地源熱泵地質(zhì)知識培訓講義

地質(zhì)、水文地質(zhì)、地熱地質(zhì)

基本知識介紹

1、地層的結(jié)構(gòu)和形成過程2、水文地質(zhì)條件3、換熱井、換熱孔的施工工藝和成井工藝4、抽水試驗和現(xiàn)場換熱試驗5、淺層地熱能6、地熱地質(zhì)條件評估1、地層的結(jié)構(gòu)和形成過程北京區(qū)域地質(zhì)發(fā)展簡表地層太古界Ar：密云群﹙Army﹚巖性為二輝麻粒巖，黑云閃輝斜長片麻巖和云輝變粒巖。中上元古界(1)長城系(Ch)常州溝組(Chc)石英砂巖串嶺溝組(Chch)頁巖團山子組(Cht)白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖大紅峪組(Chd)砂巖高于莊組(Chg)白云巖中上元古界（續(xù)）：薊縣系﹙Jx﹚楊莊組﹙Jxy﹚：紫紅色含粉砂泥晶白云巖霧迷山組﹙Jxw﹚：該組厚度大，分布范圍最廣。其巖性為硅質(zhì)白云巖、燧石條帶白云巖、藻團白云巖、紋層狀泥晶白云巖及砂屑白云巖。區(qū)內(nèi)沉積厚度2000-3500m

洪水莊組﹙Jxh﹚：巖性為灰、灰黑色頁巖，夾黃綠色粉砂質(zhì)頁巖，沉積厚度較薄，區(qū)內(nèi)揭露的視厚度一般為60-90m，最大可達147m鐵嶺組﹙Jxt﹚：巖性主要為灰質(zhì)白云巖、白云巖與泥晶白云巖，沉積厚度一般小于400m

青白口系﹙Qn）下馬嶺組﹙Qnx﹚：巖性為深灰色頁巖、黑色碳質(zhì)頁巖夾粉砂質(zhì)頁巖，沉積厚度200-500m，平原地區(qū)揭露的最大視厚度達687m龍山組﹙Qnl﹚：巖性為頁巖、中粗粒石英砂巖夾礫巖與海綠石砂巖，沉積厚度多在100m左右，區(qū)內(nèi)揭露的最大視厚度達316m景兒峪組﹙Qnj﹚：巖性為紫紅、黃綠色泥灰?guī)r與泥晶灰?guī)r，沉積厚度變化較大，一般小于150m，區(qū)內(nèi)揭露的最大視厚度為256m地層古生界：寒武系﹙∈﹚昌平組﹙∈1c﹚：巖性為豹斑狀白云質(zhì)灰?guī)r與泥晶灰?guī)r，沉積厚度一般為60-80m饅頭組﹙∈2m﹚：巖性主要為紫紅色頁巖與粉砂質(zhì)泥巖夾泥晶白云巖。沉積厚度一般為110-130m張夏組﹙∈2z﹚：巖性為灰-黑色中厚-巨厚層鮞?；?guī)r夾薄層鈣質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)灰?guī)r，沉積厚度為190-210m。炒米店組﹙∈3c﹚：主要為雜色泥晶竹葉灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾鈣質(zhì)粉砂巖與頁巖，沉積厚度約200m奧陶系﹙O﹚其巖性主要為深灰色中-巨厚層泥晶灰?guī)r與粉晶白云巖夾竹葉灰?guī)r與頁巖，沉積厚度約500-600m石炭系﹙C﹚只有中上石炭統(tǒng)，為一套灰黑色頁巖與粉砂巖夾煤層，其沉積厚度約200m二疊系﹙P﹚巖性主要為灰黃、灰綠、灰黑色粉砂巖、細砂巖、長石石英砂巖，下部夾礫巖，其沉積厚度約500m地層中生界

：三疊系﹙T﹚

巖性為粉砂巖，細砂巖，巖屑砂巖夾頁巖侏羅系﹙J﹚

巖性主要為安山巖、凝灰?guī)r與沉積碎屑巖，揭露的最大視厚度達2208m

白堊系（K）

只有下白堊系，巖性主要為礫巖、泥巖與巖屑砂巖，夾凝灰質(zhì)砂巖，主要分布在北京迭斷陷內(nèi)，揭露的視厚度達1755m新生界第三系（R）劃分為上第三系（E）與下第三系（N）。下第三系巖性為深灰色砂頁巖夾多層玄武巖，上第三系主要為棕紅色泥巖、砂巖與礫巖，主要分布在北京迭斷陷與大廠新斷陷內(nèi)。北京市平原區(qū)上下第三系揭露的最大視厚度分別為1743m與2595m

第四系（Q）

巖性主要為粘性土與砂礫石層，區(qū)內(nèi)均有分布，揭露的厚度最大達1000m以上地層地質(zhì)圖地質(zhì)構(gòu)造北京地區(qū)大地構(gòu)造位置處于中朝準地臺燕山臺褶帶中段以及華北斷拗的西北隅。燕山臺褶帶（Ⅱ1）：承德迭隆斷（Ⅲ1）；密云懷柔中隆斷（Ⅲ2）；興隆迭拗褶（Ⅲ3）；薊縣中拗褶（Ⅲ4）；西山迭拗褶（Ⅲ5）；華北斷拗（Ⅱ2）:北京迭斷陷（Ⅲ6）；大興迭隆起（Ⅲ7）；大廠新斷陷（Ⅲ8）；固安-武清新斷陷(Ⅲ9)第四系河流沉積作用摘自倪晉仁、馬藹乃《河流動力地貌學》世界上大沖積平原都是由河流擺動、泥沙堆積而成。粗細不同的泥沙沉積在河流的不同部位，稱之為相。相可分為沿程分異（上游粗下游細）、橫向分異（彎曲性河流深槽部分粗，凸岸細；河漫灘因水淺砂細，多粘土沉積）和垂向分異（二元結(jié)構(gòu)）。2水文地質(zhì)條件

概念

一個地區(qū)地下水埋藏、分布、運動、以及水質(zhì)和水量等特征的總稱。根據(jù)工作目的水文地質(zhì)條件可分為區(qū)域水文地質(zhì)條件、供水水文地質(zhì)條件、礦區(qū)水文地質(zhì)條件等。只有正確掌握地區(qū)水文地質(zhì)條件，才能合理開發(fā)地下水資源。在實際工作中,往往需要反映某一地段在一定深度內(nèi)的含水層的埋藏與分布、地下水位以及地下水的補給、徑流、排泄情況，地下水化學類型及其垂向變化資料和圖件。地下水概念：以各種形式埋藏在地殼巖石中的水。a、按其存在形式可分為:氣態(tài)水、吸著水、薄膜水、毛細管水、重力水和固態(tài)水等。b、按含水層埋藏特征可分為:包氣帶水、潛水和承壓水。c、按含水層空隙特點可分為:孔隙水、裂隙水和巖溶水。d、按水質(zhì)和水溫的特點可分為：礦化水、高礦化水、熱水等。潛水：地表以下第一個穩(wěn)定隔水層以上具有自由水面的地下水。自由水面稱潛水面，潛水面相對于基準面的高程稱潛水位。承壓水：充滿于上下兩個隔水層之間的具有承壓性質(zhì)的地下水。

2水文地質(zhì)條件含水層：地下水面以下飽水的透水層。構(gòu)成含水層的條件：有儲存重力水的空隙；下伏有隔水層。根據(jù)含水層的巖性和單井出水量，可以編制富水性分區(qū)圖，作為開采利用地下水的依據(jù)和參考。隔水層：重力水不能透過的土層或巖層。一般孔隙很小的粘土層、重亞粘土、以及致密巖層（如頁巖、火成巖、變質(zhì)巖）等都是隔水層。由于隔水層的存在，使上下含水層沒有水力聯(lián)系。2水文地質(zhì)條件地形地貌山區(qū)：太行山脈、燕山山脈平原：山前沖洪積扇、沖積平原延慶盆地：湖相沉積第四系厚度第四系地質(zhì)結(jié)構(gòu)密云水庫往南東向水文地質(zhì)剖面門頭溝往南東向水文地質(zhì)剖面大石河往南東向水文地質(zhì)剖面地層自沖積扇的頂部到下游，地層顆粒由粗變細，由單一層變?yōu)槎鄬咏Y(jié)構(gòu)，富水性降低，水井單位降深的出水量減少。不同流域地質(zhì)剖面中心區(qū)域聯(lián)合地質(zhì)剖面北京平原西部、北部和東北部三面環(huán)山，受拒馬河、大清河、永定河、北運河、潮白河5大河流沖、洪積而成，第四系地層結(jié)構(gòu)具有典型的沖、洪積平原特征，地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復雜多變。北京市中心城區(qū)主要分布在永定河沖洪積扇。平原區(qū)地下水系統(tǒng)劃分含水層結(jié)構(gòu)圖含水層首富水性第四系地爬下水補給條、徑流和即排泄補給大氣降水倘入滲河渠入虧滲灌溉水回夜歸山區(qū)側(cè)晴向徑流類流入基巖頂淋托補給徑流天然狀態(tài)茶下，由沖圖洪積扇頂惱部向下游驗徑流因人為拖影響，回形成了稈降落漏菠斗，改態(tài)變了局溝部的地餓下水徑痛流方向排泄開采向下游邊兩界的徑流薄排泄局部的矛潛水蒸腿發(fā)地下水水謠位及其動喝態(tài)變化潛水位等匯值線及埋眠深分區(qū)圖3、換熱耗井、換熱妥孔的施工極工藝和成醋井工藝施工工周藝：包餓括鉆機恐選擇、筆鉆頭與還鉆具組壁合、循晌環(huán)液、近防斜和駁事故處終理等環(huán)國節(jié)。成井工藝五：包括下塔管（井壁西管和濾水駁管）、填統(tǒng)料、止水利和洗井等心主要工序招的鉆探工弟藝。4、抽水塑試驗和現(xiàn)蟻場換熱試蘆驗抽水試驗：測定含剩水層富鏡水性和菌水文地慈質(zhì)參數(shù)鼠的試驗浸活動。冶可分為混：穩(wěn)定熔流、非伐穩(wěn)定流疏抽水試戶驗；單蝕孔、多湯孔、干查擾抽水魔試驗等驚。目的谷是通過堆在水井撤或鉆孔躲中抽水濱，觀測腫記錄水洋量、水鞠位隨時蠅間的變擔化，利俗用水位已與流量邪間的函鴉數(shù)關(guān)系被，計算抓含水層男滲透系勒數(shù)和井育、孔的拉出水能織力。如壓果有一鉆定數(shù)量獄的觀測衡孔，還司可同時怖確定影事響半徑叨和降落政漏斗的潛形狀、丙巖層給喂水度和限含水層自與地表樸水及各刊含水層糖間的水嫁力聯(lián)系辱等。穩(wěn)定流抽犁水試驗：要求在一案定的持續(xù)咬抽水時間崗內(nèi)流量和內(nèi)水位同時酒相對穩(wěn)定納（即不超跳過一定的憐允許波動另范圍），賊一般進行言1—3個鋼落程的抽總水，抽水收后還要對袍水位恢復設(shè)情況進行遠觀測和記律錄，穩(wěn)定培流抽水試冷驗主要用憑于計算含湊水層的滲扭透系數(shù)。非穩(wěn)定流鮮抽水試驗作：在抽水鉆張孔中僅保搶持水量穩(wěn)時定并使水造位不斷變輩化，或僅中保持水位蠻穩(wěn)定使水判量不斷變塵化的抽水餅試驗。目會的是用人經(jīng)工控制的忌方法，使粒鉆孔周圍墳含水層中購發(fā)生地下淺水的非穩(wěn)委定運動，略通過測定崇水位隨時坡間的變化小過程（或揉水量隨時袋間的變化檔過程），映來測求含版水層中地掙下水的水泊文地質(zhì)參狂數(shù)。如導水水系數(shù)、蹦壓力傳導良系數(shù)、滲遵透系數(shù)、衣給水度或新釋水系數(shù)嘉等。4、抽水秀試驗和現(xiàn)校場換熱試龜驗現(xiàn)場換憂熱試驗汗：利用地埋移管換熱系巷統(tǒng)采用人循工冷（熱墊）源對測奏定巖土體向的熱傳導奇性能的試哄驗。（淺鎖層地熱能脊勘查評價俱技術(shù)規(guī)范燦送審稿）原理圖4、抽水叮試驗和現(xiàn)套場換熱試鏡驗換熱孔施工

4、抽水該試驗和現(xiàn)嗽場換熱試纏驗概念：蘊藏在淺礙層巖土體裳、地下水刪或地表水掃中的熱能復資源。－饑2006釣年1月1絨日頒布實張施的《地極源熱泵系密統(tǒng)工程技譯術(shù)規(guī)范》漿（GB漆5036標6一20趴05）蘊藏在地繡表以下一陡定深度（鉆一般為2治00m因）范圍內(nèi)向的地質(zhì)體順中具有開紅發(fā)利用價四值的熱能滿。－由國甜土資源部疏編寫的《巷淺層地熱恐能勘查評折價技術(shù)規(guī)樸范》（送醋審稿）5淺產(chǎn)層地熱能地球內(nèi)漸部的溫型度分布（引自岔A.A址.斯梅母斯洛夫寨等人，今197理9）地球表幫層的熱舞狀態(tài)（博以河北卷省懷來葬縣某地西為例）－引自《地圓熱》，1安972年啊，火山溫核泉地熱能滴作者稍加秀修改－引自火箭山溫泉地再熱能某深井姓地層巖憲性與溫想度變化蒸曲線1－泥部巖

2以－頁巖現(xiàn)3－味砂巖肚4－灰富巖

5坊－白云肉巖地球的散推熱量和生帳熱量－引自火伏山溫泉地襲熱能熱能釋放方式卡／年熱流單位大地熱流（EHF）2.45×10201.47火山活動能（EV）7.80×10180.047溫泉、地熱能(EW)5.00×10180.003地震能(ES)1.75×10170.001總計2.54×10201.52熱源類別卡／年熱流單位放射性衰變能（QR）2.37×10201.42潮汐摩擦能（QT）5.00×10180.03化學反應能總計2.42×10201.45淺層地熱振能的基本事特征淺層地右熱能是刷熱能的級一種形給式。淺光層地熱諷能從不腦同分類掛角度可認以劃歸士為：可寸再生能戴源，清庫潔能源牲，非燃梨料能源熟、新能潤源、過圣程能源撥、低品擾位能源散和非商團品能源主。淺層代地熱能產(chǎn)既是一格次能源那，又是吧二次能尿源。分布的不裳平衡性和夾規(guī)律性；忘有限性和珍無限性；字多功能性考；系統(tǒng)性闖；分散性搶；低品位乓性等。在不同地餅溫區(qū)域生情長不同種崗類的植物蓋，孕育不尚同的動物兇種群，和愁陽光、空惹氣、水一證樣，淺層繪地溫能同姜樣是萬物經(jīng)生息繁衍燥的要素之棟一。單位時間旁內(nèi)單位面而積的地球既表面在一遙定深度內(nèi)澇其能提供拼的熱量是黃有一定界荒限的，這影個界限隨江著科學技迅術(shù)的發(fā)展差而增加，輪超過這個轎量的部分幅將由其它恐能源轉(zhuǎn)化材彌補，地席溫不會一調(diào)直降下去凡。制約了棄開發(fā)項目漢規(guī)模，需職要引起足男夠重視。在利用換忌熱器提取版和排泄熱音量的狀態(tài)算下，巖土低體中溫度嬸的分布發(fā)殖生了劇烈噸的變化，卻天然狀態(tài)言下的“恒欄溫層”已章經(jīng)不復存芹在。地埋霉管取熱區(qū)蘭域及其影米響范圍內(nèi)組的巖土體扇的地溫場機成為干擾朋下的“人腸工變溫層樸”。淺層地年熱能影多響因素地下水地誕源熱泵系令統(tǒng)：項目實外施高度依求賴于工程場區(qū)內(nèi)肌水文地紙質(zhì)條件，主要影歷響因素有組：地下水壯類型，含暈水層的結(jié)扎構(gòu)、連通質(zhì)性、滲透蛙系數(shù)，地偏下水的徑滾流、靜水妙位、動態(tài)捧變化、單就位涌水量擊等水文地娃質(zhì)條件；低水溫、水菜質(zhì)等物理業(yè)化學特性演。地埋管地斑源熱泵系寫統(tǒng)：項目實施連受工程場問區(qū)內(nèi)地質(zhì)、水搭文地質(zhì)條牌件影響較獵大，主心要影響殖因素有口：地層覺結(jié)構(gòu)、祝巖土體泄熱物性拒參數(shù)等逐地層條頸件；地陜下水含董水層的利分布、序靜水位之、流速慣等水文擺地質(zhì)條侍件；地鏡溫、水疏質(zhì)等物督理化學矮特性。6地驕熱地質(zhì)條累件評估踏勘收集資柿料淺層地捕熱地質(zhì)敘調(diào)查周圍地捕源熱泵籃項目調(diào)怒查試驗和顛測試資料整悶理和報四告編寫準備工衫作勘查實購物工作扯計劃報告評蠶審和提西交實物勘查叛工作如果已見有資料衣比較充猛分，可睬以省略間這些實障物工作勘查工辣作內(nèi)容踏貓勘了解項蘆目的基綱本情況確定具體峰位置（GPS-頃--坐標）收集資膽料地形、椅地貌氣象、水愈文區(qū)域地質(zhì)水文地質(zhì)地熱地攝質(zhì)工程地幫質(zhì)遙感、體遙測鉆探地球物理英勘探地球化北學試驗和測莖試周圍已有紅熱泵工程周圍正括在設(shè)計蘆、施工芽的熱泵搭工程淺層地熱屈地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)調(diào)查滴：巖性、灘地質(zhì)構(gòu)造水文地羨質(zhì)調(diào)查披：水井瓶、泉水盛等水點律的調(diào)查初（參考衰水文地染質(zhì)測繪且工作內(nèi)帝容）地下水位敏統(tǒng)測淺層地溫障測試：已紋有水井、蓄鉆孔不同采深度的溫到度資料周圍地冠源熱泵晌項目調(diào)撕查位置及和裙勘查項目孩區(qū)的距離淺層地熱卵地質(zhì)條件汪及其和勘勻查項目區(qū)糾的相似性占地面積吉、建筑類叨型、建筑快面積等熱泵系速統(tǒng)負荷埋管類型儲、數(shù)量、膚設(shè)計、安地裝情況熱泵系百統(tǒng)運行皮狀況存在問題試驗和測澡試抽水試驗地球物搬理測井巖石熱肺導率和牛比熱容條測試埋管換承熱能力頌測試抽水試桶驗一般考偉慮在已肚有水井授進行試驗方翅法、步很驟和技踏術(shù)要求肚參考水墾文地質(zhì)虛勘查規(guī)唯范地球物理捏測井自然電位平測井視電阻折率測井自然γ測黑井溫度測井聲波測罪井試驗和測不試巖土熱導笑率和比熱猴容測試采取土體建或巖石樣米品，送有濟資質(zhì)的實箱驗室測試必要時捎送不同洪實驗室附測試盡可能采焰取原狀土畏樣測試埋管換飄熱能力鍬測試不是地質(zhì)所條件評估扇的必要內(nèi)休容應嚴格籠控制試滑驗條件應選擇適墳當?shù)奈锢碥?、?shù)學模晶型對試驗鑼結(jié)果進行溫模擬，比鋸如在熱對醒流起主導枕作用時，燙采用單純填的熱傳導張模型是不啟盡合理的試驗和測兇試資料整何理和報騎告編寫淺層（150米以內(nèi)）筆地熱地質(zhì)公條件的描房誠述的內(nèi)容對松散層壇地區(qū)區(qū)域地質(zhì)焦背景：所的處地質(zhì)構(gòu)陣造單元，揭簡述區(qū)域綁地層、地飾質(zhì)構(gòu)造第四系分泳布規(guī)律：青巖性、厚廣度、結(jié)構(gòu)寬等含水層劃帽分：包氣終帶巖性和肥厚度，含礙水層類型觸、厚度、悅巖性、滲生透性、富覆水性等，展并應附相購應平面和夸剖面圖地下水懸的補給赴、徑流蓄和排泄腦及相應樸附圖（線如潛水根等水位哀線圖、浮承壓水鍬等水壓誰線圖等?。┑叵滤梦粍討B(tài)（駕附圖）不同深哄度地下出水水質(zhì)航及地下詞水污染阿狀況（套實際資能料）淺層地溫澡及淺層地謝溫梯度、糾恒溫帶的蜓深度和溫饑度等地層的竊熱導率蒜和比熱助容（可蠢采用經(jīng)鞠驗值）對基巖換區(qū)（盡孟可能比仇較完整竄）區(qū)域地率質(zhì)背景屬：所處厭地質(zhì)構(gòu)吃造單元牧，簡述她區(qū)域地匆層、地策質(zhì)構(gòu)造地層分布瘡規(guī)律：巖軟性、厚度糟、地質(zhì)構(gòu)庫造等（附叢地質(zhì)構(gòu)造哲圖）含水巖組配劃分：包涼氣帶巖性列和厚度，僻含水巖組躬類型、厚草度、巖性也、滲透性濁、富水性綱等地下水皂的補給盈、徑流贏和排泄地下水水