后，12小时内用石英中砂回填，表层不透水层段用粘土粉末回填；安装完毕至少48小时后才能试验。

首先做无负荷的循环测试，获取地层初始平均温度，温度稳定后，进行两次观测时间不少于24小时制冷（热）工况负荷试验，大的6～10kW，小的3～5kW，温度稳定（变化幅度小于1℃）后观测不少于24小时。

每次加热（冷）负荷停止后，继续观测时间不少于12小时。

利用地埋管换热系统采用人工冷（热）源向岩土体连续加热（冷）并记录传热介质的温度变化和循环量来测定岩土体的热传导性能的试验。

通过该试验确定每延米的换热量，为浅层地温能资源评价提供基础数据。

2.7动态监测
监测内容包括：水量、水质、水位及地温的动态变化，在施工钻孔、水井和泉点处对水量、水位及水质进行每月的观测。

最好对现场热响应试验孔进行地温动态观测，观测竖向间隔为2m，观测周期为一年。

地下水水位的监测频率为每5日监测一次，日期定为每月的5、10、15、20、25、30日（2月为月末日）；地温、水量的监测频率为每月监测一次；地下水水质的监测频率为一年2次，在每年的丰、枯季各采一次水样，作水质常规分析。

3结论
目前，我国各大、中城市陆续都在开展浅层地温能的前期调查工作，相关的经验都在摸索、学习。

本文介绍了从资料搜集、野外调查、钻探、物探测井、样
品采集与室内测试、野外试验、动态监测7方面的工作步骤和方法。

上述7个方面的实物工作是浅层地温能调查评价过程中最值得关注和落实的环节，前面的环节是后面工作的基础，只有按顺序把所有的工作依次做好才是高质量的完成野外作业。

明确和处理好上述几方面，不论是从细节，还是从整体，都能使评价工作更符合本地的客观实际情况，也能提高整个评价工作的工作效率。

参考文献
[1]中华人民共和国国家标准，浅层地温能勘查开发技术规程[S]. 北京：国家质量技术监督局，2006.
[2]中华人民共和国地质矿产行业标准，浅层地热能调查评价规范[S]. 北京：中华人民共和国国土资源部，2009.
[3]蔺文静，吴庆华，王贵玲. 我国浅层地温能潜力评价及其环境效应分析[J].干旱区资源与环境，2012，26（3）：57～61.
[4]河北省地质局水文地质四大队，水文地质手册[M].北京：地质出版社，1978.352～353.。