洛陽(yáng)市張莊地熱井地熱資源開(kāi)發(fā)利用與保護

1自然地理

洛陽(yáng)市是聞名中外的九朝古都,市區人口有142.2萬(wàn)人,面積544.00km2,其中平原面積363.40km2,山地面積23.70km2,丘陵面積156.90km2。

張莊地熱井位于河南省洛陽(yáng)市西南高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區,地理坐標東經(jīng)112°21′40″～112°25′00″,北緯34°35′38″～34°37′21″,面積11.2km2。地理位置優(yōu)越,交通方便。

洛陽(yáng)盆地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區,具有春季溫暖、夏季炎熱、秋季涼爽、冬季寒冷四季分明的特點(diǎn)。多年平均降水量601mm,年最大降水量(1964年)1047.8mm,年最小降水量(1965年)355.3mm,降水多集中在6～8月份,占全年降水量的51%左右。多年平均氣溫14.9℃,年日照時(shí)間2227.2h,太陽(yáng)年輻射總量113～125KC/cm2。

水系屬黃河水系,主要河流為洛河,注入黃河,全長(cháng)410.1km。河道寬500～800m,多年平均流量66.8m3/s,洛陽(yáng)橋1958年洪峰流量9800m3/s,枯水季節不斷流。

2地熱水化學(xué)特征

張莊地熱水化學(xué)類(lèi)型為SO4·Cl-Na型,溶解性總固體9.61g/l,總硬度714.57mg/l,PH值7.1。

3地熱井資源儲量

張莊地熱井深度1500m,井口水溫60.2℃,初始壓力水頭高度+28.10m,自流量9.0m3/h,抽水試驗水位降深83.0m時(shí)的涌水量464m3/d,單位涌水量5.59m3/d·m。

張莊地熱井地處張莊地熱異常區,是該地熱異常區內唯一地熱井。地熱異常區面積11.2km2,熱儲層為新近系、古近系砂巖、粘土巖,熱儲平均厚度430m,熱儲溫度58.46～72.17℃,平均溫度66.5℃。地熱異常區地熱資源儲量為108.44MW(3.42×1017J),地熱水資源儲量為34.46MW(1.15×1017J)。地熱流體可采資源儲量計算,采用“最大允許降深法”計算,擬定開(kāi)采年限30年,最大允許降深150m。地熱水可采資源量為1.84×107m3,含熱量為1.18MW(3.73×1015J),屬小型地熱田。

4可采地熱資源評價(jià)

根據計算30年擬采地熱水總量只占地熱異常區地熱水彈性?xún)α康?.5%,所采熱量?jì)H占地熱異常區地熱儲存量的1.09%,二者均是有充分保證的。雖然地熱水30年可開(kāi)采量?jì)H占地熱水儲存量的6.5%,但開(kāi)采末期的壓力降深已近150m。說(shuō)明地熱異常區熱儲層富水性較差,滲透性和導水性不好,如增大開(kāi)采量,勢必會(huì )縮短地熱水資源的開(kāi)采使用年限,造成地熱水資源的快速枯竭,所以為保護地熱資源,應科學(xué)合理的開(kāi)發(fā)利用。

5地熱流體質(zhì)量評價(jià)

張莊地熱井水樣通過(guò)檢驗,并從地熱水開(kāi)發(fā)利用方向、方式的角度出發(fā),按照有關(guān)水質(zhì)標準對地熱水進(jìn)行了各種用途水質(zhì)評價(jià)及有害成份最高允許排放濃度評價(jià)。其結果為,地熱水的利用方向、方式有一定局限性。作為醫療、洗浴用水為復合型醫療礦泉水。其中微量元素氟(F)、鐳(Ra)、溴(Br)、碘(I)、偏硅酸(HSiO3)五項指標達到醫療礦泉水標準,鍶(Sr)、鋰(Li)兩項指標接近醫療礦泉水標準。利用方式為直接利用;作為采暖用水,對供暖管道有一定腐蝕性;作為生活飲用水和飲用天然礦泉水均有多項指標超標,不適宜;作為農田灌溉和漁業(yè)用水有部分指標超標,需作處理后方可利用。尾水排放時(shí),有害成分中氟含量超過(guò)最高允許排放濃度,礦化度也較高,要避免氟和鹽分污染水源和造成土壤鹽漬化。

6地熱水資源的合理開(kāi)發(fā)利用

張莊地熱異常區是洛陽(yáng)首次發(fā)現并基本探明的沉積盆地型地熱資源。通過(guò)初步勘探基本查明了地熱異常區地熱水資源的埋藏分布規律及其質(zhì)與量的分布特征。合理地開(kāi)發(fā)利用這一新能源,將為洛陽(yáng)經(jīng)濟發(fā)展帶來(lái)重大影響。

對張莊地熱異常區有限的地熱(水)資源的開(kāi)發(fā)利用,要本著(zhù)“科學(xué)布井,探采結合;梯級開(kāi)發(fā),綜合利用;保護資源,持續發(fā)展”的原則,提高資源綜合開(kāi)發(fā)利用率,使這一潔凈能源盡快轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢,促進(jìn)當地經(jīng)濟發(fā)展。

6.1 合理開(kāi)發(fā)地熱水資源

張莊地熱異常區熱儲類(lèi)型在廣義上屬沉積盆地型層狀熱儲,但地熱異常與地熱流體的儲集與運移受活動(dòng)性斷裂控制。熱儲層主要由古近系粉砂巖、中-細粒砂巖及少量砂礫巖構成,沉積速度快,搬運距離短,分選性差,泥質(zhì)含量高,從而造成富水性、導水性較弱,面上的分布不均一。從地熱資源計算結果分析,地熱資源和地熱水資源儲量不小,但可采資源量不大,地熱水可采資源量?jì)H占彈性?xún)Υ媪康?.5%,說(shuō)明張莊地熱水資源是有限的,也是極為珍貴的。

從張莊地熱井實(shí)際抽水試驗資料來(lái)看,單位涌水量為5.59m3/d·m,擬定開(kāi)采的單井流量560m3/d也是適宜的。若減小單井流量,勢必增大開(kāi)采相關(guān)費用,增大單井流量,從地熱異常區熱儲富水性、導流性來(lái)分析又是不可行的。日采量1680m3開(kāi)采第20年末的開(kāi)采井最大壓力水頭降深為143.20m,第30年末為148.45m,處于緩慢下降的相對穩定狀態(tài),足以保證地熱水資源的持續長(cháng)期開(kāi)采和開(kāi)采方案的良性運行。如盲目開(kāi)采必將導致熱儲壓力的持續快速下降,甚至資源枯竭。

6.2 合理利用地熱水資源

從水質(zhì)分析結果可以看出,張莊地熱水含鹽量較高,礦化度達9.61g/l,水化學(xué)類(lèi)型為SO4Cl-Na型水,PH值7.1,屬中性水。常量元素以Na、Cl-、SO42-為主,微量元素有F、Ra、Br、I、H2SiO3五項達到醫療熱礦水標準,其中F-達到命名標準,Sr、Li兩項接近有醫療價(jià)值熱礦水含量標準。地熱流體質(zhì)量評價(jià)結果表明,可直接用于醫療、洗浴,并且較高醫療價(jià)值;用于采暖、種植、養殖等方面,有指標不同超標,需要相應處理后才可利用;不宜作為生活飲用水和飲用天然礦泉水利用。

6.2.1 用于醫療、洗浴

張莊地熱水有多項指標達到或接近醫療熱礦水國家標準,具有很強的醫療及保健功能,利用熱礦水洗浴,由于水中的化學(xué)成份、溫度及機械刺激因子對身體神經(jīng)末稍產(chǎn)生刺激,通過(guò)神經(jīng)體液的反射作用,產(chǎn)生對疾病的非特異性治療作用。熱礦水的醫療、洗浴保健功能主要表現在水溫、水的浮力、水的靜壓力作用。水溫為38～43℃時(shí),泡浴10～15分鐘,能增進(jìn)人體全身新陳代謝,使血液循環(huán)加快,血壓降低;水的浮力作用使人體運動(dòng)器官的負荷明顯減輕,四肢舒展,肌肉松馳,水的靜壓力作用有利于調節心臟功能。此外,熱礦水中氟含量較高,可命名為氟礦水。利用氟礦水洗浴,對多種皮炎、銀屑病等有良好的治療作用。熱礦水中所含的溴、鍶、鋰等都是對人體健康有益的元素。

熱礦水用于洗浴對人身有興奮刺激作用,舒經(jīng)活血、改善體質(zhì)、增加抵抗力和預防疾病,對治療多種皮膚病、風(fēng)濕病、腰腿痛、軟組織損傷等均有一定療效。熱礦水中其它一些對人身有害元素和指標含量均不超標,滿(mǎn)足醫療、洗浴用水要求。其利用方式為直接利用,可建療養院、洗浴中心、游泳池等。

6.2.2 用于采暖

張莊地熱水井口水溫超過(guò)60.2℃,可用于冬季室內采暖。但地熱水腐蝕系數為8.32,屬半腐蝕性水,對管道和取暖設施有一定腐蝕性。因此,地熱水用于采暖,應做防腐蝕處理。

6.2.3 地熱干燥

根據我國地熱干燥的實(shí)踐,只要地熱水溫度大于70℃,就可通過(guò)熱交換機產(chǎn)生55℃以上的熱風(fēng),用于農副產(chǎn)品的烘干。如果地熱水溫度在70℃以下,則需和太陽(yáng)能或其他能源互補進(jìn)行干燥。張莊地熱水井口水溫(60.2℃)接近70℃,稍做能源互補就可進(jìn)行干燥。結合當地實(shí)際情況,可用于蔬菜、水果、花卉(牡丹)等脫水,以及家具加工和制革等行業(yè)進(jìn)行干燥。

6.2.4 用于種植、養殖

用來(lái)洗浴、采暖及干燥后排放的尾水溫度多在35～40℃,如不加以梯級利用,將造成這一部分地熱能的白白浪費。洗浴、采暖尾水用于水產(chǎn)養殖,不僅可提高養殖產(chǎn)量、還可用來(lái)養殖熱帶水產(chǎn)品種,提高養殖效益。用于溫室種植,不僅可在冬季用來(lái)種植反季節蔬菜、瓜果、花卉(牡丹)和蘑菇等,還可用于洛陽(yáng)牡丹栽培、人為控制花期。既改善了當地冬季蔬菜副食供應、又發(fā)展了農業(yè)觀(guān)光旅游。地熱(水)資源還可用于雞、鴨、鵝等家禽的孵化。但根據水質(zhì)評價(jià)結果,用于種植,全鹽量、氯化物、鎘、砷超標;用于養殖,氟化物、砷、鎘、銅類(lèi)超標。地熱水不宜直接用于種植和養殖、做相應處理后可利用。

7地熱資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護

地熱資源是人類(lèi)可以利用的較為潔凈的能源之一,它的開(kāi)發(fā)利用在為環(huán)境保護提供有利條件的同時(shí),也會(huì )在某些方面帶來(lái)負面影響。

7.1 高含鹽量問(wèn)題

水質(zhì)分析結果,礦化度高達9.61g/l,主要成份是Na+、CL-、SO42-。地熱水利用后的尾水排放,應妥善處理,否則遺留下的鹽分會(huì )污染水源、土壤,使土壤鹽漬化。所以使用洗浴、采暖排放的尾水進(jìn)行溫室種植栽培時(shí),應將利用后的尾水進(jìn)行回灌處理為宜,避免熱水鹽分對環(huán)境造成污染。

7.2 高氟問(wèn)題

地熱水中氟含量2.2mg/l,超過(guò)醫療熱礦水標準,達到命名標準。用醫療洗浴用水標準衡量,適當高的含氟量,對治療一些疾病并非無(wú)益,但不僅不宜作為飲用水飲用,就是其尾水用于為人類(lèi)提供食品的種植灌溉和水產(chǎn)養殖,也要加以除氟處理,因為高氟是人體氟中毒的根源。尾水的隨意排放也可造成氟污染。

7.3 地面沉降問(wèn)題

根據經(jīng)驗,地熱資源開(kāi)發(fā)引發(fā)的地面沉降問(wèn)題,不單是由地熱流體的開(kāi)采所引起的,較大的熱儲壓力降也可造成地面沉降。張莊地熱異常區熱儲埋藏較深,可采地熱水資源量不大,如科學(xué)布井,合理開(kāi)發(fā),限量開(kāi)采,避免超強度開(kāi)采形成較大的熱儲壓力降低,不會(huì )引發(fā)地面沉降問(wèn)題。

8結論與建議

1) 根據張莊地熱井地熱地質(zhì)條件,計算地熱資源儲量和地熱流體可采資源儲量。地熱資源儲量為108.44MW(3.42×1017J),地熱流體彈性?xún)α?.82×108m3。按最大允許降深150m,開(kāi)采30年計算,地熱流體可采資源量為1.84×107m3,含熱量1.18MW(3.73×1015J)。屬小型地熱田。擬定開(kāi)采的單井流量為560m3/d。

2) 地熱流體質(zhì)量特征為礦化度9.61g/l,總硬度714.57mg/l,PH值7.1屬中性水,水化學(xué)類(lèi)型為SO42-·Cl-—Na+型水。

3) 地熱流體質(zhì)量評價(jià)為微量元素氟、鐳、溴、碘、偏硅酸五項指標達到醫療熱礦水標準,鍶、鋰兩項指標接近有醫療價(jià)值濃度,屬復合型優(yōu)質(zhì)醫療熱礦水;生活飲用水評價(jià)為不宜飲用;農業(yè)灌溉及漁業(yè)用水評價(jià)為不宜直接利用;鍋爐用水評價(jià)為不宜直接作鍋爐用水;氟含量超過(guò)最高允許排放濃度,不可直接排放。

4) 張莊地熱水資源可直接用于醫療、洗浴、干燥;間接用于采暖、種植及養殖等行業(yè)。

5) 張莊地熱水應早日開(kāi)發(fā)利用,服務(wù)于社會(huì ),發(fā)展經(jīng)濟。

6) 張莊地熱水開(kāi)發(fā)利用后的最終尾水排放時(shí),應做相應的除鹽、除氟處理,避免高鹽、高氟造成環(huán)境污染。