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user: 4. 主要方法 现阶段主要的资源量估算方法介绍如下。 4.1. 热储法(体积法) 这是目前应用最为广泛的一种方法。适用于地热资源储存量的评价。该法基于以下原理。大部分浅层热储可视为圈闭型热储，即热能补给充分、水补给少，基本为不可再生型地热资源。地热资源量就是地热流体存储量，也就是热储及流体范围内的静态储量的估算，不考虑侧向补给、越流补给，将热储层概化为平面上无限延伸的，垂向上为一个主要含水层，其上下均为隔水层的三层结构体系。根据热储面积和热储有效厚度(评价基准面顶底面埋深、孔隙度、有效厚度孔隙度、的深度，确定热储几何形状、温度、孔隙度，将评价区分为若干个子区，分别计算每个子区热流体储量后分别计入权重后加和，得到评价区热流体总储量。一般计算公式如下： Q = Cr ρ r ( 1 − φ ) V ( T 1 − T 0 ) + Cw ρ wq ( T 1 − T 0 ) qw = φ V + mA ( h − H ) 式中：Q——地热热储量(kJ)；Cr、Cw——分别为热储岩石和流体的热导率(kJ/m 3 *℃)；φ——热储岩石(层)孔隙度或裂隙率，无量纲；T 1 、T 0 ——分别为热储温度和利用温度、尾水温度或恒温层温度(℃)；qw——地热流体弹性热储量(m 3 )，包括弹性储量和静态储量；A——热储面积(m 2 )；V——热储体积(m 3 )；h——平均承压水头高度；H——平均热储顶板算起的水头高度(一般用开采后允许的最大降深代替)；m——含水层弹性释水系数，无量纲。 一般平原盆地型热储浅层水的开采系数X一般取1%~2%之间；深层水稍大于浅层水；山地形开采系数一般取小于25%值。 4.2. 流量法 热流量法主要适用于隆起山地对流型地热资源的评价，通过对温泉或地热井的流量来对其放热量进行计算。一般表达式为： Q = Cw ρ wq ( T 1 − T 0 ) 式中q为出露的热水或地热井热流体总流量(m 3 )。其它参数与热储法相同。 此公式可以将泉井混合开采地区的温度和地热井一并计算。如果水位(或压力)、流量基本稳定，则此时的放热量就是隆起山地对流型地热资源的允许开采量。 4.3. 统计分析法(开采动态法) 统计分析法(开采动态法)适用于经历了一定时间的开发利用并有完善动态监测的地区，对隆起山地对流型地热资源和沉积盆地传导型地热资源均适用。该法是成熟地热田评价地热水可开采量和可开采热量的主要方法。 该法利用相关分析、回归分析、时间序列分析等方法，采用统计模型，包括多元统计方法，根据压力(或压力降低)和开采量之间的相关分析，评价地热资源可开采利用量。 该法基于开采量与水位降低值之间的统计模型计算的地热流体可开采量，用来预测地热田在定量开采条件下的水位变化趋势。统计方法中包括：相关分析法、回归分析法、时间序列分析法等。用于预测的模型应有较高的相关系数(>0.8)，并且预测的时间不应超过实际监测资料的时段长度。 已经生产一定时间的热田一般根据实际监测建立地热井水位与地下水降深的关系函数： Q = f (s) 式中：Q——累积地热流体开采量(万m 3 /a)；s——区域水位降深(m)。 区域水位降深为区域水位下降值与单井水位下降值之和。 例如 [ 8 ] ，北京小汤山地热资源评价是根据小汤山热田多年水位动态资料和逐年开采量建立的一种关系，预测未来在一定水位降深条件的可开采量。依据不同深度增加的单位降深开采量与对应的地热水位累计降深做相关分析可得到相关方程，其方程式为： Y = 1 . 473X 2 + 98 .0 65X + 134 0. 7 式中Y为单位降深的开采量(万m 3 /a)；X为地热井使用以来的累计平均水位降深(m)。 4.4. 解析法 基本原理是将热储层化为均质、各项同性、等厚、各初始压力相等的无限承压含水层，采用非稳态流泰斯公式计算单井开采量、水位随开采时间的变化量，计算出在给定压力允许降深下热流体的可开采量，其计算精度不高。该法适用于资料较少，但有抽水试验数据的地热田，其计算公式如下： Q 可 = 4 π TS 1 / ln ( 6 . 11t ) = 4 π TS 1 / ln ( 6 . 11Tt / mR 1 2 ) Q 单 = 2 π TS 2 / ln ( 0. 473R 2 / r ) 式中：Q 可 ——可开采的地热流体量(m 3 /d)；Q 单 ——单井地热流体可开采量(m 3 /d)；S 1 ——计算区水位降深(m)；S 2 ——附加单井水位降深(m)；R 1 ——开采区半径(m)；R 2 ——单井控制半径(m)；m——热储含水层弹性释水系数，无量纲；T——开采时间(d)；t——导水系数(m 2 /d)；r——抽水半径(m)。 根据上述两种解析模型就可以计算出单井或热储层给定压力允许降值下的流体允许开采量，进而采用以下公式可换算成允许开采热量。 4.5. 数值模拟法 本法首先建立热储三维模型，该模型应反应热储空间位置、几何尺寸、地热流体补迳排通道和条件、水动力特征等主要参数。数值模拟求解方法包括：有限差分法、有限单元法、边界元法等。 需要掌握的其它参数有：热田温度场特征、热储渗透率、孔隙度、储存系数，以及已开采井的各项监测参数。 经过校正的模型可预测地热田对未来一定开采量条件下的压力变化趋势，从而可以计算出热流体流量变化，达到预测未来开采量的目的。本法理论基础是在达西定律和质量守恒定律基础上，得到地下水运动的基本微分方程： ∂ ∂ x ( K x x ∂ h ∂ x ) + ∂ ∂ y ( K y y ∂ h ∂ y ) + ∂ ∂ z ( K z z ∂ h ∂ z ) + ω = S s ∂ h ∂ t 式中，Kxx、Kyy、Kzz分别是x、y、z方向的渗透系数(m/s)；h——水头，为源汇项，表示单位时间从单位体积含水层流入或流出的水量(m 3 /s)，正值为流入(源)，负值为流出(汇)；Ss——储水率，指含水层水头降低(或升高)一个单位时，由于含水层垂向压缩和地下水弹性膨胀而从单位体积含水层释放(或储存)的水体积数。 例如 [ 9 ] ，某浅层热储含水层数值模拟。开采井群连接后向外扩张1 km作为研究区，垂向上含水层为浅部某组地层，将该组地层概化为热储含水层，本次暂不考虑上覆和下伏各热储层对研究区的影响。因此，模型顶部和底部边界为零流量边界。 研究区不是一个封闭的水文地质单元，边界范围需设定，因开采多年，整个边界可视为补给边界。计算区水文地质概念模型为：由均质各向同性的承压水孔隙含水层组成的具有二类边界的二维地下水渗流模型，边界条件公式如下： T ∂ H ( x ， y ， t ) ∂ n = Q ( x ， y ， y ) (X，Y)es， t > 0 式中，T-导水系数(m/s)。 研究区平面上有效网格单元为4592个，单个单元面积0.1 × 0.1 km，垂向上为1层，模型建立后：初始水位渗透系数、储水率、地热井开采量、边界条件等初始值带入模型，计算出各井孔在各时段水位，与实测水位比较，反复调整渗透系数、储水率、边界条件等参数，当计算值和实际值误差小于5%时，即认为参数符合真实地热条件。 模拟期间的实测数据越完善、时间段越长，模拟越可靠。 4.6. 统计分析法 美国1975年和1978年的地热资源评价在方法上有所不同，由体积法(即我国所称热储量法)进步为蒙特卡洛法。进步之处在于其根据各参数的不同权重来得到一个平均值，将评价的精度提高。其是增加了统计学的方法，以便能够用具有标准偏差的平均值来表示提价法中的三个重要参数温度、体积和热能量，这个由Nathenson在1978年详加研究的方法要求为每一个系统的每一个参量(热储温度、面积、厚度)估计出三个数值，他们是三角形概率密度的最小、最可能和最大的估计值。它最接近于该变量真实概率密度所考虑的估计值。然后这些三角形概率密度的平均值和标准偏差能够用解析方法相加，从而给出所有已查明水热对流系统的温度、体积以及能量的平均值和标准差。蒙特卡罗法能够用来求出总能量的结合概率分布。 4.7. 回灌条件下可开采量计算 目前还不成熟，没有统一的方法，此处介绍2种较为普遍采用的方法： 1) 考虑回灌量的计算方法 该条件下可开采量为无回灌下开采量与折算后回灌量之和，即 Q 可 = Q 无 + XQ 回 X为折算系数，一般取0.5~0.8，单井时取小值，区域评价时可取大值。 2) 考虑温度影响的计算方法 在一定开采年限时(一般50年)，由于低温地热水回灌使热储层温度下降1℃时的会灌水量，此时回灌水上限计算公式为： Q 回 = AdDt ( Crrr ( 1 − f ) + Cwrwf ) / Cwrw ( tr − t 0 ) 式中：Q 回 为1年回灌量(10 4 m 3 /a)；A——计算区面积(km 2 )；d——热储层厚度(m)；Dt——热储温差，取1℃；Cr——岩石比热容(J/kg℃)；Cw——水比热容(J/kg℃)；rr——岩石的密度(kg/m 3 )；rw——水的密度(kg/m 3 )；tr——热储温度(℃)；t0——回灌水温度(℃)。 4.8. 计算方法适用条件 以下对不同方法进行对比，分析其适用范围和条件。 4.8.1 . 基础条件 1) 热储面积和厚度的确定：结合钻孔资料、简易水文观测、地球物理测井以及水热蚀变等资料确定，在资料缺乏时，可根据地面测绘、物化探资料分析推定。 2) 热储温度的确定：根据钻孔实测温度或地球化学温标确定。地球化学温标适用于温泉地区。 3) 岩石密度、比热、热导率和孔隙度等物性参数：一般应采取实验室测定或野外实测确定值。 4) 地热流体计算参数的确定：一般应根据以往的勘探资料确定。当具有较长系列的动态监测资料时，应通过动态资料反求有关计算参数。具有流体质量长观数据的研究程度较高地区，还应获取分析流体质量分布和形成、演化机制的相关参数。 4.8.2 . 不同方法适用条件 1) 热储法——实际是对“静储量”的估算，不考虑补给，是勘查程度较低、热储条件仅有大致数据、无探井情况下的热田。 可采系数受热储层岩性、厚度、孔隙度等控制，对区域性评价具有简单易得，较为准确的特点。 2) 解析法——适用于地下水无限边界局部开采条件，考虑了地下水侧向补给因素，未考虑水力梯度对测向补给的影响。 该法适合勘探程度较低、有少量地热井、有产能试验数据的热田。计算结果受面积、热储类型、埋深、压力、岩性等条件控制，该法更适用于周边无开采井的集中开采区的地热资源评价。 3) 统计分析法——是一种以开采量与水位监测实测数据为基础的评价方法。该法对资料准确性和有效性要求较高，适用于勘探程度较高、已开发利用、具有多年动态监测资料的热田。 计算初期要求资料的合理性、水位监测数值的多年有效性、准确性、开采量是否符合实际等问题。此外，选择不同的回归方程会得到不同的结果。该法适用于开采时间较长，监测资料齐全的成熟开采区，且预测时间不应超过监测时间。 4) 数值模拟法——采用有限单元法或有限差分法对剖分单元进行离散，可将动态的水位、水量、补给情况、水温等因素输入模型中，也可对渗透率、储水率等进行分区、反演，从而调整不合理的参数，使其符合实际监测值。该法是一种高精度评价方法，适用于勘查程度较高、较长时段完备的监测资料的热田。 由于热储层、地温场分布、边界条件和水文地质参数具有各向异性和非均质性特点，拟合后的数值模型很难对热储层作出准确的模拟，只能是对地热条件的概化模拟，经校正后的模型可认为是在当前勘探程度下的可靠模型。