洛陽市伊濱區地熱能賦存及開發前景

習通

摘 要：通過對地質、鉆探資料和物探測井、巖土體熱物性參數測試等資料的研究，結合綜合勘查技術方法和對已有資料的分析，計算了伊濱區第三、四系淺層熱儲的賦存量為600.11×1014J，深層寒武系灰巖熱儲中的賦存量為68 930.57×1014J，合計69 530.68×1014J，可替代標準煤數量23 730.61萬t。可見，伊濱區地熱能賦存豐富，具有廣闊的開發前景。

關鍵詞：伊濱區;地熱能;賦存量

中圖分類號：P314.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）01-0132-04

Analysis on the Resource and Prospect of the Geothermal

Energy in Yibin District of Luoyang City

XI Tong

（The Second Exploration Team，Henan Bureau of Coal Geological Exploration，Luoyang Henan 471000）

Abstract： Based on the information of the integrated drilling， exploration wells， thermal properties of soil and rock testing data and comprehensive exploration methods with analysis of the present data ，the amount of shallow geothermal energy reserve in the Tertiary system and Quaternary systems of Yibin District was calculated to be 600.11×1014J， and the geothermal energy reserve in the deep Cambrian limestone is calculated to be 68 930.57×1014J，totaling 69 530.68×1014J， which can replace standard coal， the number is 237 306 100 tons.Yibin District is rich in geothermal energy with wide development perspective.

Keywords： Yibin district;geothermal energy;energy reserve

地熱是一種新型的綠色能源，廣泛用于供暖、洗浴、醫療保健、種植、養殖、發電和烘干等多個方面[1]。隨著我國國民經濟的快速發展和世界性能源的日趨緊張，地熱作為一種新型礦產，有著巨大的經濟開發潛力。地熱資源的勘查開發對于合理利用自然資源、緩解能源緊張狀況、改善投資環境、促進經濟的可持續發展，具有重大意義。因此，通過對洛陽市伊濱區地熱能賦存情況和開發前景進行綜合分析，能夠極大地促進洛陽市伊濱區地熱的開發利用。

1 交通位置和自然地理概況

1.1 交通位置

伊濱區位于洛陽市區東南部，范圍北至洛河，南至萬安山麓，西至二廣高速，東至偃師高龍西邊界，轄諸葛、李村、龐村、佃莊、寇店5鎮，106個行政村，總面積280km2，總人口31萬。伊濱區交通條件良好，北臨隴海鐵路和310國道，西側有二廣高速穿過，距龍門高鐵站僅4km，東側臨近207國道。區內及周邊地區鄉村公路四通八達，交通十分便利，見圖1。

1.2 自然地理及經濟狀況

伊濱區地處嵩山北坡，洛陽盆地東南部，地勢南高北低，地表形態變化多樣，南部為中起伏低山、中部為山前沖洪積傾斜平原，北部為伊洛河沖積平原。區內地貌依據它的成因、物質組成進行劃分，主要為流水地貌和黃土地貌兩類。其中，流水地貌分為侵蝕流水地貌和堆積流水地貌。伊濱區地貌類型分區圖見圖2。

伊濱區屬于暖溫帶大陸性季風氣候，影響氣候的主要因素是季風和環流[2]。冬春季風主導風向為西北風和東北風，夏秋季主要風向為東南風和西南風，多年平均風速2.0m/s，區域多年平均降水量為575.2mm。

根據《洛陽統計年鑒》（2016年）的統計資料，2016年伊濱區實現生產總值134.36億元，完成工業增加值98.96億元，規模以上工業增加值80.41億元，固定資產投資190.33億元，財政一般預算收入3.20億元，農民人均純收入11 457元。

2 區域地質特征

2.1 地層

根據中國地層區劃，伊濱區屬華北地層區豫西地層分區。區內地層由老到新依次為太古界登封群（Ardn）、下元古界嵩山群（Pt1sn）、中元古界汝陽群（Pt22ry）、上元古界洛峪群（Pt31ly）和震旦系（Z）、下古生界寒武系（∈）及奧陶系（O2）地層、上古生界石炭系（C）及二疊系（P）、中生界三疊系（T）和新生界古近系（E）、新近系（N）及第四系（Q）。

2.2 構造

伊濱區位于華北板塊南緣、嵩箕構造區的嵩山背斜北翼，總體構造形態為一單斜構造，是構成洛陽盆地南翼的重要組成部分。區內斷裂構造主要表現為EW向的走向斷層、NW向斷層和NE向斷層以及后期由重力滑動所形成的龍門滑體（Htl）。

2.3 巖漿巖

本區未發現巖漿巖及巖漿侵入活動。根據區域變質程度和地層中廣泛分布的石英脈、方解石脈、綠泥石和葉臘石礦物，證實區內燕山期巖漿熱以氣水熱液對流循環的方式通過斷裂、裂隙傳導至上覆地層，說明本區深部有巖漿熱氣液活動。

2.4 水文地質

2.4.1 自然地理條件。本區屬黃河流域伊河水系。伊河發源于欒川縣西部的伏牛山區，經嵩縣、伊川于本區西部流過，向北東至偃師市岳灘鄉境內與洛河匯合后稱伊洛河，東流至鞏義市東北的神堤渡口注入黃河。本區分布的人工渠主要有伊東渠。

2.4.2 熱儲層類型。本區熱儲層根據地層結構、含水性、地溫、地質構造等，可分為第三、四系淺層熱儲和寒武系深層灰巖熱儲兩類。第三、四系淺層熱儲水溫一般在18～22℃，局部異常地段可達30℃。寒武系深層灰巖熱儲由寒武系中上統地層組成，熱儲層厚度311～799m，平均厚度600m，含水空間為溶洞和溶隙，單位涌水量0.007 12～83.76L/s·m，滲透系數0.011 6～3.71m/d。水化學類型一般為HCO3-Ca·Mg型水，礦化度小于0.5g/L，屬巖溶承壓含水層，巖溶發育，但分布極不均一，富水性強。

2.4.3 巖溶水的補給條件。補給方式主要有以下三種方式：灰巖裸露區大氣降水的直接入滲補給，灰巖覆蓋區大氣降水的間接入滲補給和河流滲漏補給。區內的河流主要是伊河，伊河流經龍門，在龍門河段橡膠壩升起時高于泉水出露高程，產生補給。

綜上所述，伊濱區除地表水體以外，其第三、四系和寒武系熱儲內存在豐富的地下水資源，為地熱能的綜合開發利用奠定了可靠基礎。

3 地熱能資源賦存

3.1 地熱能資源賦存的評價方法

穆夫勒爾（Muffler）和卡泰爾迪（Cataldi）將地熱資源的評價方法分為四種：體積法、一地表熱流量法、平面裂隙法和巖漿熱量框算法。本區域采用體積法進行評價。

體積法常用的計算公式為：

[Q=Pr1-φCrT-T0+PwADCwT-T0]? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[Q]為熱量（kJ/s）;[Cr]、[Pr]為巖石的比熱和密度（kcal/m3·℃、kg/m3）;[Cw]、[Pw]為水的比熱和密度（kcal/m3·℃、kg/m3）;[φ]為巖層的孔隙度（或裂隙度）（%）;[T]為指定體積內巖石和水的平均溫度（℃）;[T0]為基準溫度，一般取值為當地年平均氣溫加10℃。

3.2 第三、四系淺層熱儲的賦存量

伊濱區第三、四系淺層熱儲的賦存量采用式（2）計算：

[Qw=ρwcwφMdΔT]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：[Qw]為第三、四系所含水中的熱儲存量（kJ）;[ρw]為水密度（kg/m3）;[cw]為水比熱容[J/（kg·℃）];[φ]為巖土體的孔隙率;[M]為計算面積（m2）;[d]為計算厚度（m）;[ΔT]為利用溫差（℃）。

伊濱區[ρw]取1.03×103kg/m3，[cw]取4.2×103J/（kg·℃），[φ]為0.3，伊濱區第三、四系淺層熱儲面積為192.67×106m2，[d]取30m，利用溫差[ΔT]為8℃。

經計算本區第三、四系淺層熱儲中的熱儲存量為600.11×1014J，按照1噸標準煤折合熱量為2.93×1010J，折合標準煤數量為204.82萬t。

3.3 深層寒武系灰巖熱儲中的賦存量

本區深層寒武系灰巖熱儲中的賦存量為：

[Qr=CAdTr-T0]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

[C=ρrCr1-φ+ρwCwφ]?   ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ?（4）

式中，[Qr]為熱儲層中儲存的熱量（J）;A為計算面積，取144.71[×]106m2;d為熱儲厚度，取600m;[Tr]為熱儲溫度，根據區域內薰衣草莊園熱水井，取46℃;[T0]為當地年平均氣溫，取14.7℃;[ρr]為熱儲巖石密度，寒武系取2.7×103kg/m3;[Cr]為熱儲巖石比熱，寒武系取0.92×103J/kg·℃;[ρw]為地熱水密度，取0.986×103kg/m3;[Cw]為地熱水的比熱，取4.18×103J/kg·℃;[φ]熱儲巖石的孔隙度，寒武系取3.2%。經計算，C=2.536 4×106J/m3·℃;[Qr]=68 930.57×1014J。

經計算，本區深層寒武系灰巖熱儲中的賦存量為68 930.57×1014J，按照1噸標準煤折合熱量為2.93[×]1010J，深層寒武系灰巖熱儲中的賦存量可替代標準煤數量23 525.79萬t。

4 地熱能開發前景

4.1 開發利用條件

地熱能的開發利用受社會生產力、科學技術、水文地質條件以及政治經濟等多方面因素的影響與制約[3]。本區地熱能資源的賦存條件受地質結構、巖性、巖相、沉積環境、水文地質特征、巖土熱物理性質、淺層地溫場特征以及環境地質條件等多方面因素的控制。只有根據區內地熱能資源的特點、能源消耗結構以及經濟技術等社會要素進行系統規劃，才能最大限度地合理開發利用該資源。

地熱能的開發利用必須在適宜區或較適宜區內采用最恰當的利用方法。具體地，要考慮地質環境、地面沉降趨勢加重、高速鐵路沿線兩側各500m、自然保護區的核心區、地表水源一級保護區、地下水源核心區、高層建筑密集區等的影響。

地熱能的開發利用要采用科學的技術手段，利用地源熱泵技術采取只采熱不采水的模式，或通過采熱管道技術熱交換，冷暖季節交替采熱和制冷余熱回灌，部分或全部回灌結合，以期達到地下熱儲的動態平衡。

4.2 地熱能開發利用方向

由于本區屬地下水地源熱泵系統適宜區，因此針對該區地熱能的開發利用主要有2個方面。

4.2.1 地熱空調。本區淺層地熱能資源開發利用主要以冬季供暖和夏季制冷為主。開發利用適用范圍較廣，包括企事業單位、商場、展館、學校、醫院、賓館和飯店等。在國家節能減排政策的指導下，許多建設工程項目紛紛采用地熱空調系統，應用規模呈快速增長趨勢。

4.2.2 醫療保健。地下熱水具有一定的醫療價值，可作為洗浴、療養用水或在醫生的指導下進行保健，從而促進地方經濟發展和人民健康水平的提升。

4.3 開發利用現狀

伊濱區內淺層地溫能和深層地熱能資源前景廣闊。目前，伊濱區的地熱能開發利用已初步展開。例如，中電銀河灣小區采用淺層地溫水，通過地源熱泵系統實現小區供暖制冷，實現了冬夏季采暖制冷的“零”污染和“零”排放;薰衣草莊園和萬安山溫泉小鎮各打地熱井，井深為1 500m和2 137m，溫度為41～46℃，用于溫泉洗浴。

5 結論及建議

5.1 結論

①伊濱區內具備地熱能賦存的淺層、深層地質條件，即第三、四系淺層地溫能和寒武系深層地熱能熱儲層。

②向洛陽盆地補給水資源的河流有數條，如洛河、伊河、瀍河、澗河以及黃河小浪底水庫水源補給，具備水資源補充條件。

③區內第三、四系淺層熱儲中的熱儲存量為600.11×1014J，深層寒武系灰巖熱儲中的賦存量為68 930.57×1014J，合計地熱能賦存量69 530.68×1014J;按照1噸標準煤折合熱量為2.93[×]1010J，淺層地熱水可替代標準煤數量為204.82萬t;深層寒武系灰巖地熱水可替代標準煤數量23 525.79萬t，合計地熱能賦存量可替代標準煤數量23 730.61萬t。

若能達到循環利用的模式，地熱能的資源量將十分豐富。

5.2 建議

①在地熱資源開發過程中注意加強行政管理和技術監督。加強監測網絡和回灌系統的建設，使地熱資源能夠合理有序地開發利用，減少盲目開采對地熱資源造成的浪費和過量開采導致的潛在地質災害影響。

②加強地熱尾水回灌技術和地熱尾水處理研究，強化熱能利用效率和傳熱管道保溫措施，降低地熱消耗和尾水溫度，提高地熱資源的綜合利用效率和經濟環境效益。

③加大科研投入，對地下熱儲的賦存特征、開采方式、資源保護以及環境影響等進行綜合研究，以期達到地溫（熱）能的可持續開發利用。

參考文獻：

[1]韓再生.淺層地熱能勘查評價[J].中國地質，2007（6）：1115-1121.

[2]汪集，馬偉斌，龔宇列，等.地熱利用技術[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]唐永香，李嫄嫄，俞礽安，等.天津地區淺層地熱能賦存條件淺析及前景展望[J].地質調查與研究，2013（3）：213-220.