臺灣地熱溫泉的開(kāi)發(fā)利用與保護

  我國臺灣省地處環(huán)太平洋地震帶, 位于歐亞大陸板塊與菲律賓板塊相接觸的活動(dòng)帶上, 地質(zhì)歷史時(shí)期火山活動(dòng)與水循環(huán)活躍。臺灣地熱資源豐富, 名列全球第15 位。島內溫泉的開(kāi)發(fā)利用由來(lái)已久, 也較為普遍。筆者根據赴臺學(xué)術(shù)交流與考察成果, 對臺灣地區地熱溫泉的開(kāi)發(fā)利用與保護作一簡(jiǎn)要介紹。

 

  1  地熱溫泉的分布

 

  臺灣地區地熱資源與火山活動(dòng)密切相關(guān), 地下存在明顯的地溫梯度, 大氣降水入滲地下并經(jīng)深循環(huán)加熱而形成地熱溫泉。

 

  臺灣地熱溫泉區總共有98 處之多, 由于大部分溫泉區的溫泉數都不止一個(gè), 所以如果按個(gè)數統計,總數可能在200 個(gè)以上。

 

  臺灣地熱溫泉主要分布在大屯火山群以及中央山脈地區。大屯火山群有13 處溫泉區;中央山脈及其周邊地區有83 處, 其中變質(zhì)巖區共有溫泉70 處,而其周邊的沉積巖溫泉區共計13 處。另外在綠島與龜山島也各有1 處溫泉區。

 

  大屯火山群位于臺灣島北端, 在地質(zhì)構造上自成一體, 其由數十座圓錐形火山體組成, 至今仍殘留一批火山遺跡。大屯火山群地熱區地下熱水溫度在150 ～ 300 ℃之間, 該區熱水以酸性硫酸鹽氯化物為主。該地區的溫泉, 由西南至東北依次為新北投、大磺嘴(雙重溪)、大莊(陽(yáng)明山后山公園)、陽(yáng)明山、竹子湖、小油坑、馬槽、大油坑、三重橋、死磺子坪、工子坪、大埔、金山等13 處, 大部分屬于高溫溫泉及噴氣孔, 形成長(cháng)18 km 、寬約3 km 的一個(gè)狹長(cháng)溫泉帶。大屯火山群與綠島、龜山島(以噴氣孔形式存在)的地熱溫泉均屬于火山巖區, 溫泉區總共有15 處。

 

  中央山脈縱貫臺灣島南北, 全長(cháng)320km, 東西寬80km 。而臺灣本島南北長(cháng)394 km , 東西最大寬度為144km。臺灣中央山脈山巒起伏、高峰連綿, 其以變質(zhì)巖為主, 地下熱水溫度高達150 ～ 230 ℃, 熱水屬于堿性碳酸氫鈉型。該地區共有溫泉區70 處, 溫度一般在66～ 99 ℃之間。溫泉絕大多數分布在山谷低部河床之上, 周?chē)啾桓呱剿h(huán)繞, 形成高山深谷的地形特征, 且大多位于山脈或山脊分水嶺的兩側, 這種分布形態(tài)說(shuō)明溫泉的形成明顯受地形因素的控制。

 

  中央山脈的外圍地區以沉積巖為主, 溫泉區共計13 處, 主要分布在西部麓山帶以及海岸山脈, 其中包括清泉(新竹縣五峰上游)、苗栗縣虎山(上島)溫泉、嘉義縣關(guān)仔嶺、中侖、臺南縣玉井、恒春四重溪以及海岸山脈安通、利吉(臺東附近)等地。該區溫泉的溫度多在30 ～ 65 ℃之間, 只有關(guān)仔嶺較高為84 ℃(一度曾高達91 ℃, 系在1964 年白河大地震后測得)。

 

  2  地熱溫泉的特性

 

  臺灣地熱溫泉的基本特性見(jiàn)表1 , 典型地區溫泉及部分地下熱水的化學(xué)組成見(jiàn)表2 。

 

  由表中監測數據可知, 臺灣火山巖地區的溫泉以酸性硫酸鹽氯化物型熱水為主, 另有一小部分溫泉水系由蒸汽冷凝而成(死磺子坪地區), 其鹽分濃度特別低, 相對而言SO4 離子濃度較高, 那是蒸汽中H2S 氧化的結果, 此種冷凝成的溫泉水仍屬酸性。

 

  還有一種較少見(jiàn)的近中性中低溫泉水(頂北投地區), 其鹽分也偏低, 除了SO4 離子濃度相對較高之外, 還有較多的HCO3 與Ca , 這種溫泉水可能是由地下水滲入CO2 氣體并間接加熱而成。

 

  山巖區溫泉水不同的化學(xué)組成, 其質(zhì)量濃度分別為:

 

  Na 7880mg/L 、K 233mg/L 、Mg 270mg/L、Ca4590mg/L、Cl20 524mg/L 、HCO349mg/L 、SO4800mg/L、B11mg/L、SiO2 49mg/L 及pH 值7.0 , 其主要成分為氯化鈣, 類(lèi)似的溫泉水也在冰島西南岸出現。

 

  與火山巖區溫泉完全不同的是, 變質(zhì)巖區溫泉及地下熱水屬于堿性碳酸氫鈉型, 是水中CO2 或碳酸與圍巖(大部分屬于變質(zhì)泥巖)內的斜長(cháng)石及絹云母作用的結果。至于沉積巖區溫泉, 除了中侖和關(guān)仔嶺溫泉含有較高濃度的碳酸氫鹽與氯化物(可能與原生水及水中有大量CO2 有關(guān))之外, 其他溫泉水多屬濃度不高的同型熱水, 其pH 值也均接近中性。

 

  3  地熱溫泉的開(kāi)發(fā)利用

 

  臺灣對地熱溫泉的開(kāi)發(fā)利用已有相當長(cháng)歷史,早在17 世紀末葉來(lái)自福建的移民即在北投溫泉區利用溫泉水沐浴及醫治皮膚病。1893 年德國人奧利曾在北投開(kāi)設俱樂(lè )部, 成為溫泉旅社的開(kāi)山鼻祖。

 

  兩年后日軍侵臺, 因日本對溫泉利用已有較多經(jīng)驗,故促進(jìn)了北投溫泉的開(kāi)發(fā)。臺灣大規模開(kāi)發(fā)利用溫泉始于20 世紀50 年代初, 至六七十年代達到極盛。

 

  除北投溫泉以外, 臺灣其他歷史悠久的知名溫泉區還包括陽(yáng)明山、礁溪、谷關(guān)、廬山、關(guān)仔嶺、安通、瑞穗、知本等地。

 

  臺灣因溫泉利用的日益繁盛, 逐步認識到地熱資源綜合利用的重要性。地熱勘探調查于1966 年初先期在大屯火山群區展開(kāi), 后于1973 年開(kāi)始在中央山脈地區進(jìn)行。采用地質(zhì)調查、地熱區1m 深地溫測量、電阻率法地球物理探測與鉆井方式進(jìn)行地熱勘探, 由礦業(yè)研究所和中油公司鉆鑿的450m 與1500 ～ 3 000m 勘探井20 余口, 淺井勘探涌水量一般為10 ～ 20t/h , 深井為40 ～ 100 t/h 。

 

  臺灣的地熱溫泉主要用于理療洗浴、冬季供暖與發(fā)電。

 

  臺灣島內地熱溫泉遍布, 而且大多位于山水綺麗的風(fēng)景名勝區, 青山翠谷, 泉水溢成溪流, 沸騰的地熱溫泉自石縫涌出, 磺氣蒸騰, 掀起層層云霧, 別致的溫泉旅社五步一樓、十步一閣, 隱現于巖谷溪澗, 其地熱溫泉已成為重要的旅游資源。

 

  臺灣地熱也有相當的發(fā)電潛能, 大屯火山群地熱發(fā)電潛能在8 萬(wàn)～ 20 萬(wàn)kW 之間, 但該區熱水為強酸性, 存在腐蝕問(wèn)題;另一方面, 其大多處于國家公園內, 由此限制了地熱的大規模開(kāi)發(fā)利用。該地區具有現實(shí)可能性的發(fā)電潛能約為10 萬(wàn)kW① 。

 

  中央山脈地區地熱發(fā)電潛能也在10 萬(wàn)kW 左右, 該處熱水為堿性, 對鋼鐵無(wú)腐蝕性, 但存在碳酸鹽結垢問(wèn)題。而且該地區缺乏良好的儲集層, 因此熱水的蘊藏量相對較為有限。目前臺灣已在中央山脈地區的清水和土場(chǎng)建造了兩座地熱發(fā)電廠(chǎng)。1981年在清水地熱區建立的試驗電廠(chǎng)裝機容量為3000 kW, 同年9 月正式營(yíng)運。發(fā)電初期全地區7 口地熱生產(chǎn)井每小時(shí)供應500t 熱水, 其中約75t 轉變?yōu)檎魵夤┌l(fā)電之用, 當時(shí)每小時(shí)最高發(fā)電量為2100kW。

 

  但至1989 年6 月間, 熱水總產(chǎn)量已降至105 t/h , 其中約26t 轉變?yōu)檎羝? 僅能發(fā)電500 kW 左右。熱水產(chǎn)量日漸萎縮, 原因并非由于水源枯竭, 而是深部熱水溶有大量CO2 , 當熱水上升至井口附近時(shí), 由于壓力下降太多, 導致熱水中CO2 大量逸出, pH 值升高與碳酸鈣的過(guò)飽和, 結果在井口、井壁或生產(chǎn)裂隙內產(chǎn)生碳酸鹽沉淀, 堵塞通路降低產(chǎn)量。另一方面, 清水地區地熱區儲集層的滲透率偏低, 難以生產(chǎn)大量熱水, 故該處電廠(chǎng)因不敷成本而于1995 年前后關(guān)閉。

 

  1986 年2 月臺灣工業(yè)技術(shù)研究院能源與資源研究所在土場(chǎng)地區建造了一座300 kW 的小型地熱電廠(chǎng), 利用熱交換器的二元系統發(fā)電, 至今運轉正常。

 

  鑒于大屯地熱區集中在國家公園內, 而中央山脈地熱區地形起伏大, 鉆井不易、施工困難, 故地熱發(fā)電僅作為本區部分能源補充。由于地熱發(fā)電的綜合效益偏低, 現有條件下僅10 %～ 15 %的熱能轉化為電能, 其余多被廢棄, 遠未物盡其用。

 

  目前臺灣地區地熱溫泉的開(kāi)發(fā)利用, 更多地用于改善人們生活品質(zhì), 作為休閑旅游的重要景觀(guān)與理療資源, 同時(shí)作為房屋與溫室的冬季供暖。1999年臺灣推出“溫泉開(kāi)發(fā)管理方案” , 將溫泉開(kāi)發(fā)作為旅游觀(guān)光產(chǎn)業(yè)的重要組成部分, 而旅游觀(guān)光產(chǎn)業(yè)是21 世紀臺灣最重要的產(chǎn)業(yè)之一。目前每年約400萬(wàn)人次至臺灣地熱溫泉區旅游休憩, 預期未來(lái)每年可達約一千萬(wàn)人次。

 

  4  地熱溫泉的開(kāi)發(fā)保護

 

  由于近年來(lái)臺灣地熱溫泉開(kāi)發(fā)日盛, 開(kāi)發(fā)利用漸呈多元化和無(wú)序化。臺灣盡管溫泉資源豐富、得天獨厚, 但溫泉區缺乏整體規劃、公共設施及道路交通不完善, 而且缺乏統一的專(zhuān)職管理機構, 溫泉區資源與土地所有權的歸屬不清, 沒(méi)有一個(gè)完整的資料庫、溫泉用途狹隘、未考慮溫泉的永續性利用等弊端逐步顯露。

 

  由此有識之士建議推進(jìn)立法, 對地熱溫泉進(jìn)行保護性開(kāi)發(fā)利用, 不以工業(yè)利用為主要目的, 而更多地用于改善人們生活品質(zhì), 作為休閑旅游的重要景觀(guān)與理療資源, 同時(shí)作為房屋與溫室的冬季供暖, 從而顯著(zhù)提高熱能的使用率, 達到善用天然資源的目的。

 

  1999 年推出的“溫泉開(kāi)發(fā)管理方案” , 目的即為改善溫泉區的品質(zhì), 將溫泉的開(kāi)發(fā)利用, 從傳統的沐浴, 逐步引導向休閑游憩與提供理療轉化, 并由此促進(jìn)休閑農業(yè)的發(fā)展。中央山脈地熱區將統籌規劃,建立假日休閑旅游勝地, 以逐步緩解交通便捷地區假日人滿(mǎn)為患的窘境, 同時(shí)促進(jìn)地熱溫泉資源利用與保護的協(xié)調統一。