Investigación sobre energía geotérmica superficial en Tianjin
(Instituto de Diseño, Desarrollo y Exploración Geotérmica de Tianjin)
Basado en el análisis de los antecedentes geológicos y las características de distribución de los campos geotérmicos de Tianjin, este artículo realiza un análisis de las características de la energía geotérmica poco profunda de Tianjin Se realizó una discusión preliminar y se presentaron sugerencias para futuras investigaciones e investigaciones sobre la energía geotérmica poco profunda con el fin de desarrollarla de manera más científica y racional.
Hoy en día, la tecnología madura de bombas de calor hace realidad la utilización de energía geotérmica poco profunda. La energía geotérmica poco profunda ha entrado gradualmente en la etapa de utilización de energía debido a sus ventajas de grandes reservas, fácil utilización y bajo daño ambiental. Hoy en día, cada vez se presta más atención a este tesoro energético con un enorme potencial. Esta nueva fuente de energía con grandes perspectivas de mercado juega un papel positivo al aliviar el cuello de botella de energía de alta calidad de mi país y mejorar la calidad ambiental. Sin embargo, la promoción actual de los sistemas de bomba de calor es muy ciega. Muchos proyectos se lanzan apresuradamente sin investigar y evaluar completamente las reservas de energía locales, lo que hace que el sistema de bomba de calor geotérmico funcione de manera anormal y afecta la promoción y aplicación futuras de los sistemas de bomba de calor geotérmico. . Por lo tanto, la investigación básica sobre energía geotérmica poco profunda es un tema con mucha visión de futuro.
Tianjin está rodeada de montañas y mares, y cuenta con abundante energía geotérmica a poca profundidad bajo tierra. Durante más de 30 años, los trabajadores geotérmicos han llevado a cabo una gran cantidad de trabajos de exploración e investigación relacionados en el campo de la investigación geotérmica y han logrado fructíferos resultados de investigación científica. Sin embargo, debido a limitaciones en el nivel tecnológico, el desarrollo anterior de la energía geotérmica solo se había centrado en aguas geotérmicas por encima de los 40 °C, por lo que casi no quedaba investigación sobre la energía geotérmica poco profunda. Hoy en día, con el desarrollo de tecnologías de alta tecnología como las bombas de calor, el alcance de utilización de la energía geotérmica se ha ampliado enormemente y la energía geotérmica poco profunda con un enorme potencial ya no está inactiva. La utilización relevante se ha llevado a cabo en múltiples proyectos de demostración, y su investigación e investigación básica también se ha convertido en el foco de los usuarios y departamentos de gestión.
La formación de energía geotérmica somera está estrechamente relacionada con el contexto geológico de la zona. El desarrollo estratigráfico y las características estructurales de diferentes áreas son diferentes, y el flujo geotérmico también es diferente, por lo que la energía contenida también es diferente. Los antecedentes geológicos y las características de la energía geotérmica poco profunda de Tianjin se analizan a partir de la estructura geológica y las características del campo geotérmico.
Antecedentes geológicos de 1
Características estructurales de 1.1
En el sistema geotectónico de China, Tianjin pertenece a la parte norte de la cuasiplataforma del norte de China, una primera Unidad tectónica de nivel horizontal Abarca dos unidades estructurales secundarias, el cinturón plegado de la plataforma Yanshan y el área de depresión de la falla del norte de China. Las dos están delimitadas por la falla Ninghe-Baodi. Al norte de la falla está el lecho de roca expuesto o poco profundo. área, que pertenece a la sección media del cinturón plegado de la plataforma Yanshan La unidad tectónica secundaria del pliegue Keppelosaurus. Las fallas desarrolladas en esta área tienen principalmente una tendencia este-oeste.
Al sur de la falla Ninghe-Baodi se encuentra el área de llanura, que pertenece a la parte noreste del área de depresión de la falla del norte de China y es una unidad estructural secundaria. Distribuido al este de la zona de elevación de las montañas Taihang, al sur del cinturón plegado de Yanshan y extendiéndose hacia el este hasta el mar de Bohai. Es una depresión fallada y una cuenca de depresión formada en el Mesozoico y el Cenozoico. Además, se divide de oeste a este en tres unidades estructurales de tercer nivel: la Depresión de Jizhong, el Levantamiento de Cangxian y la Depresión de Huanghua, respectivamente, según la línea faltante del Paleógeno. y la falla de Cangdong como límite. Las fallas se pueden dividir en tres grupos: tendencia NE-NE, tendencia NW y tendencia casi EW. Las fallas norte-noreste incluyen la falla de Cangdong, la falla de Tianjin, la falla de Baitangkou oeste, la falla de Baitangkou y la falla de Baitangkou este; las fallas del noroeste incluyen la falla de Haihe, la falla de Hangu y la falla de Ninghe; las fallas de este a oeste incluyen la falla de Wangcao y la falla de Zhuang; Falla de Niotihe. La más activa de estas fallas es la falla con tendencia NE. Por supuesto, en términos de características relativas generales, estos grupos de fallas también tienen las características de actividad de múltiples períodos y corte mutuo. La mayoría de las fallas son hereditarias, que generalmente se caracterizan por tener gran escala, ocurrencia empinada, cortes profundos y diferentes inclinaciones. Las fallas con tendencia este-oeste generalmente se inclinan hacia el sur; la mayoría de las fallas con tendencia NE-NNE se inclinan hacia el sureste y algunas se inclinan hacia el noroeste. Las fallas con tendencia NO generalmente tienden hacia el suroeste. La mayoría de estas averías son averías normales o principalmente averías normales. Algunos de ellos atraviesan el basamento cristalino y la corteza, mientras que otros atraviesan el Moho y alcanzan el manto superior. Estas fallas controlan el desarrollo y evolución de la cuenca y sus unidades estructurales secundarias y terciarias. La disposición alterna de levantamientos y depresiones y la distribución cruzada de fallas de múltiples etapas constituyen el patrón de estructura geológica de Tianjin.
1.2 Descripción general del desarrollo estratigráfico
El norte de Tianjin es principalmente una zona montañosa y un área de lecho rocoso poco profundo. Los estratos cenozoicos son delgados, generalmente de unos 200 m debido a las fuertes actividades de fallas desde el Cenozoico; En la llanura sur se depositaron estratos cenozoicos enormemente gruesos, y los estratos correspondientes estaban bien desarrollados y consistían en un conjunto de depósitos clásticos intercalados de arena y lutita. De arriba a abajo, son el Cuaternario, la Formación Neógena Minghuazhen y la Formación Guantao, la Formación Paleógena Dongying, la Formación Shahejie y la Formación Kongdian. Los estratos cenozoicos en la depresión de Jizhong y la depresión de Huanghua tienen más de 3.000 metros de espesor, y los estratos cenozoicos en el área del levantamiento de Cangxian tienen 65.430 metros de espesor.
Los estratos de lecho rocoso del Mesozoico al Mesoproterozoico se desarrollan durante el Cenozoico.
2 Características del campo geotérmico
Según los resultados de muchos años de exploración geotérmica, los estratos cenozoicos al sur de la falla Ninghe-Baodi están relativamente desarrollados, con un espesor de más de 800 m. , y son rocas de almacenamiento de calor ideales. Tiene las condiciones para almacenar energía geotérmica poco profunda. Dentro de la profundidad de exploración de 4 km, la distribución geotérmica en la parte poco profunda de la corteza terrestre está controlada por el patrón estructural geológico desigual del lecho de roca, y se distribuye en un cierto patrón similar a un cinturón que alterna lo alto y lo bajo en el plano. Las áreas con temperaturas relativamente más altas corresponden a áreas de lecho rocoso elevado, y las áreas con temperaturas relativamente más bajas corresponden a áreas de lecho rocoso deprimido. Tomando como límite el contorno del gradiente geotérmico de 3,5 °C/100 metros, el área se divide en 10 áreas de anomalía geotérmica (Figura 1). Las áreas de anomalías geotérmicas se distribuyen principalmente en dirección norte-noreste, y algunas en dirección noroeste. La mayoría de ellas se distribuyen en las partes convexas del levantamiento y depresión de Cangxian. Las fallas profundas y grandes, como la falla de Haihe, la falla de Cangdong y la falla de Baitangkou Oeste, desempeñan un papel importante en el control de la distribución del área de anomalía geotérmica de Shanlizi, el área de anomalía geotérmica del muelle de Wanjia y el área de anomalía geotérmica de Wanglanzhuang, respectivamente. Por tanto, la distribución del campo geotérmico en el plano se ve afectada principalmente por la estructura geológica.
3 Descripción general de las características de la energía geotérmica poco profunda en el área de Tianjin
La mayor parte de la parte norte de la falla Ninghe-Baodi es montañosa, y solo unas pocas áreas son áreas de lecho rocoso poco profundo. El espesor de la zona cenozoica suelta es mayoritariamente de 2°C/100 m ~ 300 m, lo que no favorece el mantenimiento del calor. Además, debido a la interferencia de una fuerte escorrentía de agua subterránea, la temperatura geotérmica se reduce significativamente, lo que es significativamente diferente del patrón de calentamiento geotérmico normal en áreas planas, lo que resulta en un gradiente geotérmico generalmente bajo de aproximadamente 2°C/65438.
En la vasta llanura al sur de la falla Ninghe-Baodi, los estratos cenozoicos se pueden dividir en tres zonas geotérmicas verticalmente desde la superficie hasta el subsuelo: la capa superficial de 0 a 30 m es la zona templada, y la capa superficial de 0 a 30 m es la zona templada. su temperatura se ve afectada principalmente por la radiación solar y el flujo de calor, las rocas superficiales, la vegetación, los edificios y otros factores, con ciclos de cambio diurnos, anuales y plurianuales. La amplitud de la temperatura disminuye con el aumento de la profundidad. A una profundidad de unos 30 m, se trata de la zona de temperatura constante geotérmica, que básicamente no se ve afectada por el clima y es básicamente estable. Debajo de la zona de temperatura constante se encuentra la zona de calentamiento geotérmico, cuya temperatura se ve afectada principalmente por factores como el flujo de calor profundo en la tierra, la conductividad térmica de las rocas, la estructura geológica, la hidrogeología y otros factores. La regla general es que la temperatura geotérmica también aumenta con la profundidad y la magnitud del aumento varía con la velocidad de calentamiento geotérmico.
Figura 1 Mapa de distribución de áreas de anomalías geotérmicas en Tianjin
Se puede ver a partir de las características de distribución del campo geotérmico que la vasta área de llanura al sur de la falla de Ninghe-Baodi contiene una gran cantidad de energía térmica geotérmica poco profunda. Debido a la diferente distribución del flujo de calor geotérmico en diferentes regiones, las reservas de energía geotérmica y las fuentes de energía renovables también son diferentes dentro del mismo rango de profundidad. Bajo la misma demanda de energía, la profundidad de recolección de las áreas de anomalías geotérmicas es poco profunda y viceversa. Según las estadísticas, el gradiente geotérmico en toda la región es de 2 ~ 6,31 ℃/100 m, la profundidad de enterramiento a 25 ℃ es de 168 ~ 605 m y la profundidad de enterramiento a 40 ℃ es de 349 ~ 1355 m. sobre los parámetros termofísicos regionales 13. Equivale a 1,23×109t de carbón estándar, equivalente a 1,0×1013kw·h de energía eléctrica. Cuando se extrae energía periódicamente de la capa isotérmica y de las capas poco profundas debajo de ella (se extrae calor en invierno y energía fría en verano), la La temperatura del suelo también cambiará periódicamente y proporcionará esta energía.
Aunque la energía geotérmica poco profunda es abundante y renovable, su desarrollo y utilización deben ser selectivos en función de las diferentes condiciones hidrogeológicas en diferentes regiones, como la escala de recolección y los métodos de extracción. Cuando esta extracción supere una determinada cantidad, la temperatura del suelo se "deformará" irreversiblemente como un manantial, lo que no sólo afectará a la economía y la seguridad, sino que también provocará daños a las condiciones hidrogeológicas subterráneas.
En resumen, esta zona es rica en energía geotérmica somera. Como energía renovable limpia y de baja calidad, la energía geotérmica no solo es estable, natural y reutilizable durante todo el año, sino que también tiene un enorme potencial y un gran desempeño ambiental. No puede ignorarse como una nueva fuente de energía. Siempre que el diseño de recolección de energía sea razonable y los medios técnicos apropiados, el equilibrio energético del sistema de bomba de calor será relativamente estable y el desarrollo y utilización de energía geotérmica poco profunda tiene amplias perspectivas.
4. Recomendaciones sobre la investigación y evaluación de la energía geotérmica somera
4.1 Investigar las características de la energía geotérmica somera y los parámetros necesarios para evaluar las reservas de energía geotérmica somera.
Dado que las capas que contienen energía geotérmica poco profunda en el área de Tianjin no fueron el foco de trabajos geotérmicos anteriores, faltan datos del Cuaternario e incluso de la sección superior de la Formación Minghuazhen, incluyendo rocas precisas y densidad del suelo, calor específico de rocas y suelos. Datos sobre propiedades físicas térmicas como densidad de fluidos, calor específico promedio y porosidad de rocas y suelos. Al mismo tiempo, en las pruebas geofísicas de pozos geotérmicos, básicamente no hay pozos geofísicos en la capa poco profunda de 500 metros y no hay datos sistemáticos sobre su litología.
Por lo tanto, el trabajo de investigación debe organizarse con miras al descubrimiento. Los principales datos y parámetros requeridos son: litología de la formación y rango de distribución, profundidad de enterramiento, cambios de gradiente geotérmico vertical, densidad de roca y suelo y capacidad calorífica específica, porosidad de roca y suelo, etc.
4.2 Recopilación integral de datos geológicos básicos en toda la región
En los estudios geotérmicos y trabajos de investigación relacionados, la recopilación de datos es un trabajo básico que no se puede ignorar. El grado de investigación en este campo y las modalidades de trabajo desempeñan un papel fundamental. Recopila principalmente geología básica, geología estructural, perforación (incluidos pozos petroleros, pozos geotérmicos y algunos pozos cuaternarios), prospección geofísica (incluida sísmica digital, sondeos magnetotelúricos, gravedad de alta precisión, aeromagnética), prospección geoquímica, hidrología, geotermia y otros datos. , realice un análisis y clasificación integrales para comprender el nivel de trabajo y los problemas existentes en el área de trabajo, organice la carga de trabajo de acuerdo con los problemas que deben resolverse y evite la duplicación del trabajo. Investigaciones anteriores se centraron en pozos geotérmicos profundos, prestando menos atención a los datos de los pozos cuaternarios y la parte superior del miembro superior de la Formación Minghuazhen. Por lo tanto, la recopilación de estos datos es un punto clave en el análisis de las características estructurales geológicas y la estratigrafía del área (especialmente la litología, distribución, ocurrencia, profundidad de enterramiento y espesor de los estratos entre 13,5 ~ 40 ℃).
4.3 Realizar estudios geológicos geotérmicos someros en campo.
La investigación de campo es el principal medio de la investigación geológica y la base de la investigación de campo geotérmica, por lo que este proyecto es una parte esencial de la investigación. Al investigar la distribución de los pozos existentes en la región, la temperatura de las secciones de toma de agua y los acuíferos, el estado de utilización de la energía geotérmica poco profunda y la cantidad de extracción de energía geotérmica, podemos comprender mejor el estado actual del trabajo disponible en la región y proporcionar soporte para diversas tareas. Proporcionar la base para el diseño.
4.4 Exploración Geofísica
(1) Interpretación secundaria de los resultados de exploración geofísica existentes. Con base en datos de sísmica artificial, gravedad magnética y geofísica de pozo, se analizó el desarrollo estratigráfico, la posición estructural y las características de desarrollo de fallas del área, se identificó la actividad y edad de las fallas y se determinó su impacto en la energía geotérmica somera. En la investigación y la investigación de la energía geotérmica poco profunda, el trabajo geofísico es diferente al trabajo anterior. En primer lugar, los datos geofísicos existentes, especialmente los datos gravitacionales y magnéticos, deben combinarse con los datos de los últimos años y otros trabajos para realizar el desarrollo secundario, y luego organizar el trabajo geofísico apropiado en las áreas necesarias.
(2) Investigación de flujos geotérmicos y campos geotérmicos. En la investigación e investigación de energía geotérmica poco profunda, uno de los parámetros más críticos es el valor del flujo geotérmico. Principalmente a través de la medición de la temperatura del pozo, se identifica el patrón de variación espacial de la temperatura del suelo en el área y se mide el gradiente geotérmico de diferentes estratos. Al mismo tiempo, se recogieron muestras de rocas de las secciones correspondientes para medir la conductividad térmica de las rocas.
5 Trabajos de perforación
En la investigación e investigación de energía geotérmica poco profunda, cómo obtener parámetros razonables es la clave para resolver el problema. El método de obtención de parámetros puede utilizar los pozos existentes. Sin embargo, algunas condiciones existentes no se pueden cumplir, y algunas áreas incluso están en blanco, como el gradiente geotérmico vertical, los parámetros termofísicos de la formación, etc. Por lo tanto, generalmente es necesario organizar los trabajos de perforación necesarios. La perforación debe combinarse con la planificación y las necesidades de utilización locales tanto como sea posible, y la perforación debe organizarse en lugares representativos. Según los diferentes ambientes de depósito de los sedimentos, se ordenan de norte a sur y de oeste a este, con el propósito de identificar la litología, estructura, estructura, cambios geotérmicos, permeabilidad al almacenamiento de calor, presión del fluido geotérmico, sus propiedades físicas y composición química y obtención de parámetros de cálculo representativos.
6. Establecer una base de demostración para el uso integral de la energía geotérmica somera.
En las etapas media y posterior de la investigación de la energía geotérmica somera, con el fin de promover la socialización de los resultados, se debe construir una base de demostración para la utilización integral de energía geotérmica poco profunda junto con la investigación, el diseño de áreas de calefacción y refrigeración, la selección del sitio, la compra, instalación y puesta en servicio de equipos, y el seguimiento y evaluación de las condiciones de operación. Finalmente, se debe presentar un informe completo de estudio y evaluación para proporcionar un ejemplo de la aplicabilidad de la tecnología de bombas de calor en esta área.
Hoy en día, la energía se ha convertido en la "brújula" del desarrollo económico y Tianjin es rica en energía geotérmica poco profunda. Existe una necesidad urgente de realizar investigación y desarrollo al respecto, lo que seguramente hará una contribución positiva al desarrollo sostenible y la protección ambiental de Tianjin.