地热能是一种新型的洁净能源,随着地下水源热泵以及钻井技术的发展,地热能得到了广泛的开发利用。在浅层地热开发过程中,地下水源热泵系统的好坏、优劣与当地的水文地质情况以及布井方式密切相关,而由于地层结构的复杂性,深层地下热水的开采也存在诸多不确定性。本文针对山东省齐河地区浅层及深层地热资源的开发利用,通过阅读工程背景及学术论文资料,综合采用理论分析、现场试验、物探和数值模拟等方法,对研究区地下水源热泵抽灌井优化布置以及深层地下热水资源开采效应进行研究,主要研究内容如下:(1)分析总结工程背景资料及相关理论。在充分了解研究区地质构造、水文地质条件与地热地质条件的基础上,结合地下水渗流、地下多孔介质传热基础理论,为构建地下水—热传输耦合数值分析模型打下基础。(2)通过现场试验求取相关水文地质参数。在研究区内施工水文地质勘探孔,实施了现场稳定流抽水与回灌试验,求取目标含水层的渗透系数、单井涌水量曲线方程、允许开采量以及平均回灌率,对地下水进行腐蚀性与结垢性评价,确定本区地下水不会造成设备的腐蚀以及管道堵塞。(3)对地下水源热泵抽灌井优化布置开展数值模拟研究。利用数值模拟计算单组及井群抽灌井在直线型、L型和半圆形布置方式下夏季制冷期和冬季供暖期的地温场以及抽水井温度的变化,确定抽灌井合理井距为48m,井群采用抽水井温度变化最低的L型布置,最后对地下水源热泵的运行布置提出合理化建议。(4)开展地面物探工作,了解研究区深层地层结构特征。利用CSAMT法、MT法以及电阻率测深法对研究区开展地球物理勘探,推断奥陶系热储层岩石破碎或岩溶发育位置,根据物探结果确定地热井井位、井深及取水段位置,估计地热井出水量、水温和水质状况。(5)进行深层地热开采效应数值模拟研究。构建数值模型研究不同出水量工况下地热井长期开采的压力及水温,对开采30年的放热量、单位面积可采热储存量进行计算,确定地热井保护范围及合理井距。针对四种工况下地热井正常开采及超采的地面沉降状况展开模拟预测,给出地热资源开发利用的建议。