雄安新區：構建“零碳智慧”能源示范區設想

周錦明

[摘要]設立雄安新區是千年大計、國家大事。要貫徹落實習近平總書記的指示精神，全面創新能源系統和體制機制，基于京津冀及周邊區域豐富的地熱、天然氣等清潔能源資源，創新理念和技術，以先地下后地面的4D四維空間模式進行城市總體規劃和能源規劃，結合地震技術和大數據、互聯網等先進技術，為科學規劃雄安智慧城市、構建“零碳智慧”現代能源體系示范區、保證千年城市安全發展提供支撐。

[關鍵詞]雄安新區 能源規劃 “零碳智慧”城市 地熱資源 合理利用

[中圖分類號] F264[文獻標識碼）A[文章編號]1004-6623（2017）05-0018-06

城市規劃必須堅持先地下后地面的理念，地質地震勘察必須先行，建立雄安新區四維空間地質結構大數據，為雄安新區城市規劃及安全建設提供科學依據。雄安新區應充分利用當地及周邊地熱等清潔資源，但要科學規劃合理利用，先要搞清地下地質結構及地熱可采資源量和廢棄天然氣田儲氣能力，實現熱氣電多能互補科學規劃，構建“零碳”智慧生態安全現代化智慧城市。

一、先地下后地面建立

4D四維空間的城市規劃和能源規劃

“城市規劃”是以前瞻性、科學論證、專家決策為前提，研究城市的未來發展、空間布局的合理性和綜合安排城市各項丁程建設的科學部署，是城市建設和管理的重要依據。應先地下規劃，后在地下規劃的基礎上進行地面規劃，把地下數據信息完整地留給子孫后代，把雄安新區建成世界上獨一無二的地下地面一體化、可透視的“零碳”數字智慧城市。

從全球城市建設歷史看，城市規劃基本上更重視地面規劃，而輕視地下規劃。目前沒有一座城市擁有一套完整的地下數據庫。城市數字化雖然逐步成為現實，但是仍停留在地面層次，且還處于初級階段，這是由于受當時技術條件和規劃理念的限制，即使有些城市有一些重磁電的地質普查和少量鉆孔的地質數據，但低分辨率的重磁電數據遠不能滿足城市精細規劃的要求，可以說地下數字化基本上處于空白。我們對賴以生存的地球了解得太少，遠不如對太空了解得多。我們可以看到遙遠的星球，可是我們看不見生存城市的地下是什么樣的地質結構，譬如城市地質結構有多少斷裂、多少地下河道、多少資源（地熱、天然氣等）可以利用。如果雄安新區一旦建成，地下地質地震數據就難以采集，必然留下數據缺口和千年遺憾。從目前的城市規劃來看，地下地面統籌規劃的理念沒有引起重視及對在城市建設之前開展地下地質精查丁作的重要性認識有待提高。因此，未來雄安新區規劃不能只停留在地面規劃，有關部門在城市規劃建設中要在規劃之前先進行城市三維地震數據采集和成像處理，建立未來城市地下信息數字庫。

雄安新區地下可視化、透明化，洞悉城市地下地層地質詳細情況，三維地震數據采集是排頭兵，可查清地下三維地質結構和資源情況。多年來在華北地區地球物理和地質勘探研究結果表明，整個華北地區包括任丘、雄安東部、北京東南部等地區地下斷裂發育，城市建設一定要避開地下這些大斷裂系統。雄安新區處于霸縣凹陷和廊固凹陷之間的牛佗鎮凸起，凸起兩側斷裂發育，目前牛佗鎮凸起地下空間數據仍有超過2/3區域處于空白，亟需進行三維地震采集數據，建立高分辨率地下信息數據庫（淺層斷層分辨率達到l米以內），為千年大計、雄安新區城市安全建設規劃提供科學依據。利用三維地震數據和潛能恒信特色的透視地球專業技術——WEFOX新一代地震成像技術，可建立雄安新區（四層三維立體空間+一維時間）四維地質結構大數據。

四維空間是指隨時間的推移，連續不斷地采集、更新地下數據及地面數據，從而建立起雄安新區不同時間（時間軸上）的城市地面三維空間和地下三維地質結構大數據，為地下資源綜合利用和城市安全建設規劃及監控提供科學依據和有效支撐。

第一層，地面空間建設規劃。地面建設規劃必須尊重地球地質規律，把握地球運動規律、利用地下地質規律。因此地面規劃應先地下規劃，進行地下地質詳查，地震先行，將雄安新區地下地質信息數字化，以滿足地表水文、環境地質詳查和自然地質災害調查與監測的需要。

第二層，地下管道設施（管廊）建設，需要近地表地震地質數據。

第三層，第四系地下水資源利用，需要淺層地震地質水文數據。

第四層，地下能源與礦產資源調查（地熱田和天然氣田），需要地震地質數據。通過人丁地震透視雄安新區地下地質結構，為城市規劃建設提供依據。

已有地質勘探研究成果顯示，從南北向（從任丘經過雄安新區東部到北京東南郊方向）采集的地震剖面，展示了雄安新區周邊地下地質結構一牛坨鎮凸起和牛坨鎮大斷裂與雄安新區的關系，并充分透視了地下地熱資源從中低溫到高溫地熱分布地質變化規律。從東西向透視地下圖像展示可以看出，雄安新區地下牛坨鎮凸起起伏變化的復雜古基巖地貌控制地熱資源發育程度，以及淺層地下河道橫向交錯變化的地質特征。

京津冀地區在漫長的地質演化過程中，形成地熱田與天然氣田并存共生。賦存了豐富的中低溫地熱資源和建設天然氣庫資源。從地震地質剖面看，雄安新區地熱資源具有埋藏淺、溫度高、儲層好、儲量大、水質優、易回灌的優勢。開發利用地熱資源，取熱之后地下水可l00%回灌，取熱不取水，實現地熱資源注采平衡一體化再循環利用，結合分布式天然氣能源站多聯供系統，達到綠色、環保、安全可持續的能源規劃目標。然而要達到經濟性、低成本、高效利用地熱資源，必須尋找優質、高溫、高產地熱井，因此需要地震先行、透視地球，需要高精度的中深層地震地質數據，摸清雄安新區地下高產高溫地熱資源和天然氣資源的地質分布規律。這些可借鑒潛能恒信先進WEFOX成像技術在尋找優質儲層勘探方面的經驗，為尋找優質地熱資源助一臂之力，將地下地質結構和資源高精度可視化，最終實現地熱氣電多能互補，構建“零碳”綠色安全智慧現代化城市。

二、雄安新區及周邊地區具有十分豐富的地熱和天然氣資源

要實現雄安新區建成“零碳”清潔生態安全現代化智慧城市目標，仍面臨許多挑戰。目前，雄安新區環保形勢十分嚴峻，PM2.5居全國第五，空氣污染嚴重，白洋淀水體嚴重的富營養化，淀邊水體總氮水平已遠超地表水環境質量v類標準限值（2.Omg/L），因此清潔能源替代傳統的煤炭利用迫在眉睫。endprint

1.雄安新區地熱、天然氣資源豐富

京津冀區域每年可開發利用的地熱資源量折合標煤3.43億噸，相當于京津冀2014年燃煤消耗總量的94%，每年可減排二氧化碳8.18億噸。雄安新區地熱田面積320km2，地熱水總資源量821.78億m3，。雄縣境內天然氣地質儲量達10億m3以上，油井1200余眼，年產原油70萬噸、天然氣1800萬m3；。雄安新區得天獨厚的地熱和天然資源條件可很好地解決京津冀地區環境污染問題，基本滿足低碳綠色發展需要。

2.雄安新區地熱田形成條件優越

華北地區地質地震勘探研究結果表明，雄安新區在地質構造上屬于渤海灣盆地冀中坳陷的中西部，中心地帶位于容城凸起、牛駝鎮凸起和高陽低凸起，處于霸縣凹陷和廊固凹陷等三級構造帶的交匯地帶。三大凸起基巖層導熱率高，直接與地球深部恒溫高溫熱源接觸，為其上覆地層提供了很好的熱能供給，特別是三大凸起基巖層的碳酸鹽巖層發育大量的裂縫、溶洞及孔隙，形成了很好的熱儲空間。

3.雄安新區及周邊地熱田分布廣泛

在漫長的地質演化過程中，雄安新區及周邊區域形成豐富的中低溫地熱資源，除鄰近太行山隆起區地溫梯度偏低外，該地區地溫梯度普遍大于2.5℃/lOOm，最高可達9-11℃/lOOm。目前已發現的地熱田有雄縣牛駝鎮凸起、容城凸起、高陽低凸起、雁翎（白莊子潛山）、大城凸起、玉蘭莊、大興凸起等地的十多個地熱田。這些地熱田以碳酸鹽巖裂縫洞隙型熱儲為主要熱水儲集場所，另外上第三系砂、礫巖孔隙型熱水儲集場所也廣泛分布。

該地區地下具有五大含水系統：地下水系第四系含水系統（12-25℃）；地熱水系上第三系含水系統（40-50℃）；下第三系含水系統（45-78℃）；高潛山含水系統（50-89℃）；低潛山含水系統（100℃以上）。其中雄安地熱資源屬高潛山地熱類型，具有埋藏淺、溫度高、儲量大、水質優、易回灌的基本特征，尤其是牛駝鎮凸起和容城凸起地熱層的埋深均在lOOOm左右，而溫度可達89℃左右，甚至更高。

初步研究結果表明，牛駝鎮凸起基巖熱田、容城凸起基巖熱田、雁翎（白莊子潛山）基巖熱儲、高陽基巖熱儲和上第三系砂、礫巖孔隙性地熱資源均具有現實可動用的經濟價值。

1.牛駝鎮凸起基巖熱田。凸起面積395k㎡，經濟型（埋深700-2000m）的395k㎡，亞經濟型（埋深2000-3000m）的639k㎡。熱儲（元古界的薊縣系和長城系的碳酸鹽巖）溫度經濟型的60-95℃、亞經濟型的95-115℃。地熱資源量（10¹⁸J）經濟型的46.71、亞經濟型92.41，合計139.12。地熱水資源量（10⁸m3）經濟型的160.69、亞經濟型的240.8，合計401.49。若按目前技術經濟條件估算，該地區經濟型和亞經濟型的底限埋深還可加深500-lOOOm，其地熱和熱水的資源量遠大于目前的測算量。并且，巖石中的熱能具有可再生性，經科學規劃和合理開發利用，該地區的地熱資源將成為雄安新區重要的礦產資源之一。

2.容城凸起基巖熱田。經濟型面積24lk㎡、亞經濟型面積254k㎡。熱儲（碳酸鹽巖）溫度經濟型的60℃上下、亞經濟型的95℃上下。地熱資源量（10¹⁸J）經濟型的21.07、亞經濟型的35.0，合計56.07。地熱水資源量（10⁸m3）經濟型的95.65、亞經濟型的90.77，合計186.42。另外，在容城凸起的東西兩側還有大王鎮潛山和黑龍村潛山等地熱田，也有一些地熱井目前已經開發利用。

3.雁翎（白莊子潛山）基巖熱儲。雁翎（白莊子潛山）面積約130k㎡，潛山最高點深2700m，圈閉線深度4000米。潛山地層為中上元古界，潛山熱儲層為薊縣系霧迷山組碳酸鹽巖，在潛山最高部位為油藏（雁翎古潛山油藏）。地熱資源構造面積經濟型的8.3k㎡、亞經濟型的114.5k㎡。熱儲溫度經濟型的118-125℃，亞經濟型的124-130℃。地熱資源量（10¹⁸J）經濟型的0.11，亞經濟型的15.34，合計15.45。地熱水資源量（10⁸m3）經濟型的0.21，亞經濟型的34.06，合計34.27。

4.高陽基巖熱儲。高陽潛山面積約1700k㎡，潛山最高點深2800m，圈閉線深度4000m。潛山熱儲層為中元古界霧迷山組，薊縣系碳酸鹽巖地熱資源量計算所取深度為3500m。其資源量為亞經濟型，構造面積746.4k㎡，平均溫度135.7℃，地熱資源量（10¹⁸J） 25.7，地熱水資源量（10⁸m3） 50.2。該地熱田中有個別井已開發利用，如高4井利用石油探井改造為地熱井，主要用于羊毛洗滌與種植、養殖農業生產活動。高陽潛山熱田溫度多在120℃以上，待解決高溫采水泵工具并完善高溫采水工藝后，可規模化開發利用，是未來很有潛力的地熱發電資源。

5.新區上第三系砂、礫巖孔隙性地熱資源。①新區東及南部上第三系地熱資源。霸州南部及文安斜坡的地熱田面積259lk㎡，上第三系地熱資源量66.08（10¹⁸J），地熱水資源量1986.0（10⁸m3）。平均每平方千米地熱資源量0.026（10¹⁸J/k㎡），地熱水資源量0.766（10⁸m3/k㎡）。按此平均數據測算，雄安新區東部及南部區域，上第三系地熱資源量約為39.0（10¹⁸J），地熱水資源量約為1149（10⁸m3）。上第三系分布廣泛，全區都有普遍存在，埋藏淺，水質好，成井和利用丁程造價低，有著很好的利用優勢。②牛駝鎮及容城凸起上第三系地熱資源。牛駝鎮凸起面積686k㎡，明化鎮組砂巖孔隙型熱儲地熱資源量19.93（10¹⁸J），熱水資源量66204.9（10⁸m3）。按雄安新區上第三系地熱資源占牛駝鎮凸起的30%計，其地熱資源量約為5.98（10¹⁸J），地熱水資源量約為19861.47（10⁸m3）。容城凸起上第三系明化鎮組地熱資源量2.29（10¹⁸J），地熱水資源量7624.1（10⁸m3）。雄安新區兩凸起上第三系明化鎮組地熱資源量8.27（10¹⁸J），地熱水資源量27485.57（10⁸m3），總礦化度

雖然京津冀地區地熱資源豐富，但自20世紀90年代到21世紀初，國家在地熱資源勘查方面基本上沒有，地熱勘查開發是由各種所有制經濟主體參與和推動，基礎地熱地質勘查工作薄弱。目前雖有一定程度的發展，但地熱利用技術嚴重滯后，近20年來地熱發電停滯不前，發電技術落后于世界先進國家。地熱直接利用規模雖位居全球之首，但利用過程中也存在著資源利用效率低下等諸多問題，實現地熱開發利用的中長期目標仍需借助政策之力。

以上認識僅僅是現有資料基礎上的初步研究成果，為了能夠使地熱高效經濟開發，因此需對雄安新區及周邊進行詳細勘探，將先進的高精度WEFOX地下成像等地震技術應用于地熱勘探，搞清優質高產地熱儲層分布規律，落實可采地熱資源量，發現優質高溫高產地熱田，才能降低開采成本，實現高效經濟開發。

三、熱氣電并舉、多能互補構建千年大計的綠色生態城市

實現“零碳”清潔能源發展目標，雄安新區能源規劃需要考慮能源多樣化，滿足來來城市快速發展的需要。雄安新區及周邊地熱資源資源豐富、分布廣、潛力大，其地熱平均利用率是73%左右，遠高于太陽能20%、風能約30%的利用效率，是未來雄安新區能源的主要來源之一。另外，雄安新區及周邊天然氣資源豐富，同時國內天然氣需求量大、調峰壓力也大，特別是京津冀地區冬季清潔取暖天然氣調峰需求居全國之首。勘探研究結果表明，雄安新區及周邊存在許多可用于建設儲氣庫的廢棄天然氣田，可滿足天然氣儲備和調峰需要。雄安地區應將儲氣庫天然氣與地熱等其他資源互補，為城市提供電力、供暖（熱）、冷，實現“零碳智慧”城市發展目標。

儲氣庫在調峰和保障供氣方面對于未來城市的能源安全具有不可替代的作用。國際天然氣聯盟統計數據顯示，目前世界上共有693座地下儲氣庫，總丁作氣量3588億立方米，約占目前全球天然氣消費量的11.3%。美國是世界上發展儲氣庫最早的國家，擁有占世界總數81.4%的儲氣庫。而中國天然氣地下儲氣庫建設處于發展初期，天然氣儲消比近1.7%，遠低于世界20%左右的水平。我國調峰能力難以滿足天然氣需求高速增長的需要。

環渤海地區已投運儲氣庫4個，實際調峰能力僅為25.9億立方米，形成的調峰能力無法滿足調峰需求。而雄安新區及周邊具有天然的地下儲氣庫優越條件，華北地區幾十年的勘探發現的很多小型氣田將來均可以改建為地下儲氣庫。這些小型氣田估計可以容納近9000億立方米的天然氣，但精確的數據還需要通過精細物探、地質詳細勘查來落實廢棄天然氣田的儲氣能力，以降低儲氣庫建設成本，滿足雄安新區天然氣的調峰需求。

雄安新區及周邊具有豐富的地熱資源、天然氣資源及太陽能、風能等，可充分利用這些清潔低碳能源替代傳統煤炭發電、供暖（供熱），以加快提高清潔能源比重，通過地下、地面綠色能源的互補并舉，一定能很好地減輕京津冀地區霧霾天氣，讓天空永遠蔚藍起來。為此，提出幾點建議。

1.實施先地下后地面的4D空間超前規劃，形成大數據互聯網智慧城市地下與地面協同管理控制系統。當前我國城市地下空間規劃、開發建設缺少統一管理，規劃管理由城市規劃部門負責，土地權屬取得由國土部門負責，開工許可管理由城市建設部門負責，地下軌道交通由交通部門負責，人防工程由人防辦負責等，難以統一監管協調，對地下空間規劃、城市安全建設構成了很大制約。為此，雄安新區城市規劃應系統地研究統籌地下空間和地面空間綜合開發利用規劃，形成跨專業多領域專家咨詢、有關部門監管、規劃部門負責、政府最終決策的城市規劃體系。

2.城市地質勘察地震先行，深化認識雄安地區地下地質構造，助力城市科學規劃和安全建設。在雄安新區總體規劃、城市規劃中應切實引入地下空間概念、地下地面資源綜合開發利用內容。規劃過程中應嚴格按照先地下后地面的丁作優先順序開展工作。

3.技術先行，創新地熱資源勘探評價技術體系，重新評價計算各熱儲區塊的資源量，統籌規劃、合理開發利用地熱資源。

4.對地熱開發利用政策的針對性、強制性需要進一步加強，嚴格集中控制地熱資源，分區管理，并盡快制定地熱開發利用的技術標準規范。目前已有的政策扶持的對象主要是地熱直接利用，且不夠全面和系統，很多地方對如何促進地熱發展還沒有系統明確的規劃。與風能、太陽能發電相比，針對地熱發電的財稅扶持政策基本還是空白，這一點在《地熱能開發利用“十三五”規劃》中有所表述。國家層面㈩臺的各種法規更多的帶有鼓勵和指導性質，缺少強制性與執行力。缺乏像地熱發達國家那樣的強制性措施，國內的地熱開發利用無法形成連續穩定的市場需求，地熱的發展就會缺少持續的市場拉動，難以形成符合市場經濟要求、容強制性與激勵性相結合的發展機制。

5.加快完善采注用的基礎設施并進行實時互聯網監控，制定相關的監管條例。對已出臺的一些政策執行力還有待進一步檢驗。雖然目前部分地方政府出臺的地熱利用扶持政策收到一定的效果，但是存在的問題也比較突出。

6.雄安新區及周邊分布的牛東、雁翎、高家堡、固安等多個氣田、地熱田與油田并存共生，可考慮充分利用廢棄油氣井開發地熱資源，降低地熱開發建設成本。

7.加大廢棄的氣田綜合利用，降低儲氣庫建設成本，在低油價下加大戰略儲氣力度，滿足城市天然氣調峰和應急需求。

雄安新區的建設是千年大計，如何構建“零碳”綠色安全現代化智慧城市，新區規劃至關重要。從地球物理地質專業角度出發，通過地下、地面科學統籌規劃，從地下的地熱、天然氣到地面的風、光、水電等多能互補的供應出發，建設地下到地面的協同能源系統，對雄安新區快速可持續發展具有重要的現實意義和長期性、戰略性作用。endprint