山西地熱資源開發利用狀況分析

孫 文

(山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001)

1 地熱資源概況

山西具有較豐富地熱能資源。山西地熱資源的形成、類型與分布受本省地質構造，水文地質條件等諸多因素的控制。全省地熱資源形成類型按地熱水資源形成的地質作用和賦存條件，可分為新生代沉積斷陷盆地型和褶皺隆起斷裂型兩種類型的中低溫地熱資源。新生代沉積斷陷盆地型為山西省地下熱水資源的主要類型，山西地質構造的特點是受祁呂賀系前弧東翼的控制又遭到新華夏體系的干擾，在山西中部形成了呈多字型雁行排列的新生代沉積斷陷盆地，自北而南為大同盆地、忻州盆地、太原盆地、臨汾盆地、運城盆地。這些盆地也是新構造活動強烈的地區，盆地中部和邊緣斷裂構造十分發育，絕大部分破壞性地震也集中在這一地區，為著名的地震帶。物探資料表明，有的深大斷裂，直斷至地殼深處，切至莫霍面，如沿斷裂有新生代玄武巖多期噴發亦可證實。臨汾盆地人工地震測探資料也說明汾河斷裂已切至莫霍界面。一系列深大斷裂，形成溝通熱源和熱水活動的通道。盆地上覆巨厚的松散細粒堆積，形成很好的保溫蓋層。大氣降水入滲及地表水滲漏補給，水量較大，地下水的補給，徑流和排泄條件較好。深部的地熱以傳導的方式向地表運動，并將巖石及其充填的孔隙水，裂隙水，經深部熱能加熱而形成地熱水，貯存在松散沉積層的孔隙熱儲層內，或貯存于盆地基底的基巖裂隙巖溶熱儲層內，通過傳導或水熱對流，向地面運動。因此，在盆地邊緣斷裂帶及盆地基底部分隆起部位，形成與分布著30多處地熱導常區，地熱梯度一般為3.5℃/100 m，高者可達7℃/100 m，北起天鎮縣長城腳下，南至臨猗縣黃河岸邊，均有溫泉，地熱井出露，水溫在20℃ ～89℃之間，最高達104℃。褶皺隆起構造類型地熱水資源，主要分布在構造隆起地區，受斷裂構造控制，活動性斷裂發育。大氣降水和河水滲入補給經深循環而形成地熱水，水溫較高，礦化度一般小于1 mg/L。如渾源縣湯頭溫泉區，位于恒山隆起帶東端與唐河斷裂帶復合部，溫泉水溫在60℃以上。盂縣寺平安溫泉區，構造單元屬五臺山隆起帶南端，太行山斷裂隆起中斷西側，與滹沱河谷三組斷裂帶的交匯處，總礦化度0.77～0.89 mg/L。迄今為止，山西還沒有發現近代火山或巖漿活動類型的中、高溫地熱資源。全省調查、勘探、開發利用的地熱能資源僅限于熱水型地熱的熱效益。主要分布在省內中部大同、忻州、太原、臨汾、運城等5大盆地的臨猗、夏縣、襄汾、曲沃、太原、清徐、忻州、定襄、原平、陽高、天鎮、渾源等32個縣市區內。從已發現的上述地熱田中地熱水出露點看，相對集中在運城、臨汾、忻州、大同4大盆地中。全省勘探考察發現水溫在20℃以上的地熱水出露點200多處，其中天然出露的溫泉25個，水溫以20℃ ～40℃的熱水為主，41℃ ～60℃的熱水次之，61℃以上的地熱水點較少。

2 地熱形成的地層條件

山西省地層發育較為齊全。由老至新有:太古界(阜平群、五臺群);元古界(滹沱群);震旦亞界(震旦系);古生界(寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系);中生界(三疊系、侏羅系、白堊系);新生界(第三系、第四系)。缺失志留系、泥盆系及下石炭系、上奧陶系地層。地層展布狀況大致是:以五臺山、恒山、云中山、呂梁山、中條山、太行山出露的前震旦系地層為核心，向外由老到新依次分布有震旦系、寒武系、奧陶系;以云崗、寧武～靜樂、沁水、陜甘寧等構造盆地中央分布的侏羅系、三疊系為中心，向四周依次出露二疊系、石炭系。二者相結合就是山西省地層展布的基本格局。這樣的格局，形成于侏羅紀之后。上第三系和第四系，除厚度不大的分布于全省各地外，巨大厚度的堆積則集中于幾個大的新生界斷陷盆地中。其中奧陶系-寒武系灰巖、白云巖中巖溶發育，是良好的地下冷水和熱水的主要存貯空間，各新生界斷陷盆地上巨厚的覆蓋層構成了形成地熱的熱儲存。

3 地下熱水資源的開發利用

3.1 地下熱水資源開發與利用現狀

地熱資源集熱、礦、水為一體，除可以用于洗浴、醫療保健、休閑療養以外，還可以用于發電、供暖、養殖、農業種養殖、紡織印染、食品加工等方面。此外，地熱資源的開發利用可帶動地熱資源勘察、地熱井施工、地面開發利用工程設計施工、地熱裝備生產、水處理、環境工程及餐飲、旅游度假等發展，可大量增加社會就業，促進經濟發展，提高人民生活質量。因此，世界上有地熱資源的國家均將其作為優先開發的再生能源，培植各具特色的地熱產業，在緩解常規能源供應緊張和改善生態環境等方面發揮了明顯作用。

根據調查資料，山西省地熱區主要分布大同、忻州、太原、陽泉、臨汾、晉城、運城。其中大同市共有地下熱水區3處，分別位于天鎮縣、陽高縣和渾源縣;忻州市有地下熱水區6處，分別位于忻州市城區西北19km奇村、忻州市城區北8km頓村、忻州市城區西北部盧野村、忻州市長征路西逯家莊、定襄縣受錄鄉湯頭村、原平市沿溝鄉大營村;太原市有地熱區3處，分別位于萬柏林區、晉源區和小店區;陽泉市有地熱區1處，位于孟縣;臨汾市有地熱區6處，分別位于古縣、洪洞、堯都區、襄汾、候馬、曲沃;晉城市有地熱區1處，位于沁源縣;運城市共有地熱區4處，分別位于夏縣、新降縣、萬榮縣、臨猗縣。朔州、晉中、長治和呂梁沒有發現可開發利用的地熱資源。山西省地熱井詳細情況見表1。

據史料記載，我國開發利用地熱已有2000多年的悠久歷史，是世界上利用地熱資源較早的國家之一。早在公元前500～600年的東周10時代，孔子的弟子就有記載。我國歷史上對地熱資源的開發利用大多限于對溫泉的直接利用上，且主要用于醫療和洗浴方面。解放以后隨著國家經濟的發展，系統進行了地熱資源勘查與開發，山西省地熱資源的開發和利用也得到較大的發展，主要用來進行地熱供暖(見表3-2)、醫療保健、洗浴和旅游度假、養殖、農業溫室種植和灌溉、工業生產、礦泉水生產等方面。并逐步開發了地熱資源梯級利用技術、地下含水層儲能技術等。隨著山西省旅游業的發展，不少地方利用當地地熱資源及秀麗的山水景色開發以溫泉浴、度假村、娛樂為一體的地熱旅游項目;據統計，用于醫療保健的地熱田在全省已有100多處，遍及全省30多個市、縣;工業生產目前主要用于紡織印染、洗滌、制革、造紙、機械、木材加工、鹽分析取、化學萃取等行業與糧食烘干等，其中溫泉區地下熱水在紡織工業及化工工業方面均獲得較好的利用和效益;利用地熱水生產飲用天然礦泉水有近50處，以利用礦化度0.6 g/L以下、溫度50℃以下的地熱水為主，相繼生產了沙力士、童力寶、威斯可達、迷爾希、保健酷、萬達等多種天然礦泉飲料，暢銷省內外。

3.2 地熱資源開發利用中存在的主要問題

3.2.1 地域分布不均衡

山西省地熱資源主要分布在大同的天鎮、陽高，忻州奇村，臨汾侯馬等地，而且是集中在少數的幾個村落，這些地方地處偏僻、交通不便、經濟較落后，加之這些地方煤炭資源又比較豐富，很大程度上制約了區內地熱資源的開發。地熱能利用前景較差，因此，大量中低溫熱水白白流失。

3.2.2 環境問題

地熱資源利用所帶來的自身的一些環境問題，如過量開發地區引起水位下降和地面沉降，破壞了自然景觀;熱水中一些有害氣體、放射性物質隨同流體進入地面空間，對大氣造成污染;化學成分復雜的地熱水利用后直接排放，也會侵蝕土地、污染水源、破壞生態平衡等。

3.2.3 可持續發展問題

地熱資源是在特定的地質、構造、水文地質條件和水文地球化學環境條件下形成的，由于埋藏深，補給途徑遠，再生能力弱，其資源量是有限的，并非取之不竭。要保持其資源的長期連續穩定開采，做到有計劃合理開發利用，防止盲目無序隨意開采造成資源浪費和環境地質問題的發生，否則就會造成資源的快速枯竭。目前，人們對地熱資源的特點認識不清，將地熱混同于一般的礦產資源或水資源，開發利用水平低，過量開采和浪費現象嚴重，造成地熱資源得不到合理開發和有效保護，不能實現可持續開發利用的目的。

3.2.4 制度法規不健全

(1)管理體制不完善，職責不清，部分地區存在多部門重復管理現象，導致地熱開發管理混亂，無人普查勘探和進行資源評價。

(2)地熱資源利用結構單一。缺乏綜合利用、梯級開發的法規。地熱利用以洗浴為主，不僅浪費了地熱資源，而且降低了地熱資源開發企業的經濟效益。

(3)經濟法規不平衡。利用地熱資源只向國家交納補償費，并非向市場有償購買。而其采暖收費卻執行同燃煤、燃油的統一標準。這樣，使供水、供熱單位有明顯的效益，對效益的追逐導致了開發過熱，易于形成掠奪式開發的趨勢。

3.3 保護性開發和利用地下熱水資源

3.3.1 奇村地下熱水動態分析

選取奇村 Q3、Q67兩熱水井1997—2009年11年的埋深、水溫年平均值資料，作出相應過程線曲線圖進行分析。見圖1、圖2、圖3、圖4。埋深、水溫年內變化特征:埋深、水溫動態變化基本一致，即水溫是隨著埋深的升降而升降。

年際變化特點:從過程線可以看出，水溫、埋深整體呈衰減狀態，1997-2009年Q3熱水井的水溫累計下降4.30℃，埋深累計下降5.40 m，Q67熱水井的水溫累計下降9.80℃，埋深累計下降3.84 m，有時雖有回升，但不能恢復。

整體上看奇村的熱水井的水溫和埋深都在逐年下降，主要與人工開采有關，如果不加限制，任其發展下去，久而久之，不僅是水溫和埋深下降問題，這些熱水井的開采費用將大幅度增加，最后這些熱水井有可能枯竭，尤其可見，我們不要認為地熱資源是取之不盡用之不竭的，只看到眼前利益而大幅度開采，應采取措施對地熱資源進行限制性、保護性開采。

3.3.2 限制和保護性開發地下熱水資源是特有的地理環境決定

山西省屬我國中西部地區的內陸省份，遠離海洋，且有太行山屏障，形成了典型的大陸性季風氣候特征，“十年九旱”，全省水資源嚴重缺乏，大部分地區工、農業生產和生活主要靠地下水資源，植被嚴重不良，不管是水資源還是植被，一旦曹到破壞就不能恢復。而地熱資源如果過量開發就會帶來的自身的一些環境問題:水位下降、地面沉降、破壞自然景觀;熱水中一些有害氣體、放射性物質隨同流體進入地面空間，對大氣造成污染;化學成分復雜的地熱水利用后直接排放，也會侵蝕土地、污染水源、破壞生態平衡等。另外，地熱資源是在特定的地質、構造、水文地質條件和水文地球化學環境條件下形成的，由于埋藏深，補給途徑遠，再生能力弱，其資源量是有限的，并非取之不竭，只有做到有計劃保護性合理開發利用，才能防止盲目、無序、隨意開采造成資源浪費和環境地質問題的發生，防止地熱資源的快速枯竭。

圖1 奇村Q3年平均水溫曲線圖

圖2 奇村Q3年平均埋深曲線圖

圖3 奇村Q67水溫年平均曲線圖

圖4 奇村Q67年平均埋深曲線圖

4 結論與建議

4.1 結論

(1)山西地熱資源的分布特點是:南部地區多于中、北部地區、盆地平川區多于山區，人工揭露的多于天然出露的，中低溫的多于高溫的。從熱水的礦化度、硬度、pH值、所含離子、氣體的成份等水化學成份指標看，符合一般地下熱水水化學規律。從地貌特征上看，全省地下熱水分布，絕大多數熱水點集中分布在盆地和黃土臺垣區，以中、低熱水為主。基巖山區地下熱水點較少，但山區熱水點水溫卻較高，均在54℃以上。從大同、忻州、太原、臨汾和運城五大盆地中地熱田和地下熱水點的分布來看，有多、少、多的規律，即地熱田和地熱水點相對地更集中于忻州、臨汾和運城三大盆地中。從與斷裂構造的關系上看，全省地下熱水出露處幾乎都有不同規模的斷裂構造存在。

(2)地下熱水的動態特征主要體現在三個方面:水位、水溫和開采量的變化。地下熱水和周圍低溫地下水的過量開采，是導致地下熱水動態變化的直接原因。

(3)隨著山西省經濟的發展，地下熱水的利用進入了一個新的時期，地熱資源勘查與開發也同步進行，而且應用范圍日益廣泛，利用主要是:取暖、洗浴、療養、水產養殖等方面，其中洗浴在地下熱水利用中占主導地位。

4.2 建議

(1)對已開采的地下熱水井的水溫、水質、水位、開采量、流量進行長期監測，為下一步合理開發利用和科學管理地熱資源提供科學依據。

(2)加強地熱資源勘查評價:地熱資源開發的風險比較大，要降低地熱資源開發的風險和成本，就必須加強地熱資源的勘查評價工作，現在劃分的地熱田都是區域性的，要設計施工某一個地熱井，在點上要多做物探工作。

(3)依靠科技進步和創新、推進地熱產業的發展。①加強梯級利用綜合開發。②合理布局、限量開采。③加強省內外地熱勘查與開發利用科技交流。

(4)加強人們對地熱資源的綜合利用價值和產業化開發利用意義的認識，實現地下熱水的可持續開發利用，加強環境保護，力爭在地下熱水的開發利用中無環境污染。

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