黄河下游平原区地热资源开发利用对策

我国地热资源开发展望

人类利用地热资源的历史悠久，早期主要是利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖等。人类真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用始于20世纪中叶。

很长一段时间以来，中国利用地热仅限于泡温泉澡，没把它作为能源来利用。20世纪70年代，在科学家李四光的号召下，中国利用地热发电曾取得了成功，但是以后没有持续下去，在过去二三十年里地热开发几乎陷入停滞状态。

从广义上说，地热资源是指贮存在地球内部的可再生热能，它是一种宝贵的综合性矿产资源，可供发电、采暖等利用，还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源，同时还是医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水水源。

2013年年初，我国多个部门印发的《关于促进地热能开发利用的指导意见》提出，积极开发利用地热能，对缓解中国能源资源压力、实现非化石能源目标、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要的现实意义和长远战略意义。2013年9月国务院专门颁布了大气污染防治实施计划，其中把地热能开发利用放在了太阳能、风能等之前，反映了国家对可再生能源利用的重大战略方向。

我国地热资源储量丰富、分布广泛。据不完全统计，仅我国12个主要沉积盆地地热资源储量折合标准煤就高达8532亿吨，可采资源量折合标准煤2560亿吨。我国大陆3000～10000米深处干热岩资源储量折合标准煤高达860万亿吨，相当于目前全国年度能源消耗总量的26万倍。中国地热资源储量巨大，但开发利用不够，目前在国家能源结构中所占份额很小。

据测算，到2020年，我国利用“浅层地温能”的建筑物面积将达到24.8亿平方米，相当于8680万吨标准煤，占届时全国能源消耗总量（45亿吨标准煤）的1.9%，每年可减排二氧化碳2.27亿吨。

黄河下游平原区地热资源开发面临的困境

黄河下游冲积扇平原（这里主要指河南省部分）地热资源勘查和开发还处于起步阶段，存在着一些观念和管理上的问题。

黄河是我国西北、华北地区的主要水源。黄河水资源对缓解华北地区水资源短缺、促进区域社会可持续发展具有重要的作用。在长期的黄河治理、开发的实践中，水文地质学科未得到应有的重视。因此，一方面水文地质工作者需要转变思路，提出的勘察成果一定要有很强的实用性和可操作性。另一方面，也要看到黄河下游地下热水资源开发所引起的水环境问题，如地面沉降、水质恶化、地下水位持续下降、水资源枯竭、土地沙化、湿地萎缩等。当前，水文地质工作者要探索减少或避免这些问题发生的办法，从根本上改变人们对水文地质学科的偏见。

黄河是多泥沙河流，作为供水水源处理时，工艺复杂，费用较高。由于黄河上游地区工矿业、农业和生活污水的排入，黄河干支流水质已遭到污染，这更加剧了流域内水资源供求的紧张局面，势必造成对沿黄地下水的开采。黄河下游不但赋存有浅层孔隙淡水，而且蕴藏有比较丰富的地热资源。浅层地下水资源主要由黄河水渗透补给形成，并且补给非常迅速，属激发补给。经过多年研究，已初步探明了这部分浅层地下水资源的分布规律。但是，目前对黄河下游冲积扇平原的地热资源研究程度还较低。因此，加强对该地区地下热水循环演化机理研究，对合理开发黄河地下热水资源有着重要的现实意义和经济意义。

综观几十年来黄河下游冲积扇平原区的水文地质勘察工作，虽然在地热水文地质勘察方面取得了一定的成绩，但是受黄河独特性质的影响还存在很多难题。建议在今后的黄河水资源开发中，应把地热水文地质勘察纳入黄河综合治理规划，采用新技术、新理论、新方法，全面开展黄河下游地热水文地质勘察，圈定具有供水意义的地热田，进行供水水文地质勘探和开发利用研究，提高沿黄城市供水的安全性，改善人民生活条件，为沿黄城市提供新的洁净能源。

黄河下游平原区的地热地质条件

黄河下游平原区属中朝准地台的南部，二级分区则为华北台坳的中南部，西为山西台隆、华熊台缘坳陷、嵩箕台隆；东南为鲁西中台隆。坳陷区地表广为新生界覆盖，仅大边缘地带有基岩零星出露。研究资料表明，燕山运动早期及其以前，华北坳陷与相邻构造单元为统一整体，地质构造特征基本相似。燕山运动以后，西部隆升，该地区下沉，形成坳陷。坳陷内燕山运动晚期—喜马拉雅运动早期，由于基底构造及断裂活动影响，产生不均衡下沉，形成一系列次级断（坳）陷盆地和断块隆起。以新乡-商丘深断裂为界，以北在太行山坳陷和隆起均为北北东向，且相间分布，包括汤阴断陷、内黄隆起、东明断陷、临清坳陷、济阳坳陷、埕宁隆起等。新商断裂以南地区，由于近东西向基底构造线方向和断裂影响，坳陷和隆起多呈东西向或北西向展布，包括济源-开封坳陷、通许隆起、周口坳陷等。古近纪以后，该区域继续大幅度下沉接受沉积，堆积了厚度为500～1 000米的新近系、第四系松散堆积物。

黄河下游平原区依据含水层的埋藏深度和开采条件可分为浅层地下水、中深层地下水、深层地热水和超深层地热水。

浅层地下水指埋藏于地表80米深度内的潜水，分布在黄淮海冲积平原区。中深层地下水指埋藏在80～350米深度的承压含水层（组），是当地工业及生活用水的主要开采水源。深层地热水指埋藏深度在300～800米之间的地下水，此层水中锶和偏硅酸含量较高，多为锶、偏硅酸复合型饮用天然矿泉水，是地热水的主要开采层。超深层地热水埋藏深度为800～1500米，水中偏硅酸和锶的含量较高，为珍贵的地热矿泉水资源。

黄河下游沉降盆地新近系、古近系热储层分布面积约为8.5万平方公里。新近系孔隙热储层的热水总量为205806亿立方米、每天可采资源量约为106.4万立方米。古近系裂隙孔隙热储层的热水总量68314亿立方米、每天可采资源量约为18.2万立方米。

黄河下游平原区地热资源成因类型

依据地热田所处的大地构造环境和地温场成因机制，一般地热田成因可分为沉降盆地传导型和隆起山地断裂构造对流型两种基本类型。另外，在隆起山地向沉降盆地的过渡地带存在受沉积盆地和断裂构造双重作用控制的对流-传导混合型。黄河下游地区地热田属于沉降盆地传导型，热储介质主要为新近系、古近系松散砂岩和寒武-奥陶系碳酸盐岩，具有多层及面状分布的特点。

一般地下热水温度达到100摄氏度，埋深需超过2500 米。如开27孔井，在3603米时获105摄氏度的热水，豫深1号井在3500米时获113.3摄氏度的热水。热储层具有层状和带状之分，垂向上按其结构组合，可分为单一热储结构、双层热储结构和多层热储结构三种组合类型。黄河下游沉降盆地一般由多个热储层相互叠加而成。

黄河下游地热资源勘查开发存在的问题

自20世纪50年代以来，在黄河下游平原区先后有地质、煤炭、地震、石油等部门开展了地热资源勘查工作，基本查明在郑州、开封、漯河、周口、濮阳、新乡、商丘、鹤壁等地广泛分布着低温地热资源。目前最深的地热井为3000米左右，位于鹤壁市新区，其温度达73摄氏度，水中含有大量的二氧化碳和硫化氢气体。近期鹤壁市政府拟建造5眼2800～3200米地热井进行集中供热和化工原料的生产，现已完成3眼井的施工。20世纪90年代初，河南省地质工程公司在开封县建设了1750米地热井，水温为70摄氏度左右。其余大多数地热井深度在1200米左右，水温在42～58摄氏度，如郑州市地热井有180余眼，开发深度小于1500米。初步查明，黄河冲积扇平原区热储层地热水储存量约7.6万亿立方米。另外，该区域的地热水水质多数达到了锶和偏硅酸天然饮用矿泉水标准。总体上说，黄河冲积扇平原区地热地质工作研究程度还较低。

（1）地热资源勘查研究程度低、开发深度浅。目前，地热开发工程施工单位技术参差不齐，能够真正承担或具备地热井施工的单位较少。由于管理上比较混乱，造成不管有没有实力或设备，只要与钻井业务有关的单位或个体几乎都可以从事这方面的工程。这样，造成一部分地热井在使用两三年即出现井管腐蚀破裂、出浑水、水量减小、水温降低等问题。

现有的地热井深度主要在1000～1500米，水温也仅仅在40～58摄氏度之间。但是，据该区域的地热资料，有些地区的地热温度可达80摄氏度。

（2）没有明确的发展规划与目标，开发利用单一。黄河冲积扇平原区地热井的建设单位主要是政府、宾馆、企事业单位和房地产商等，主要用于职工福利、温泉洗浴、饮用和提高房地产的附属卖点。目前，政府没有实行统一的规划和管理，没有一个明确的思路和目标，所以，出现了地热资源开发与发展不均衡现象。主要表现在局部地区过于集中钻井开采同一地层的地热水，形成水位急剧下降；而大部分地区虽具备良好的地热资源却没得到很好的开发和利用，没有形成一定规模和有效的开发。

（3）地热资源勘查与开发管理无序。黄河冲积扇平原区没有进行过系统的地热地质勘察研究，开采管理比较混乱，出现了乱开采、乱审批、乱收费等现象，从而导致个别地区地下水位急剧下降和污染问题。在目前地下水资源承载力十分脆弱、存在饮用水安全问题的情况下，政府应采取科学的措施来解决，对于没经过科学调研和充分论证的地热开采井必须强行封井，并不再审批建井许可。若不加强管理而无序开采地下资源将会导致一系列的地质环境问题。因此，在地热资源开发利用方面，急需形成一个统一管理、统一规划、统一论证的模式和权威性的业务管理工作与决策机构。

黄河下游地热资源的开发保护策略

黄河冲积扇区地热资源勘查与开发研究程度低，正确处理地热资源的开发与生态、环境与经济之间的关系，不能靠单一的行政指令封停或滥采，应促使地热资源开发可持续发展。

（1）建立地热资源开发统一管理体系。首先，应加强地下水资源或地热资源行政主管部门的业务能力的学习和培训，只有自身具有较强的专业技术知识或业务能力，才能行使好职能部门的权力或为政府提供科学的决策依据。其次，加强统一管理和规划，在所有地下水或地热资源开发利用前，做好前期论证和审批工作。最后，还要加强监督管理和市场规范工作，完善地热资源开发管理法规。

（2）合理开发地热资源，正确处理地热资源开发引起的环境问题。热水资源无序地“乱批、乱采、乱用”，会导致许多严重问题，如资源的浪费、地下水位下降、地面不均匀沉降、地裂缝、建筑物开裂或倾斜、地下水污染等。在地热资源勘查与开发工作中，应树立起“地下水资源的可持续发展观”，科学合理处理“生态、环境、经济发展”关系，必须制定地热资源开发利用的统筹规划。

地热资源作为一种地下新型的能源，无论是在环保方面、成本方面还是水质与水资源安全方面，其他的能源都无可比拟。地热水不仅可用作环保型的热能源供暖、温泉洗浴、种植与养殖，而且其水质（饮用矿泉水）与地表水相比，具有巨大的优越性。采用地热资源供热供水，使得无锅炉供热的洗浴、房产等行业相继出现。合理利用地热资源可保护生态环境、减少碳排放，如采用锅炉供热，每万平方米面积取暖产生二氧化硫气体4.26吨，烟尘7.11吨，垃圾413.8吨。如果采用地热供暖，不仅避免环境污染，而且还省去燃煤费用、机械费用、人工投入，可大大降低供暖成本。北京市一套燃气锅炉的运行成本是每年40元/平方米，而地热供暖的成本是每年20元/平方米。

对于靠黄河为主要饮用水水源的郑州、开封等城市，在黄河水出现污染或供水量不足的情况下，开发好地下深层热水作为饮用水水源或供暖尤为重要。

（3）加强地热资源勘查与开发利用技术研究。在地热资源或地下水资源开发的同时进行勘查与开发利用新技术研究，进行“开采与回灌”联合调度运行模式，即开采地下热水资源的同时，同步实施地下水回灌，可有效防止地面沉降等环境问题发生。回灌水可根据不同情况，利用自来水公司的地表水或污水处理厂经过处理并符合排放标准的水。另外，在开采地热资源时，要根据不同用途和现有井的数量，分不同层次和深度开采，避免在同一深度大量开采。

加大地热钻探设备投入和技术创新工作，目前地热井专业施工设备主要是利用2000米以下的钻井设备，并且都是正循环泥浆钻进。无论在设备性能方面还是成井工艺方面都存在着一些问题，如钻井深度能力差、效率低、成本高、地层污染严重。由于成井材料和工艺问题，导致地热井正常的使用寿命低，主要表现在短期内出现水量减小、涌沙或出混水，且产生管道腐蚀破裂等。因此，今后应该继续加大地热钻探设备的投入和技术创新工作。

（4）建立地热田的评价和管理数学模型，并制定地热资源开发利用总体规划。根据黄河冲积扇区地热地质条件，对地温场、热储、地热流体、回灌试验等进行研究，确定地热田的温度、热储条件、储量、流体性质和水化学类型，并建立相关的数学模型。

由于地热流体中通常含有二氧化碳、硫化氢等气体，特别是在高温地热流体中这些气体的浓度更大，因此废地热流体的直接排放会造成热污染和流体中有害组分的超标排放。若这些气体处理不当，则会对大气和环境造成污染。在新生界松散沉积层及半成岩热储层中开采地热流体还可能产生地面沉降等。这些问题的出现都会对环境造成一定的影响或破坏，因此在地热资源开发利用时，必须进行环境影响评价。

另外，还应建立动态观测网，严格进行地热系统水质和水位的动态观测工作，做好水量和水质变化的预测工作，防止地下水水质恶化和水量超采。在开采地热资源的同时，应就水量和水质变化规律、水井布局和井深的合理性等课题继续进行研究。还应进一步加强黄河下游地热水文地球化学作用和地热水循环演化形成条件的研究，以及地热水合理开发利用技术的研究。