淺談地熱資源勘察——以鄭州市為例

  目前，中國地熱資源開(kāi)發(fā)利用已初具規模，年利用地熱能為100億千瓦時(shí)，并且地熱開(kāi)發(fā)利用量以每年近10％的速度增長(cháng)。全國已經(jīng)基本形成以西藏羊八井為代表的地熱發(fā)電、以天津和西安為代表的地熱供暖、以東南沿海為代表的療養與旅游和以華北平原為代表的種植和養殖的開(kāi)發(fā)利用格局。但是，我國地熱在能源結構中占的比例還很小，截至目前，地表地熱資源的開(kāi)放量才占可開(kāi)發(fā)總量的萬(wàn)分之五左右。因此，加快地熱資源開(kāi)發(fā)利用的速度和步伐勢在必行。

 

  能源已成為我國現階段經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展制約瓶頸，可再生能源的開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化立法，是調整我國的能源消費結構、保持能源資源可持續利用的戰略需要。可再生能源指的是風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等非化石能源。作為地勘單位，我們更應該看到的是，在國家實(shí)施這一戰略的過(guò)程中，地勘單位如何做好地熱資源的勘查，為地熱資源的開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化提供資源保障服務(wù)。

 

  1  儲量豐富，勘查開(kāi)發(fā)技術(shù)成熟  據有關(guān)專(zhuān)家介紹，我國的地熱資源非常豐富，按其屬性可分為三種類(lèi)型；大于150℃的高溫對流型地熱資源，主要集中在環(huán)太平洋地熱帶通過(guò)的臺灣省，地中海-喜馬拉雅地熱帶通過(guò)的西藏南部和云南、四川西部；90℃～150℃的中溫、小于90℃的低溫對流型地熱資源，主要分布在福建、廣東、湖南、湖北、山東、遼寧等??；中低溫傳導型地熱資源，主要分布在華北、松遼、四川、鄂爾多斯等地區。中國400萬(wàn)平方公里的沉積盆地的地熱資源也比較豐富，除青藏高原外，地溫梯度呈現由東向西逐漸變小的趨勢。目前中國已發(fā)現的水溫在25℃以上的熱水點(diǎn)（包括溫泉、鉆孔及礦坑熱水）約4000余處，分布廣泛。溫泉出露最多的西藏、云南、臺灣、廣東和福建，溫泉數約占全國溫泉總數的1/2以上；其次是遼寧、山東、江西、湖南、湖北和四川等省，每省溫泉數都在50處以上。

 

  在地熱資源的利用上，我國各地紛紛結合自己的實(shí)際開(kāi)展地熱資源直接利用的探索。在上世紀90年代，地熱直接利用在我國廣大地區逐漸舉起并形成高潮，尤其在高緯度寒冷的東北、華北、西北地區，加大了以地熱供暖為主的開(kāi)發(fā)力度，不僅減少了大量有害物質(zhì)的排放，而且還取得明顯的經(jīng)濟效益。據統計，整個(gè)華北地區地熱供暖面積接近140萬(wàn)平方米。此外，北京、天津、西安等地目前正在利用熱泵技術(shù)等多種形式，進(jìn)行示范工程并逐漸推廣。東南沿海地區在發(fā)展旅游業(yè)的同時(shí)，利用地熱進(jìn)行制冷和烘干。特別是隨著(zhù)熱泵技術(shù)的發(fā)展和采用，中低溫熱水在全國正以強勁勢頭向規?；?、產(chǎn)業(yè)化方向健康發(fā)展。有關(guān)統計資料還顯示，近10年來(lái)，我國地熱的直接利用均以每年10%速率增長(cháng)。目前全國淺層地熱能服務(wù)面積超過(guò)了6000萬(wàn)平方米，其中奧運村40萬(wàn)平方米再生水熱泵冷熱源項目、上海世博會(huì )22萬(wàn)平方米江水熱泵冷熱源項目等一大批重點(diǎn)工程都用上了這一綠色環(huán)保新能源，顯示了淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)廣闊的發(fā)展前景。

 

  2  鄭州市地熱資源開(kāi)發(fā)現狀及利用前景  二十世紀七十年代以前鄭州市沒(méi)有地熱井，地熱開(kāi)發(fā)始于二十世紀八十年代初，進(jìn)入二十世紀九十年代，地熱開(kāi)發(fā)形成高潮，一直持續至今。  鄭州市區東部地熱資源普查的目的是為鄭州市合理開(kāi)發(fā)利用與保護地熱資源提供資源儲量及其所必須的地熱地質(zhì)資料，以減少開(kāi)發(fā)風(fēng)險，取得地熱資源開(kāi)發(fā)利用最大的社會(huì )經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，并最大限度的保持地熱資源的可持續利用。配合國家在全國范圍內開(kāi)展的“節能減排，保護環(huán)境”工作，貫徹和落實(shí)國家大力推廣可再生能源為國民經(jīng)濟建設服務(wù)的宗旨。

 

  鄭州市區地熱田屬于開(kāi)封次凹陷地熱田的一部分，位于開(kāi)封次凹陷地熱田的西南部邊緣地帶，西部大致以老鴉陳斷裂為界，南部大致以尖崗斷裂、中牟斷裂為界，屬于沉積盆地型地熱田。華北大型盆地沉積上層為分布廣、厚度大的淡水相沉積，在結構上呈現砂層與泥質(zhì)巖層交互疊置，以高的砂巖層比值構成富含低鹽度、低溫熱水的半開(kāi)啟系統，成為有開(kāi)采利用價(jià)值的主要熱水儲層。

 

  由于沉積盆地型地熱流體埋藏較深，其水源除少量大氣降水補給外，大部分為古沉積水。地熱資源開(kāi)采所消耗的地熱流體儲存量，大部分為地熱流體靜儲量。因此，隨著(zhù)地熱資源的大量開(kāi)采，地熱流體靜儲量消耗很快，地下水位急劇下降，原自流井均不自流。對地熱資源的進(jìn)一步調查和勘查將對有關(guān)部門(mén)如何制定合理的地熱資源利用規劃，做到服務(wù)最大化和資源的有效保護為一體提供重要的技術(shù)支持和服務(wù)保障。

 

  鄭州市區地熱田地熱流體屬低溫地熱資源，主要用于供暖、供熱、醫療、洗浴、溫室、水產(chǎn)養殖等。鄭州東部地區地下蘊藏有豐富的地熱資源，地熱開(kāi)發(fā)、利用前景是樂(lè )觀(guān)的。通過(guò)對現有的地熱井開(kāi)發(fā)利用，已經(jīng)獲得了一定的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。但是，鄭州市地熱開(kāi)發(fā)起步較晚，而且從未按照《地熱資源地質(zhì)勘查規范（GB11615-89）》系統的進(jìn)行地熱資源勘查，前期所施工的地熱井大多由企業(yè)自主投資，所取得的地熱資料，殘缺不全，缺少地熱資源評價(jià)的巖石孔隙度、巖石密度、滲透性能等有關(guān)主要參數，所計算的地熱資源量相當于推測地熱資源。為得到準確詳實(shí)的資源量數據，地勘單位后續還有許多工作需要做，牢固樹(shù)立“大資源、大環(huán)境、大地質(zhì)”服務(wù)觀(guān)，找準“三個(gè)定位”，為地方經(jīng)濟建設服務(wù)。

 

  現階段，鄭州市區年開(kāi)采地熱水量較小，占年可開(kāi)采熱水量的比例較低。因此，目前開(kāi)采條件下，不會(huì )產(chǎn)生地面沉降問(wèn)題。今后，如長(cháng)期大規模開(kāi)采地熱水，應重視因熱儲壓力下降，導致地面變形和沉降的問(wèn)題。解決地熱開(kāi)采回灌中出現的技術(shù)難題，避免地熱水位下降而引發(fā)地面沉降，應科學(xué)規劃、合理開(kāi)采地熱水，研究解決地熱開(kāi)采回灌中出現的技術(shù)難題，避免地質(zhì)災害的發(fā)生。

 

  3  物探手段，還有發(fā)展空間  鄭州地區地熱勘探已有幾十年的歷史，各種物探方法在此領(lǐng)域發(fā)揮了非常重要的作用。  傳統的物探方法有重力勘探、磁法勘探、直流電阻率測深、人工地震勘探等。這些方法從理論到實(shí)踐均較為成熟，在地熱勘探中發(fā)揮了一定作用。但隨著(zhù)城市建設的發(fā)展，勘探深度的增加，這些方法很難在城區展開(kāi)，所以近幾年我們先后研發(fā)或引進(jìn)多種物探方法。

 

  利用常規的一些物探手段，已經(jīng)成功地為多個(gè)地熱田的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了前期論證工作，熱儲層深度、水量、水溫、預測準確率高。但是隨著(zhù)城市建設的發(fā)展，城市遍布各種電纜及地下管網(wǎng)，建筑林立，加之勘探深度的加深，常規的物探方法很難開(kāi)展，物探方法勘查精度大大降低。

 

  對于近幾年涌現了一些新方法、新技術(shù)，由于對這些方法認識不夠，未能對其在地熱勘探領(lǐng)域有效性加以系統研究，盲目應用，導致物探解釋推斷誤差增大，以至增加了鉆探風(fēng)險，可能造成較大的損失。要對現有的一些地熱勘查方法進(jìn)行認真客觀(guān)地加以總結，對的新方法的應用效果加以評價(jià)，提出綜合物探方法組合、合理的地熱勘查程序建議，使其在實(shí)際勘查工作中起到更好的效果。

 

  4  政策支持，發(fā)展機遇  國家對地熱資源開(kāi)發(fā)的支持與鼓勵、市場(chǎng)的高速發(fā)展及發(fā)育，使地勘單位在這一過(guò)程中可贏(yíng)得進(jìn)一步發(fā)展的機遇。  地熱資源要開(kāi)發(fā)，就必須對地熱資源進(jìn)行勘查，弄清其分布情況。從某種意義上講，這是屬于地勘單位“自己的那份蛋糕”。因此，地勘單位應及時(shí)開(kāi)展地熱勘查方法技術(shù)的研究工作，提高勘查效率。同時(shí)，要像江西地勘局那樣，積極幫助地方政府進(jìn)行地熱資源勘查開(kāi)發(fā)的論證，并爭取對自己有利的政策，把“蛋糕”繼續做大。江西省有關(guān)領(lǐng)導已明確表示，只要該局能在南昌市區范圍內找到地熱資源，后續開(kāi)發(fā)將由該局牽頭組織經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。  在地熱資源的開(kāi)發(fā)中，地勘單位雖沒(méi)有絕對優(yōu)勢，但仍處于較大的優(yōu)勢地位，并在開(kāi)發(fā)上握有絕對的主動(dòng)權。地熱資源的區域分布情況、可開(kāi)采的總量、怎樣才能做到經(jīng)濟合理科學(xué)開(kāi)采等開(kāi)發(fā)必需的資料，只有地勘單位最為清楚。因此，地勘單位在開(kāi)發(fā)地熱資源中占據著(zhù)舉足輕重的角色。地勘完全可以將自己的優(yōu)勢變成資本，在地熱資源開(kāi)發(fā)保護的市場(chǎng)中占有一席之地。

 

  5  產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，搶占先機  北京地勘局其實(shí)已為全國地勘單位作出示范。

 

  自1970年打出第一口地熱井以來(lái)，該局已經(jīng)在北京市查明了10個(gè)大地熱田，面積達2370平方公里，占北京市平原區的37%，開(kāi)鑿出250多眼地熱井，單井日出水量達到了1000立方米，開(kāi)鑿深度最深的超過(guò)了4000米。他們在1999年實(shí)施地熱供暖的示范工程后，又于2005年成功完成了北苑家園地熱供暖示范工程，供暖面積達40.6萬(wàn)平方米，并在這一項目中實(shí)現了對地熱資源的梯級利用。而完成這一中國目前最大的地熱供暖示范工程的，是以該局勘察技術(shù)院為重要股東的北京市天銀地熱開(kāi)發(fā)有限公司。

 

  在北京市確定奧運公園的地熱供暖方式后，北京地勘局勘察技術(shù)院、北京市天銀地熱開(kāi)發(fā)有限公司又成了從勘查到設計、施工任務(wù)的承擔者?？梢哉f(shuō)，因為提前介入，該局已在北京市發(fā)展新能源戰略中占盡了先機，不僅在地熱勘查方面拿下了北京的十大地熱田，切下了“屬于自己的那份蛋糕”，而且加入了地熱開(kāi)發(fā)的行列，將其打造成了該局一個(gè)重要的經(jīng)濟支柱。目前，該局經(jīng)濟總量中有近四成來(lái)自于新能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的貢獻。

 

  6  加大力度，做好保障服務(wù)  地熱能是一種可再生的新型清潔環(huán)保能源，也是一種特殊的礦產(chǎn)資源，利用前景廣闊。開(kāi)發(fā)利用地熱能對構建資源節約型和環(huán)境友好型社會(huì )、保障國家能源安全、改善我國現有的能源結構、促進(jìn)國家節能減排戰略目標的實(shí)現等都具有非常重要的意義。

 

  全面了解鄭州地熱資源情況，掌握詳細地質(zhì)、地熱資料，協(xié)助地方做好地熱能開(kāi)發(fā)利用專(zhuān)項規劃。專(zhuān)項規劃應根據地質(zhì)環(huán)境條件，劃定適宜開(kāi)發(fā)區、較適宜開(kāi)發(fā)區和不適宜開(kāi)發(fā)區；依據水文地質(zhì)條件，圈定適宜不同開(kāi)發(fā)方式(地下水、地埋管)的地段，估算不同適宜區淺層地熱能的可利用量，估算可能的供暖服務(wù)面積．提出合理的開(kāi)發(fā)利用規模。為地熱能資源的可持續利用提供科學(xué)依據。