王春晖;狄艳松;胡媛媛
脚踩垃圾桶【摘 要】河南省浅层地温能资源具有分布广泛、资源量丰富、开发利用方便等特点,发展前景广阔.通过对河南省主要城市的地质、水文地质条件和岩土体结构特征等浅层地温能赋存特征的分析,采用数理统计和对比分析等综合研究的方法,对比研究了不同地貌类型城市200m以浅的岩土体热物性特征、浅层地温场分布特征和岩土热响应特征等的异同及其分布与变化规律.结果显示:河南省主要城市浅层地温能的赋存层位主要为第四系及新近系上部的各类松散堆积物,这些松散的堆积物和储存于其孔隙内的地下水为浅层地温能的载体;岩土导热系数会随着孔隙率的增加而减小,随岩性颗粒变粗而增大;城市地层综合导热系数和换热能力与地下水径流条件呈正相关;位于盆地和山前地带水文地质条件优越的城市或地段,浅层地温能开发利用宜采用地下水换热方式,松散堆积物厚度较大且以细粒相沉积为主的城市或地段,宜采用竖直地埋管换热方式.
【期刊名称】《城市地质》
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【年(卷),期】2019(014)001
【总页数】8页(P40-47)
中空半自动打胶机【关键词】浅层地温能;赋存条件;岩土体热物性;岩土热响应;开发利用;城市
【作 者】王春晖;狄艳松;胡媛媛
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【作者单位】河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院,河南 郑州 450000;河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院,河南 郑州 450000;河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院,河南 郑州 450000
【正文语种】中 文
【中图分类】P314
0 前言
随着经济的发展，城市化进程的加快，城市规模的不断扩大及人居环境的不断改善，人们对能源的需求越来越大。能源不仅成为制约核心城市化进程和经济可持续发展的瓶颈，而且在能源消费中，煤炭占据的比重过大，环境污染未得到根本遏制，节能减排任务还非常
繁重，发展低碳经济势在必行。浅层地温能是清洁环保的新型可再生能源，资源储量大、分布广，具有清洁环保、可再生、稳定性好、利用系数高等特点（韩再生，2008），是国家鼓励大力发展和开发利用的新能源。浅层地温能受季节、气候、昼夜变化的影响较小，使得地热利用系统运行更加可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性（杨俊伟等，2011）。随着我国能源结构政策的调整和地源热泵技术的逐步提高完善，城市对浅层地温能需求不断加大，浅层地温能必将成为我国今后开发利用中的新型能源，建筑物供暖（或制冷）中，浅层地温能所占的比重也将愈来愈高。河南省地处华北平原，地域广阔、人口众多，是能源消费大省。全省浅层地温能资源具有分布广泛、资源量丰富、开发利用方便等特点。其开发利用发展前景广阔，市场潜力巨大。在整体规划、合理开发和有效利用的前提下，大力开发利用浅层地温能，在调整能源结构、缓解资源与环境压力、减少二氧化碳排放、促进节能减排战略目标的实现、促进生态文明建设与经济可持续发展等具有重要的现实意义和战略意义。
通过对河南省主要城市的地质、水文地质条件和岩土体结构特征等浅层地温能赋存特征的分析，对比研究不同地貌类型城市200m以浅的岩土体热物性特征、浅层地温场分布特征和岩土热响应特征等的异同及其分布与变化规律，可为河南省主要城市或类似地区的浅层地
温能合理开发利用提供一定的参考和借鉴。
硬件加密设备1 自然地理与地质概况
1.1 主要城市概况
河南省位于我国中部黄河中下游，地理坐标：东经北纬南北纵跨530km，东西横亘580km，总面积16.70×104km2，约占全国总面积的1.74%。全省辖18个地级城市，分别为郑州、洛阳、开封、新乡、许昌、漯河、周口、安阳、濮阳、焦作、南阳、平顶山、驻马店、信阳、三门峡、商丘、鹤壁和济源，城市规划区总面积为7936km2。除地级城市以外，2013年，国务院批准成立了郑州航空港经济综合实验区，批准规划面积415km2。河南省主要城市分布见图1。
图1 河南省主要城市分布示意图Fig. 1 Distribution of major cities in henan province
1.2 气象与水文
河南省处于暖温带和亚热带气候过渡地区，气候具有明显的过渡性特征。以秦岭至淮河一
线为界，以南的信阳、南阳属亚热带湿润、半湿润季风气候区，以北的其它城市均属暖温带干旱、半干旱季风气候区。全省年平均降水量在600～1200mm左右，南部达1000～1200mm，黄淮之间为700～900mm，北部及西部仅600～700mm。全省年平均气温12.8℃～15.5℃。7月份气温最高，月平均气温27℃～28℃；1月份最低，月平均气温为-2℃～2℃。全年无霜期在180～240天之间。夏季空调利用时间为6—9月份，冬季供暖时间一般为11月15日—次年的3月15日，供暖与制冷时间相当。
河南省河流众多，由西向北、东、南呈放射状分流，分属海河、黄河、淮河、长江四大流域。洛阳、三门峡、济源属黄河流域，南阳属长江流域，安阳、新乡、焦作、濮阳、鹤壁属海河流域，郑州（含郑州航空港区）、开封、许昌、漯河、周口、平顶山、驻马店、信阳、商丘属淮河流域。
1.3 地形地貌
河南省北、西、南三面为山地、丘陵和台地，东部为平原。其地势西高东低，从西向东呈阶梯状下降。按城市所处的地貌部位，可将18个主要城市和郑州航空港综合试验区归类于冲积平原型城市（包括郑州、开封、新乡、濮阳、许昌、漯河、商丘、周口、驻马店和郑
州航空港综合试验区10个城市）、内陆河谷盆地型城市（洛阳、三门峡、南阳、济源4个城市）和山前冲洪积倾斜平原型城市（平顶山、焦作、信阳、鹤壁、安阳5个城市）。
1.4 地质概况
河南省18个主要城市及航空港综合试验区地质特征见表1。
表1 主要城市地质概况Tab.1 Geological overview of major cities注：根据《河南省城市浅层地热能》（赵云章等，2010）修改
2 浅层地温能赋存特征
2.1 岩土体结构特征
地温空调
河南省主要城市浅层地温能的赋存层位主要为第四系及新近系上部的各类松散堆积物，这些松散的堆积物和储存于其孔隙内的地下水为浅层地温能的载体，广泛分布于洪积平原区、山前冲洪积倾斜平原区及山间盆地区。18个地级市和航空港综合试验区具有河流冲积成因的松散堆积物的共同的特点。冲积平原型城市地处黄淮冲积的广阔平原之上，普遍分
布有厚度较大的第四纪冲积、冲洪积、湖积松散层；由于第四纪以来，该类城市地处缓慢沉降过程中，河流历经频繁变迁，形成了新近系岩土性质变化显著，广泛分布着中细砂、粉细砂、粉土、粘性土及软土等土体特征。内陆河谷盆地型城市地处河流阶地或山前丘陵状斜坡，其岩土体分布多以冲洪积相的卵砾石和砂层为主。山前冲洪积倾斜平原型城市地处山前冲洪积扇地貌单元之上，自扇顶部或轴部至扇前缘或边缘地带，岩性由卵砾石变化为粉土、粘性土与粉、细砂互层。
表1 （续）地貌类型 城市 2 0 0 m以浅地层岩性地质构造郑州市新近系与第四系厚度大于4 0 0 m。新近系岩性为粘土或泥岩、中砂、中粗砂、细砂互层，局部夹卵砾石；第四系为厚层粘土、粉质粘土、粉土、粗、中、细砂层，西南山前和邙山一带为粉质粘土；西部台塬区堆积有马兰黄土，为风成黄土，第四系厚度大于1 0 0 m位于开封凹陷内，隐伏断裂发育，断裂展布方向以北西向、近东西向为主。近东西向断裂主要由中牟断层、中牟北断层、上街断层、须水断层；北西向断层主要有老鸦陈断层、花园口断层、古荥断层等开封市第四系厚度4 0 0 m左右。上部是浅层地温能开发利用的主要层位。堆积物为粘土、粉质粘土、似黄土状粉土、粉细砂、中细砂、中粗砂等位于开封凹陷内，发育隐伏断裂有：新乡-商丘断裂、郑汴断裂、中牟断裂、武陟断裂、原阳断裂、兰考断裂等。断裂以北西-南东 向和近东西向为主新乡市新近系下部为泥岩、泥质砂岩、中细砂岩互层，上部为角砾状泥灰岩、泥灰岩，岩溶裂隙发育，厚度1 0～1 3 0 0 m。第四系粘土、粉质粘土、粉土、泥砾、黄土状粉质粘土、粉细、中细、中粗砂。第四系厚度1 3 0～2 0 0 m位于汤阴断陷北段，主要发育N N E、N E及N W W、近E W向两组断裂。主要地质构造有：青羊口断裂、白壁集-淇门镇断裂、盘古寺-新乡断裂、山彪-五陵断裂、西曲里断裂、杨九屯-李士屯宽缓倾伏背斜濮阳市 第四系底板埋深为3 7 0～4 0 0 m，为粘土、粉质粘土、粉土、细砂、细中砂、粗砂冲洪积平原位于内黄凸起与东濮凹陷之间的过渡地带，主要受北北东和北东向构造所控制。对本区有影响的构造均为隐伏构造，以断裂为主，主要有北北东向的长垣断裂、黄河断裂、聊兰断裂、汤东断裂和北西西向的磁县-大名断裂、清丰断裂等许昌市 第四系为泥砾石透镜体与含砾粉土、粉质粘土互层、粘土夹粉质粘土、粉土及中细砂组成；其中上更新统在许昌一带以灰黄、褐黄粉土为主，漯河一带以粉土、粉质粘土为主，底部有薄层细砂、中细砂。第四系厚度大于3 0 0 m 漯河市许昌市、漯河市均位于周口凹陷的西段。坳陷内断裂较发育，主要为北西西向，次为北东向。北西西向有临颍-沈丘大断裂、鲁山-漯河大断裂、襄城-漯河北大断裂等。北东向的断裂主要由济阳、郸城北断裂等周口市第四系为粉质粘土、粉土、粘土、细砂、粉细砂和细中砂，周口市西北的贾鲁河与沙颍河河
间地带，下部有一层厚5～1 2 m砂砾泥质粗中砂及砾卵石，分布不稳定，分选差，钙质胶结。第四系厚度大于4 0 0 m位于周口凹陷中。坳陷内断裂较发育，主要为北西西向，次为北东向。周口市附近的断裂主要有近东西向的商水-项城断裂、北北西向的周口大断裂等商丘市第四系厚度4 5 0 m左右，其中中上更新统及全新统约1 7 0 m。沉积物下部主要为粘土、粉质粘土夹各类砂层；上部为粉土、粉质粘土夹粉细砂、细砂、细中砂层位于通许隆起东端，发育隐伏断裂有：北西西向德新乡-商丘断裂，近东西向的商丘南断裂等驻马店第四系为粉质粘土、粘土夹粉土、泥质砂卵砾石及中细砂；新近系为粘土岩、泥灰岩夹薄层砂。第四系及新近系厚度大于2 0 0 m位于驻马店-平舆凹陷西缘，主要发育北北西向和北西向断裂，为隐伏断裂航空港综合试验区被第四纪松散堆积物所覆盖，第四系发育齐全。根据钻孔揭露，研究区2 0 0 m以浅的地层均为第四系，上部为粉土、细粉砂，下部为中细砂、中粗砂、构成了上细下粗典型的“二元结构”，或粗细相间的多元结构研究区处于小秦岭-嵩箕山东西向构造带的东段洛阳市新近系为砂质粘土、钙质粘土，泥灰岩、泥质砂、中细砂（岩）、砂卵石层（岩）。厚2 0 0～3 0 0 m。第四系为砂质粉土、粘土、泥质粉砂粘土砾石层、粉质粘土、中细砂、砂卵石层、粉土、黄土状粉质粘土；风积层主要分布于盆地南北两侧的台塬地区，为马兰黄土位于洛阳盆地内，盆地基底断裂构造发育，主要发育
有东西向、北东向、北西向三组断裂内陆河谷盆地南阳市新近系为砾岩、砂岩与泥岩互层。顶板埋深5 0～2 2 0 m，底板埋深在城区南为3 7 0～4 2 0 m。第四系在城区厚度2 0 0 m左右，主要为含卵砾石中粗砂、砂砾卵石、含砾粘土、中细砂及粉质粘土位于南秦岭褶皱带的断陷盆地内。南阳盆地为三面环山向南开口的新生代盆地。构造的主要特征表现为凹陷的不对称性，即盆地南深北浅，向南倾斜，新生界有北薄南厚之规律。朱阳关-夏馆-南阳-大河断裂从城区南部通过济源市新近系、第四系厚度大于3 0 0 m。新近系岩性为粘土岩、砂质粘土岩、粉砂岩、泥灰岩、砂砾岩；第四系岩性为粉质粘土、粉土、砂、砂砾石、卵砾石等，厚度5 0～2 0 0 m位于济源-开封坳陷西北缘。褶皱有济源向斜，为隐伏状；断裂主要有盘古寺断层、封门口断层、三樊断层等三门峡 第四系厚度大于2 0 0 m，岩性自下而上分别为粘土、粉质粘土加中细砂、细砂；砂及砂卵砾石层；黄土状粉土位于灵宝-三门峡盆地东段，盆地基底断裂构造发育，主要发育有北东向灵宝-三门峡断层、史家滩断层、七里沟断层、樱桃山断层、席村南沟断层；近东西向的温水沟断层等
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