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深层次的追求 高温度的奉献 ——甘肃省地矿局水勘院张掖盆地地热资源勘查工作纪实

发表时间: 2022-09-01 15:17:34

作者: 尹政

来源: 本站原创

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       2021年8月的一天,祁连山下河西走廊,小雨过后,风和日丽,张掖国家沙漠体育公园高耸的钻塔下,地下热泉喷涌而出,像一条水龙直冲云霄,在清风中舞动。张掖盆地地热资源勘查再次取得重大突破,自流量每日超过6000立方,自流温度78℃,一时间这一激动人心的消息传遍了国内同行。

千淘万漉虽辛苦  吹尽狂沙始到金

张掖盆地地热资源勘查实现良好开局

       张掖盆地的形成始于2.5亿年前,是中新生代以来沉积形成的断陷盆地。盆地的形态像一个不规则的超巨型的“大锅”,嵌入在以古生代褶皱系组成的坚硬基底上,这口锅里面填满了中新生代以来大量密实的沉积物,受不同时期构造运动的改造,使锅底及锅体的三维形态凸凹起伏,切割成非常复杂的巨型“豆腐块”,锅内“填充物”最厚的部位约有5000米之多,最薄处约1000米左右,其地表面积约5000多平方公里。

       张掖盆地处于河西走廊中段,河西走廊又是丝绸之路的重要结点,是中国西北部一个神秘、悲壮而又令人骄傲的地方。河西走廊的兴衰史,实际上就是一部水资源开发的史诗。成立于1956年的甘肃省地矿局水勘院是驻守该地的一支功勋地质队,2000年以前,为查清地下水资源的分布状况,支撑国家农业的发展和重要工业、军工企业的建设,在河西走廊20多个县市22万平方公里的大地上,水勘院的前辈像梳头那样给走廊大地细细地梳了个遍。

       在“梳头”过程中,水勘院人发现河西走廊很多第四系浅井水温明显高于区域井水,如敦煌伊塘湖、肃州银达、高台盐池和南华、临泽鸭暖等,于是萌生了寻找地热资源的想法,但受当时甘肃省经济条件限制,地热资源的需求不足,地热资源勘查项目的立项申请一直不能得到相关部门的重视。1996年,水勘院在武威西营河药王泉一带进行了地热资源勘探工作,成功实施了2眼勘探井,井深80.23、89.47米,出水温度达到了56、54.5℃,地热找矿成果突出,获得了原地矿部地质找矿三等奖;1999年,水勘院通过大量的调查和资料分析,在敦煌伊塘湖一带成功实施了1眼勘探孔,井深1600米,井口出水温度42℃,出水量每天达2000立方米,初步验证了敦煌盆地存在较丰富的地热资源。2005年至2007年,为进一步了解敦煌盆地、酒泉盆地地热资源的可行性,甘肃省地矿局先后拿出近百万元切块地质勘查基金,支持水勘院在敦煌、嘉峪关、酒泉等地开展地热资源调查工作,并取得了初步的阶段性成果。由此,河西走廊地热资源勘查工作逐渐拉开了序幕,水勘院配合投资企业先后在敦煌、瓜州、嘉峪关、酒泉进行地热勘探工作,完成了较多的地热资源物探勘查、勘探孔设计等技术工作。

       2015年,水勘院在参与黑河流域1:5万水文地质调查时,发现张掖盆地龙首山山前、黑河沿岸一带浅层地下水存在大量的水温异常孔,特别是临泽县廖泉镇境内施工的HQ2孔孔深283.5m,孔口水温达到23.6℃,有明显的热异常,异常区的分布范围大于400平方公里。参与项目的河北地质大学刘振英教授、水环中心正高级工程师邵新民和安永会凭着多年的工作经验,敏锐感觉到张掖盆地可能蕴藏着丰富的地热资源,并将这些信息与水勘院总工程师尹政进行了交流,水勘院积极组织技术人员进一步调查,并开展技术讨论,搜集了张掖盆地石油地质相关资料,组织技术人员分析资料,开展张掖盆地地热勘查的可行性研究,民参1号井资料显示,前第四系地层基本以泥岩、泥质砂岩为主,仅在新近系底部1690米-1800米之间有一层较厚的含泥砂砾岩、砂岩,可作为热储层,在2030米、2515米深处地温分别为62.30℃、73.30℃,地热梯度平均每百米可达2.6-2.7℃,增温效果明显。水勘院多次邀请中国地质调查局、省地矿局专家开展了专题讨论,预测盆地内可能会存在一个超大型的地热田,几易其稿,终于编制出了较成熟的可行性研究报告和勘查方案。当时,水勘院多次向省国土资源厅和省地矿局汇报地热勘查方案,多次与意向合作企业洽谈合作勘查事宜,但受矿业政策的限制,地热勘查被搁置。

       2015年11月5日,《张掖市城区及外围地热资源普查立项申请》通过了原甘肃省国土资源厅、甘肃省财政厅组织的专家组的审查,将此项目确定为2016年度甘肃省地质勘查基金项目。

       2016年5月,张掖市城区及外围地热资源普查项目正式实施,在张掖市滨河新区体育公园附近实施了一眼地热勘探井,井深2600米,稳定涌水量每天2640立方米,井口稳定出水温度56℃,取得了张掖市地热资源勘查重大突破,张掖有望打造为“温泉之都”。该项成果被《中国矿业报》评为2017年地勘行业发生的29件大事之一。

       良好的开端就是成功的一半,实践证明了当初的推断是正确的。自然资源厅对张掖盆地地热资源勘查信心倍增,通过基金项目的支持,2018-2019年,水勘院又在盆地边缘的临泽县城区南部、甘州区甘浚镇相继实施了2眼勘探井,成井深度分别为 1500米、2053米,地热水出水量分别为每天2904、1348立方米,井口温度45、46℃。地热勘查再次取得了成功,得到了省自然资源厅的肯定。在此期间,省地矿局三勘院也对张掖盆地地热勘查产生了浓厚兴趣,在民乐县政府的积极推动下,三勘院在盆地南部边缘民乐生态园区成功立项,水勘院在资料研究、布井、下管成井方面给予了大力支持,该井成井深度2269米,出水量每天2592立方米,井口温度77℃。2020年民乐县、临泽县又多方筹措资金,在三勘院的技术支持下,在区域内成功实施了3眼勘探井,均取得了较好的效果。



聚沙成塔会有时  皇天不负苦寒宵

张掖盆地地热资源勘查取得重大突破

       为深入贯彻习近平生态文明思想,各地政府更加重视对地热资源的开发利用,也逐渐认识到地热能是一种储量丰富、分布较广、稳定可靠的可再生能源。国家地热能技术委员会名誉主任、中国科学院院士汪集暘认为“地热能利用是推进北方地区冬季清洁取暖、能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容”。

       2017年省地矿局党委提出了“两提供三支撑”转型升级高质量发展思路。水勘院认识到了“地方的需求才是项目实施的必要性”,必须把张掖市地热勘查作为服务政府的重要任务。省地矿局党委书记、局长梁育才专题听取地热勘查汇报,并作出批示要求项目人员继续加强地热地质条件的分析研究,咨询国内地热专家,结合地方的开发需求,优选勘探靶区,精准立项。水勘院积极与政府相关部门、省地质勘查基金管理中心加强联系,积极争取新立地热项目早日落地。

       优选勘探靶区成了当前最重要的前期工作。据已有资料分析,张掖盆地受多次构造运动的改造,形成多个大小不一、形态复杂的构造单元,地热地质条件差异性较大;另外,受地表各类保护、附着物的影响和部门协查也使勘探靶区的选定增加了困难。水勘院组织技术骨干多次现场踏勘、对比分析后,发现张掖国家沙漠体育公园东侧区域处在朝元寺凹陷中部,成热条件好,周围是大面积的砾石戈壁、缓起伏的沙丘和现代设施农业区,体育公园基础设施较为完善,如果地热井实施成功,必将带动这块区域的旅游、现代农业的发展,项目立项的必要性非常充分。立项报告很快就上报到了省自然资源厅地质勘查基金管理中心。2020年10月23日项目设计批复下达至水勘院,10月底地热井正式实施。水勘院院长李玉山高度重视,要求项目负责张旭儒日夜坚守在项目现场,抽调副总工程师刘清驻守现场,督促指导钻探施工。副院长冯嘉兴、尹政、彭杨宏多次现场查看岩屑、泥浆温度和施工资料,判断钻遇地层岩性、增温趋势。2021年4月中旬,钻进至设计的2150米,通过孔底最后1组岩芯和综合测井曲线初步判断,下部尚有含水层,李玉山带领冯建宏向时任地质勘查基金管理中心主任柳永刚作专题汇报,提出自筹资金100万元加深至2170—2200米,最终将地热井加深至2174米。“止水下管”是成井最关键的环节,通俗来讲“如果止水位置浅,可能会涌水量大,但温度低,如果止水位置深,可能会出现有温度,但出水量小的情况”。李玉山主持召开了止水成井专题研讨会,邀请退休多年的物探高级工程师胡文贤及河北省煤田地质局专家,依据测井资料、岩样和捞取的岩屑情况,经过热烈讨论,判定了热储层位置,确定了下管成井方案,最终止水位置选定在1730米处。紧接着开始换浆洗井,2021年5月8日,勘探井开始自流,初期每小时达120立方米,并逐渐增大,至5月19日,自流量稳定至每小时258立方米,温度稳定至78℃,而且热水中冒着大量气泡,很明显含有较多的水溶气。出热水了!机台沸腾了,大家都异常兴奋、欢呼雀跃,争相拍照、拍视频发至云端,向朋友、向同事、向家人分享成功,分享喜悦,张旭儒直接在堰箱煮起了鸡蛋。

       省地矿局党委书记、局长梁育才委派时任局水工环处处长丁宏伟作为专家查看情况,指导现场试验。井口压力达到了1.47兆帕,封井困难。刘清研究制定了一整套封井方案,机台工人经过近7个小时的奋战,井口更换了几次阀门和垫圈后终于成功封井,放水试验、采样测试得以有序进行。看到由于水温高、流量大,采样玻璃瓶几次都炸裂,副院长冯嘉兴日夜加班,亲自设计了实用的地热水水汽分离仪,难题迎刃而解。该项成果2021年获得实用新型专利证书。

       好消息总是传播的很快!一时间,关注项目的领导、专家、同行都知道了水勘院的地热成果,大家打电话询问,或者直接到钻井机台现场查看,项目负责张旭儒忙着接待答疑,高兴了很长一段时间。由水勘院退休职工自建的微信群—“水二情缘”也是滚动转发地热井喷水的照片和视频。

       2021年8月4日,时任省自然资源厅地质勘查基金管理中心主任柳永刚带领专家组进行验收,经现场测试:地热井自流出水量每小时258立方米,每天达6192立方米,井口水温78℃,项目被评为优秀级,专家组一致认为:这是迄今为止甘肃省境内自流量最大、自流温度最高的地热勘探井,也是近年西北地区地热勘探活动中效果最好的项目,地热水富含氟、锂、锶等多种有益元素和组分,具有较高的医疗保健、供暖、养殖等综合开发利用价值。成果得到了省自然资源厅的正式认定,8月10日甘肃日报头版头条、8月15日甘肃新闻播出后,中国矿业报、国土资源报、人民网、甘肃人民政府网、甘肃学习平台争相进行报道,受到了社会各界的广泛关注。省市区三级领导及相关部门多次来现场指导调研,投资商也组团到现场来考察。中国地质调查局李文鹏、王贵玲、申建梅等多位专家莅临现场指导试验工作,中国能源研究会地热专业委员会主任郑克棪教授、中国科学院地质与地球物理研究所庞忠和研究员对该项目也高度关注,郑克棪教授在地热论坛中还以本项目成果为例,解述要“因地制宜”的开发利用地热资源。



潮平两岸阔  风正一帆悬

张掖盆地地热资源开发利用未来可期

       盆地内如此丰富的资源应该怎样继续勘查?怎样开发利用?张掖市委市政府、区委区政府及各相关部门领导都来现场调研。张掖地热资源能不能大规模开发利用?储量有多大?像这种高水头砂岩热储层地热尾水能否回灌?对这些问题水勘院总工程师尹政有着清醒的思考。首先是估算的地热田面积太大,现有的工作精度偏低,无法支撑开发利用规划,必须加大勘查投入,查清资源家底;二是必须建设地热开发利用示范性工程,开展回灌试验,总结经验,逐步推广;三是加大地热地质条件、地热成因研究,加强采暖、农业、康养及中低温地热发电等开发利用方面的科研攻关。

       与全国比较,甘肃地热资源的勘查开发非常滞后,有必要去东部学习其先进经验和理念。2021年12月,市政府副市长郝效冬组织市政府、市自然资源局、市住建局、市城投公司、市水投公司和水勘院成立考察组赴京津冀地区和山东、陕西省学习考察地热资源开发利用情况,同时还考察了兰州市中深层地岩热井下换热供暖项目。

       省委省政府高度重视矿产资源勘查开发,《甘肃省战略性矿产找矿行动实施方案(2021-2025)》将地热找矿纳入其中,甘肃省人民政府办公厅《关于推动矿产资源勘查开发高质量发展的意见》明确指出,要围绕9种国家战略性矿产和地热等3种优势矿产资源,开展找矿行动。分管自然资源厅的原副省长刘长根对这件事也非常关注,2022年3月2日在张掖国家沙漠体育公园地热资源普查项目现场调研时强调,要深入学习贯彻习近平生态文明思想,践行“绿水青山就是金山银山”理念,秉持绿色、环保、循环、低碳理念,加快发展绿色低碳生态产业,不断提升全域生态文明建设水平。

       政府的高度重视,就是地热资源勘查开发向前推进的主要动力。张掖市自然资源局在充分研究了国家八部门发布的《关于促进地热能开发利用的若干意见》后,积极协调推进,2022年2月20日,终于促成甘肃省自然资源厅与张掖市人民政府签订了地热资源勘查开发战略合作协议,省自然资源厅厅长丁巨胜表示,“将通过充分挖掘张掖地热资源优势,搭建常态化交流合作平台,在政策、资金、项目、试点示范等方面进一步加大支持力度,对地热资源规划、勘查、开发利用、保护进行全方位优化提升,推进地热利用示范工程建设,推动资源优势转化为经济优势”,要求省地矿局水勘院支撑好地热资源勘查开发利用规划、示范工程建设和动态监测方面的工作。省地矿局水勘院抽调技术人员编制了《张掖市地热资源勘查与开发利用总体规划》,张掖市成立了地热工作推进领导小组。有了省自然资源厅的基金项目、政策方面的支持,水勘院加大了在张掖盆地基金项目立项的力度,相信随着自然资源厅和地方政府的持续支持,各勘查单位的共同推进下,张掖市地热能的研究程度和开发利用将会得到全方位的提高,将为甘肃省节能减排、“双碳”目标的实现做出更加突出的贡献。



深层次的追求 高温度的奉献 ——甘肃省地矿局水勘院张掖盆地地热资源勘查工作纪实
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