浅层地温能赋存条件及勘查评价方法
浅层地热能勘查评价
地热资源地热资源是指能够为人类经济开发和利用的地热能、地热流体及其有用组分。
地热资源为重要的可再生能源矿产，合理开发利用是一种清洁能源，也是医疗、旅游、化工资源。
浅层地热能是地
热资源的一部份
热泵的工作原理应用冷凝器排出的热量进行供热
应用蒸发器吸收的热量进行制冷
北京市城区地源热泵项目分布
北京市平原区地下水换热系统适宜性分区
北京市平原区地埋管换热系统适宜性分区
现场热传导试验:对回路中循环流动水连续加热，测量加热功率、水的流量和温度及其所对应的时间，推算钻孔周围岩土的平均岩土导热系数。
计算评价地埋管单位换热量
抽水井回灌井。
地热资源评价浅层地温能
工提供埋管工艺和埋管材料热
传导性能等。 砂质粉土
土壤的传热性能取决于土
细砂
壤的热导率、密度、比热容等。 粘土
土壤的含水量对其密度和导热
性有决定性影响，潮湿土壤的
热导率高于干燥土壤。
F
场地浅层地热资源调查
2. 热响应试验
取得换热孔的有 效传热系数、岩 土体平均导热系 数、地层初始温 度等参数，计算 确定换热孔的合 理间距
D 提出可持续开发利用
E 提出可持续开发利用的方案建议
浅层地热能勘查的目的与分区
需要解决的问题： 1、特定水文地质条件和气候特征下，地
下含水层的流动和传热机制； 2、地下含水层储能与水热调蓄的能力。
由于各地区地质和水文地质条件的复杂性和多变性，导 致各地区岩（土）层的导热性和水文地质参数差异巨大，在 一个地区能成功应用的地下换热系统，在另一地区往往并不 适用。
勘查要求：
• 勘察井深度一般宜小于200m，当有多个含水层组 且无水质分析资料时，应进行分层勘查，取得各 层水化学资料；
• 勘察井工作量按下表确定。
地下水换热方式浅层地热能调查
勘察井工作量
工程热负荷q/ kW
q<500
勘察井数量数量/ 个
1~2
500≤q<2000
2~3
q≥2000
≥3
注：工程热负荷取冷、热负荷中较大者。
地热资源与浅层地热能区别
温度 (℃)
深度 (m)
利用性
建筑中 利用
平面 分布
垂向 分布
地热
＞25
n×10２ ～n×10３
发电、 直接利 用
供暖、 供热水
地热田
热储中
浅层 地温
浅层地温能赋存条件及勘查评价方法
循环液 平均温 度
(℃)
地埋管 回填料 周围岩 换热功率
材料热 热导率 土体平 （KW）
导率 (W/m·℃)
(W/m·℃)
均热导 率 (W/m·℃)
现场 测试
理论 计算
12 13.4 41.7 0.42
1.8
1.65
8
6.89
立水桥 121 12 16.5 43.6 0.42
于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土。砂土透水性好。
粉土：粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且
塑性指数等于或小于10的土。
粘性土：塑性指数大于10的土，防水性能好，不易被水冲蚀
流失，具有较大粘聚力。
松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的，固体颗粒 构成土的骨架，其间布满相互贯通的孔隙。孔隙中被水和 空气充填。
（孔隙水）
3—分选不良的，含泥、砂的砾石； 4—经过部分胶结的砂岩；
（孔隙水）
5—具有结构性孔隙的粘土； 6—经过压缩的粘土；
（束缚水）
7、8—具有溶隙及溶穴的可溶岩 （裂隙水）
地下水是一种重要 的地质营力，其主要作 用是应力的传递者与热 量及化学组分的传输者。
2、地下水分类 地壳表层十余公里范围内，都或多或少存在着空隙，
山西太原市西部某工地（双U）K＝6.3 w/（m℃），R＝0.16，热阻小是因为105 米内砂卵石层厚32米。（单U）测得K＝5.5 w/（m℃），现场换热试验拟合得的地层 平均热导率是2.6w/（m ℃）。
北 京 立 水 桥 试 验 孔
试验孔基本情况： （1）120m双U。分别在钻孔内的30～123m处安装温度传感器6个。 （2）4月份空载循环8天，温度下降0.4 ℃，日变幅度±0.1 ℃，末期稳定在17.9 ℃。 （3）加热8天，加热电功率是8kw，实际加热量6.8kw，末期的平均温度稳定在34.9℃， 温升了17 ℃，每延米换热量56.7w/m，K=3.3w/ （m ℃），每延米的总热阻R＝ 0.303m℃/w
浅层地热能勘查评价技术规范
目前，我国第一部有关浅层地热能开发的行业标准《浅层地热能勘查评价技术规范》，面向全国广泛征求修改意见。
据中国地调局水环部韩再生介绍，该《规范》是中国地质调查局受国土资源标准化委员会水文地质工程地质环境地质分技术委员会委托编制完成的行业标准。
目前完成的征求意见稿，明确了有关浅层地热能的概念和术语，首次系统提出浅层地热能资源计算评价的方法，特别是在其核心技术——区域浅层地热能资源量的评价方法上作了有益探索；分别规定了区域浅层地热能调查和地源热泵工程浅层地热能勘查工作的目的、任务、基本工作内容、工程控制程度以及质量要求；对地源热泵工程浅层地热能勘查，提出了地下工程、水源井施工和质量要求、井群设计、水质评价和处理方法等；对区域浅层地热能调查、资源评价、资料整理和报告编写提出了要求。
该《规范》适用于区域浅层地热能调查评价和地源热泵工程浅层地热能的勘查评价，可作为浅层地热能资源开发中设计书编制、勘查工程布置、浅层地热资源评价、报告编写和审批的依据。
浅层地温能资源的调查评价与开发利用
浅层地温能资源的调查评价与开发利用摘要介绍浅层地温能的概念与利用原理和调查评价的主要内容，分析了广东省浅层地温能开发利用潜力，并提出调查、区别和开发示范工作建议。
关键词浅层地温能地源热泵调查区划开发开发利用浅层地温能资源，既符合国家节能减排的政策，也经济实惠。
中北部的一些省市（如天津、北京、沈阳、成都等）正在开展浅层地温能资源开发利用。
据最新调查，应用浅层地热能进行供暖和制冷的地源热泵项目在我国已经超过2 500个，建筑面积已超过1亿m2。
而我们广东省无论是浅层地温能的调查评价还是地源热泵的开发利用均远远落后于全国其他省市。
究其原因，除了政策的支持力度和引导不够外，人们对浅层地温能的认识存在偏差与不足也是制约浅层地温能资源开发利用的重要原因。
本文试图就浅层地温能的概念与利用原理、调查评价、开发利用，以及浅层地温能资源在广东省开发利用前景进行阐述和探讨，希望能抛砖引玉，为促进我省浅层地温能资源的开发利用有所帮助。
1 浅层地温能的概念与利用原理1.1 概念浅层地温能是指蕴藏在地表以下一定深度（一般小于200 m）范围内岩土体、地下水和地表水中，具有开发利用价值的低于25℃的热能。
也可以理解为：赋存于地表以下200 m岩土体和地下水中，因该范围内温度与地表气温存在常年温差而形成的能量，可以理解为一种势能或位能。
正是由于这一温度差的存在，我们才能把它变成供暧、制冷的热冷源。
浅层地温能与传统地热能的区别在于温度、空间分布和利用方式等方面的不同。
由于浅层地温能的温度大大低于传统地热的温度，所以不能直接利用，它需要热泵来提温（供暧）或降温（制冷），而传统地热能可以直接利用于供热或发电等，传统地热能只本文2011年3月收到，4月改回。
分布于地热田中，而浅层地温能分布于广大地区。
1.2 利用原理浅层地温能被利用的实质是冬、夏两季地层中比较恒定的温度与外界空气的温度存在较大的反向温差。
地源热泵是利用地球表面的浅层地温能资源作为冷热源进行能量转换，从而为建筑物进行供暧和制冷的机械设备。
宁夏银川市浅层地温能赋存条件和开发利用潜力评价
04
浅层地温能开发利用潜力 评价结论与建议
结论
银川市具有较为丰富的浅层地温能资源，赋存条件良好，分布广泛，具有巨大的开 发利用潜力。
通过本次研究，我们认为银川市的浅层地温能开发利用潜力巨大，尤其是在用，仍需解决一些技术和管理问题，如地温能资源 的准确评估、合理利用、环境保护等。
意义
通过对宁夏银川市浅层地温能赋存条件和开发利用潜力的评价，可以为该地区浅层地温能的合理开发 利用提供科学依据，促进可再生能源的发展，同时对实现能源结构的优化和可持续发展具有重要意义 。
研究内容与方法
研究内容
本研究主要对宁夏银川市浅层地温能的赋存条件进行评价， 包括地温场特征、地层岩性、水文地质条件等方面；同时对 浅层地温能的开发利用潜力进行评估，包括可开采资源量、 开发利用的技术经济性等方面。
宁夏银川市浅层地温能赋存 条件和开发利用潜力评价
2023-11-08
目录
• 引言 • 浅层地温能赋存条件评价 • 浅层地温能开发利用潜力评价 • 浅层地温能开发利用潜力评价结论与建议 • 参考文献
01
引言
研究背景与意义
背景
随着社会经济的发展和城市化进程的加快，能源需求不断增加，而常规能源的储量有限，因此开发可 再生能源成为当前及未来能源发展的重要方向。浅层地温能作为一种绿色、清洁、可再生的能源，具 有储量大、分布广、开发利用方便等优势，在能源领域中具有重要地位。
研究方法
本研究采用文献资料收集、野外调查、室内分析等方法，综 合运用地质学、水文地质学、能源学等相关理论，对宁夏银 川市浅层地温能赋存条件和开发利用潜力进行评价。
研究区概况与数据来源
研究区概况
宁夏银川市位于宁夏回族自治区中部，地处黄河河套地区，是宁夏平原的核心地 带。该地区属典型的中温带大陆性干旱气候，干燥、降水少、蒸发量大，地下水 资源较为丰富，为浅层地温能的形成和开发利用提供了良好的条件。
浅层地温能调查评价技术要求(王贵玲)
温度 (℃)
深度 (m)
利用性
建筑中 利用
平面 分布
垂向 分布
地热 ＞25
n×10２ ～n×10３
发电、 直接利 用
供暖、 供热水
地热田
热储中
浅层 地温
5～25
1～2×10２
需热泵 供暖、
提高品 空调、
位
供热水
广大 地区
盖层中
地热资源与浅层温能区别
热物性测试（thermophysical properties test） 采用人工或天然热源对岩土体样品的热物理参数
浅层地温能评价应划分换热方式适宜区，计算换热功率、 浅层地温容量，论证采暖期取热量和制冷期排热量的保证 程度，评价浅层地温能热均衡，并进行浅层地温能开发利 用环境影响预测。
（三）基本调查内容 气象、水文 区域地质 水文地质条件
（四）专门调查内容
1、岩土体物理、热物性参数 （1）岩土体物理性质，包括比重、含水率、密度、干密度和孔隙率 （或裂隙率）。 （2）岩土体热物理性质，包括比热容、导热系数、热扩散系数、单位 深度钻孔总热阻。 2、浅层地温能开发利用 （1）制热期的进口平均温度、出口平均温度、循环水量或流体量、制 热时间、制热量、制热面积。 （2）制冷期的进口平均温度、出口平均温度、循环水量或流体量、制 冷时间、制冷量、制冷面积。 （3）水平地埋管热泵的埋管面积、制热期/制冷期单位面积换热功率。 （4）垂直地埋管热泵的钻孔数量、钻孔密度、钻孔深度和制热期/制冷 期单位长度换热功率。 （5）地下水源热泵的平均井深、抽水井数量、回灌井数量和灌采比。
调查技术方法及要求
/10
（3）收集钻孔应具备完整或较完整的地质、水文 地质测试数据和观测数据。
（4）在系统收集钻孔资料的基础上，每100km2调 查区应部署不少于2个勘查孔，每个勘查孔分别进 行现场采样、热响应试验和地温观测等。
广东省浅层地温能资源赋存条件浅析
广东省浅层地温能资源赋存条件浅析
浅层地温能是指蕴藏在地表水或地表以下一定深度（一般为恒温带～200m 埋深）范围内的岩土体和地下水中具有开发利用价值的一般低于25℃的热能。
浅层地温能是深层地热能与太阳能共同作用的产物，是广义的地热资源。
变温层中的浅层地温能受太阳辐射的影响，变化大；恒温层中的浅层地温能来源于太阳辐射和地球内部的热能，地温略高于当地年平均气温1～2℃，相对稳定；恒温面以下，地温场完全由地球内热控制，地温随深度的增加而升高。
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粉土：粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且
塑性指数等于或小于10的土。
粘性土：塑性指数大于10的土，防水性能好，不易被水冲蚀
流失，具有较大粘聚力。
松散沉积物是由大小不等的颗粒组成的，固体颗粒 构成土的骨架，其间布满相互贯通的孔隙。孔隙中被水和 空气充填。
碎石土分类表
颗粒形状 圆形及亚圆形为主 棱角形为主
颗粒级配
粒径大于200mm的颗粒质量 超过总质量的50%
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒质量 超过总质量的50%
圆形及亚圆形为主
粒径大于2mm的颗粒质量超
棱角形为主
过总质量的50%
注;定名时，应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
砂土：粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50%，粒径大
地球内部的热能 与上覆变温带的 影响在这一带内 处于相对的平衡
常年恒定
随深度递增，地温是深
度的函数，通常每百米温
度升高2.5～3℃，在地热 田或地热异常区可达到每 百米4～8℃。
大地热流影响 范围
地温场特点
浅层地温是指常温面的温度，因为它不随深
度和时间的变化而变化，因此用它代表某地区的
浅层地温场特征。
孔隙度：土样中所有孔隙空间体积之和与该土样体积 的比值。一般土的孔隙度为20～50%。孔隙度主要取决于 分选程度及颗粒排列情况，另外颗粒形状及胶结、充填情 况也影响孔隙度。
分选程度好，颗粒均匀，孔隙度大。
分选程度差，颗粒大小悬殊，孔隙度小。
颗粒形状不规则，棱角明显，孔隙度也大。
1—分选良好，排序疏松的砂； 2—分选良好，排列紧密的砂；
线源模型计算
可控工况恒热流模拟 试验
全年动态平衡模拟
获得岩土平均导热系数
逆推试算
传热分析
单孔每米地埋管换热器设定 工况下的换热量（W/m）
直接计算
确定地埋管换热器数量（m）
热响应法即是给受测物体已知的热负荷，观测其温
度变化（响应）的方法。分为实验室标本测试和现场热响
应测试。测试结果是加热量与温度响应的函数关系（可以
这就为地下水的赋存提供了必要的空间条件。按维尔纳茨 基（В．И．Вернадский）的形象说法，“地壳表层就好 象是饱含着水的海绵”。
将岩石空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时， 可分为三类，即：
松散岩石中的孔隙 坚硬岩石中的裂隙 可溶岩石中的溶穴
地下水通过循环 实现了热量及化 学组分的传输， 经常与环境发生 物质、能量与信 息的交换，时刻 处于变化之中
岩土体热物性：岩土体导热系数、比热、热扩散率等。
目前常见的岩土体热物性参数测试方法：
录井查表法 取样测试法 现场热响应法
其中取样法测试法常用于区域勘查和资源评价；现场热响 应法是现阶段工程上广泛采用的测试方法。
现场钻凿测试孔
查表法
取样分析法
恒定热流模拟试验
地层编录、查表计算
取原状土样实验室分析 加权平均
时间
垂向
影响因素
变温带
(1-15m)
常温面
恒温带
(＞20m)
地温有着日、季节、 多年、乃至世纪的变 化。 地温是时间的函 数
增、降温交替变化，时 增时降
太阳能和大地 热流共同影响 范围
不随时间变化，深度一定的地温特征值。中 国已测得常温面深度在15～30m间，其温度 一般比当地年平均气温高1～2℃。
它和当地的年平均气温相近。浅层地温随纬 度或高程的增加而下降，反之上升。
在中纬度地区冬夏都有需求，两季都有可利 用的温差。在低或高纬度地区仅能在单季节使用， 可利用温差较小。
温度(℃)
变温带 常温面 恒温(垂向增温)带
深度(米)
每月地温场垂直分布曲线
北京地区浅层地热不同深度变化曲线
1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月
类比其它响应试验方法），也可以通过模型计算得到热物
性参数。 25 0 2 4 6 8
b－潜水；c－承压水
上层滞水：当包气带存在局部隔水层（弱透水层）时，局部隔水层 （弱透水层）上会积聚具有自由水面的重力水。
潜 水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水。潜水没 有隔水顶板，或只有局部的隔水顶板。潜水的表面为自由水面，称作潜 水面；从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度。潜水面到地面 的距离为潜水埋藏深度。
承 压 水：充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层中的水。
地下水分类表
3、地温场分布及特点
地温场是地球表面及近地 表处的温度场，主要取决于 太阳辐射热和内热的均衡。
由变温带、常温面、恒温 带（增温带）组成。
８℃
冬天
15 m 22 m
地表 20℃
夏天
14℃
温度
深度 200 m
22℃
11
地温场的分布
（孔隙水）
3—分选不良的，含泥、砂的砾石； 4—经过部分胶结的砂岩；
（孔隙水）
5—具有结构性孔隙的粘土； 6—经过压缩的粘土；
（束缚水）
7、8—具有溶隙及溶穴的可溶岩 （裂隙水）
地下水是一种重要 的地质营力，其主要作 用是应力的传递者与热 量及化学组分的传输者。
2、地下水分类 地壳表层十余公里范围内，都或多或少存在着空隙，
浅层地温能开发利用会暂时打破岩土体原 来的热平衡，形成温度异常，导致地下水的循 环及热量的传递的加快，一段时期后一定深度 温度场将得到恢复或形成新的平衡。
二、热物性测试方法
传热的三种方式分别为传导、对流、辐射。
地下水换热系统（热对流） 换热量与地下水流速、利用温差等有关
地埋管换热系统（热传导） 换热量与岩土体热物性、换热温差等有关
目录
一、地质基础知识 二、热物性测试 三、浅层地温能开发利用适宜区划分 四、浅层地温能资源量计算
一、地质基础知识
1、土分类及命名
土主要分成碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。 碎石土、砂土属于粗粒土，按粒径级配分类。 粉土、粘性土属于细粒土，按塑性指数分类。
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
-10
0 0m 0.4m 0.8m 1.2m 1.6m 2.0m 2.4m 2.8m 3.2m 3.6m 4.0m 4.4m 4.8m
10
20
30
北京地区浅层地热不同月份变化曲线
浅层地温能本质
岩土体正因存在于地球表层，受大气温度 和地球热传导多重影响，在一定深度内处于动 态的热量平衡，地温接近年平均气温，其季节 性温差形成自然资源。