地熱資源開(kāi)發(fā)與保護的方法

  （一） 資源開(kāi)發(fā)條件

 

  地熱資源的開(kāi)發(fā)受到熱儲層埋藏深度、地熱水溫度、水量、水質(zhì)等的限制，可開(kāi)發(fā)利用的地熱資源被限制在一定的地熱異常區內，根據中國近年來(lái)地熱資源開(kāi)發(fā)的實(shí)際情況及國外的經(jīng)驗，地熱資源開(kāi)發(fā)應符合下述條件：

 

  1.熱儲層埋藏深度

 

  根據中國目前開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟條件的可能性，并考慮遠景發(fā)展的需要，將地熱儲量分為兩類(lèi)：

 

  能利用儲量：指熱儲埋深小于2 000m，便于開(kāi)采，經(jīng)濟效益好，在開(kāi)采期間不會(huì )發(fā)生嚴重的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，符合資源合理開(kāi)發(fā)利用的儲量。

 

  暫難利用儲量：指熱儲埋深大于2 000m，開(kāi)采技術(shù)條件較困難，難以獲得經(jīng)濟效益，暫不宜開(kāi)采利用，而將來(lái)有可能開(kāi)采的儲量。

 

  按上述規定，目前對于地熱資源的開(kāi)發(fā)，主要限于熱儲層埋深在2 000m以淺的深度內，但隨著(zhù)技術(shù)經(jīng)濟的發(fā)展，在一些大型沉積盆地區的地熱資源開(kāi)發(fā)深度已達到2 500m以上，如天津濱海及西安地區。

 

  2.地熱水溫度

 

  我國以中、低溫地熱田為主，開(kāi)發(fā)地熱資源主要用于供暖和醫療洗浴，作為醫療洗浴用水，一般不應低于35℃；作為供暖用水，則不得低于60℃，低于此溫度，開(kāi)發(fā)將是不經(jīng)濟的。對傳導型地熱田來(lái)講，地熱水溫度取決于熱儲蓋層的地溫梯度及熱儲層的埋藏深度，因而規定了地熱異常區或可供開(kāi)發(fā)利用熱異常范圍應符合下述條件：     1）熱儲蓋層的平均地溫梯度不小于3℃/100m，2）1 000m深度以淺獲得的地熱水溫度不低于40℃。

 

  3.地熱水水量

 

  取決于熱儲層的滲透率和成井的單井出水量。規定熱儲層的滲透率不少于0.05μm2，單井出水量不少于300m3/d。

 

  4.地熱水水質(zhì)

 

  對地熱水水質(zhì)要求因用途不同而異，目前大量用于供暖、醫療、洗浴的地熱水，主要是礦化度小于3.0 g/L的低礦化水，少數醫療洗浴用水采用3.0～5.0g/L，高于5.0 g/L以上的地熱水，因其廢水排放有環(huán)境污染問(wèn)題，而很少開(kāi)發(fā)利用或只是少量的間接利用。

 

  （二） 資源開(kāi)發(fā)與保護

 

  開(kāi)發(fā)地熱資源與開(kāi)發(fā)其他固體礦產(chǎn)資源不同，它是通過(guò)鉆探地熱井采取熱儲層中的地熱水來(lái)實(shí)現的，但它又與常溫地下水有常年性的補給來(lái)源不同，在一定意義上是不可再生的自然資源之一，資源的開(kāi)發(fā)與保護應并重。依據地熱資源的特點(diǎn)和我國多數地熱田開(kāi)發(fā)利用的實(shí)踐，為合理開(kāi)發(fā)有效利用地熱資源，一般的作法是：

 

  1) 開(kāi)采深度取決于熱儲層的埋藏深度及當前的開(kāi)采技術(shù)經(jīng)濟水平。構造隆起區受斷裂構造控制的對流型地熱田，深部的地熱水沿斷裂循環(huán)，在適宜的構造部位排出地表，通過(guò)勘查，可在淺部找到來(lái)自深部溫度較高的地熱水，地熱水的開(kāi)發(fā)深度一般都比較淺，如近年來(lái)在海南等沿海地區勘查開(kāi)發(fā)的地熱田，開(kāi)采利用50～80℃的地熱水，開(kāi)采深度一般都在300m以?xún)?。處于沉積盆地主要靠地熱增溫的傳導型地熱田，只有達到相當深度的熱儲層才有實(shí)際開(kāi)采意義，因而地熱水的開(kāi)采深度均比較深，如華北盆地區的大多數地熱田，欲開(kāi)采40℃以上的地熱水，熱水井深度一般須達到1 000m以上。就當前我國地熱水開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟技術(shù)水平而論，開(kāi)采深度超過(guò)2 500m的地熱水已不經(jīng)濟了。

 

  2) 大多數地熱田實(shí)行邊探邊采或滾動(dòng)式勘查開(kāi)發(fā)。由于地熱資源的開(kāi)發(fā)是通過(guò)勘探打井直接取地熱水實(shí)現的，不論是地熱勘探孔還是地熱水源井一經(jīng)打成，就可用于地熱水的開(kāi)發(fā)，因此地熱資源開(kāi)發(fā)并不需要等到勘探工作結束后。中國不少地熱田的勘探經(jīng)驗也證明了這一點(diǎn)，即地熱勘探孔，結合地熱開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要進(jìn)行，勘探結束后，轉入開(kāi)發(fā)利用；一些地熱水開(kāi)采井，結合地質(zhì)勘探進(jìn)行，又為全地熱田的勘查提供信息。兩者相結合，既解決了地熱勘查工作投資大，經(jīng)費不足的問(wèn)題，又解決了開(kāi)發(fā)單位急需利用地熱資源的矛盾，收到了事半功倍的效果。

 

  3) 地熱田開(kāi)發(fā)一開(kāi)始，就需加強動(dòng)態(tài)監測。地熱資源是在特定地質(zhì)條件和一定的地質(zhì)歷史時(shí)期里形成的，其補給來(lái)源受到特定地質(zhì)構造條件的限制，補給量有限，有的基本沒(méi)有補給，在一定意義上講是不可再生的資源，開(kāi)發(fā)一點(diǎn)，就消耗一點(diǎn)，開(kāi)發(fā)得多，消耗得多，這一變化都將在地熱水的動(dòng)態(tài)變化中顯現出來(lái)。中國絕大多數地熱田，隨著(zhù)開(kāi)采量的增加，地熱水水位逐年下降就是很好的例證。系統地取全取準地熱開(kāi)采動(dòng)態(tài)觀(guān)測資料，尤其是開(kāi)采量與相關(guān)的水溫、水位、水質(zhì)動(dòng)態(tài)監測資料，是重新評價(jià)地熱田的可采資源，對地熱田實(shí)行科學(xué)管理的重要手段和依據。動(dòng)態(tài)觀(guān)測在地熱田勘查開(kāi)發(fā)一開(kāi)始就應引起足夠的重視。

 

  4) 地熱回灌是提高地熱資源利用率的必要手段。中國一些地熱田在短短幾年、十幾年的開(kāi)采中，就形成了數十米的水位下降，為減少水位下降不得不嚴格控制其開(kāi)采量。如北京東南城區地熱田，每開(kāi)采150萬(wàn)m3的地熱水，水位平均就下降１m，因而不得不將其年開(kāi)采量控制在400萬(wàn)m3左右。天津塘沽、西安等地熱田，每年也以2～3m的速度下降?？墒?，按其采出的水量進(jìn)行熱量換算，按目前的開(kāi)采水平進(jìn)行限量開(kāi)采，100年內采出的熱量?jì)H僅是熱儲層中儲存熱量的1％～2％，儲存水量的2％～5％，顯然，地熱資源沒(méi)有得到有效的開(kāi)發(fā)，其原因在于熱水資源補給不足，已開(kāi)發(fā)的地熱水資源是靠降低水位，消耗已有的儲存量來(lái)實(shí)現的，增大開(kāi)采量，必然加大地熱水水位的降低。為提高地熱資源的利用率，可通過(guò)對熱儲層進(jìn)行人工回灌來(lái)實(shí)現，法國巴黎盆地地熱資源開(kāi)發(fā)有這方面的經(jīng)驗，中國天津濱海地區也開(kāi)始了這方面的試驗研究。      5) 地熱開(kāi)發(fā)必須同時(shí)重視環(huán)境保護：地熱水開(kāi)發(fā)相應地可引起兩個(gè)環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題：一是隨著(zhù)開(kāi)采量的增大，在開(kāi)采影響區內，引起地下水位下降，進(jìn)而造成地面沉降，尤其是淺部熱儲層為軟弱松散層的地區，因開(kāi)發(fā)地熱水，局部地段已引起了數十厘米的地面沉降，造成了一些危害；二是高礦化度或含有害成分超標的地熱廢水排放，對當地淺層水形成的污染。這是開(kāi)發(fā)地熱水應引起重視的。

 

  （三） 不同類(lèi)型地熱田的資源開(kāi)發(fā)

 

  地熱田類(lèi)型不同，地熱資源的開(kāi)發(fā)也有差別。受斷裂構造控制，熱儲呈帶狀的對流型地熱田，地熱水主要富集在導水斷裂構造及其影響帶附近，近靠斷裂帶的地熱井出水量一般都比較大，且井與井之間的干擾影響也比較大，對對流型小型地熱田來(lái)講，整個(gè)地熱田地熱水的可開(kāi)采量，往往與斷裂富水帶上的幾個(gè)熱水井干擾出水量之和相近；遠離斷裂帶的地熱井出水量則比較小，以致缺乏實(shí)際開(kāi)采意義。因此這類(lèi)地熱田資源的開(kāi)發(fā)，可以集中在導水的斷裂帶附近，并以集中開(kāi)發(fā)最為經(jīng)濟合理。

 

  大型沉積盆地熱儲呈層狀的傳導性地熱田，熱儲層分布面廣，導水性比較均勻，但滲透性比較差。在熱儲層分布范圍內，熱水井出水量差別較小，可實(shí)行均衡開(kāi)采，一般不適宜于群井集中開(kāi)采。集中開(kāi)采，井間水位下降及出水量干擾系數大，取水不經(jīng)濟。

 

  （四）不同溫度地熱田的資源開(kāi)發(fā)

 

  地熱水的溫度不同，利用的范圍和方式也不同，高溫地熱田中的地熱水，因溫度遠遠超過(guò)水的臨界汽化溫度，進(jìn)入地表由于壓力降低，部分熱水被汽化，以具有一定的水熱蒸汽形式出現，溫度愈高，相應的水熱蒸汽量越大，壓力也越大。以中國羊八井高溫地熱田為例，熱水溫度120℃的321井，孔口壓力0.2MPa，汽水混合總量72t/h，其中蒸汽量9.8t/h；熱水溫度為247℃的ZK4001深井，孔口壓力達到1.45MPa，汽水混合總量達302t/h，其中蒸汽量達37.1t/h（表3）。對于這類(lèi)地熱田的開(kāi)發(fā)，主要以利用高溫水熱蒸汽為主，因地熱水具有高溫高壓的特性，勘探開(kāi)發(fā)必須有專(zhuān)門(mén)的設備，開(kāi)采井口必須有嚴密的水熱蒸汽自噴流量的控制設施。

 

  表3西藏羊八井地熱田地熱水溫度、孔口壓力、汽水量比較表90℃以下的低溫地熱水，在正常壓力下不會(huì )被汽化，地熱水開(kāi)發(fā)與常溫地下水的方式類(lèi)似，尤其是開(kāi)發(fā)40℃以下的低溫地熱水。但對于開(kāi)采承壓水位高出地面、溫度在40℃以上的低溫熱水，因其溫度超過(guò)人體溫度，井口仍需有專(zhuān)門(mén)的自噴流量控制設施。