河南省地熱資源概況及開發(fā)利用區(qū)劃探討

倪 昆，盧 磊

(河南省自然資源科學研究院，河南 鄭州 450016)

黨的十八大以來，習近平生態(tài)文明思想開辟了生態(tài)文明建設理論[1]，提出緊緊圍繞黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展國家戰(zhàn)略，以提高國家和省社會經濟發(fā)展的能源資源安全保障為宗旨[2]，以二氧化碳排放達峰目標與碳中和愿景為牽引，持續(xù)推進重要清潔能源資源保障，以“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的新發(fā)展理念，優(yōu)化地熱勘查—開發(fā)工作布局，推動地熱產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，努力實現(xiàn)清潔能源勘查利用新突破。在此使命下，摸清地熱資源家底，進行地熱資源開發(fā)利用區(qū)劃尤為重要。

目前，河南省地熱研究多以地熱地質賦存條件與地熱資源量評價為主，韓國童等[2]對南陽盆地地熱地質特征進行了研究，王現(xiàn)國等[3]研究了洛陽盆地地熱地質特征，王繼華等[4]對周口凹陷區(qū)(周口段) 地熱資源進行了評價。地熱資源開發(fā)利用研究較少，此外河南省尚未統(tǒng)一編制全省地熱資源勘查開發(fā)規(guī)劃，此類方向研究較為薄弱。經調查，河南省資源開發(fā)利用以低溫為主，開發(fā)利用方式多為直接開發(fā)，利用方式粗放、單一，浪費嚴重，造成部分地段由于無序開采、過量開采，產生了水位持續(xù)下降、出水量減小及部分溫泉自溢景觀消失等環(huán)境地質問題。因此，河南省急需進行地熱開發(fā)區(qū)劃研究，要將地熱資源開發(fā)利用作為能源發(fā)展和轉型的重點領域積極謀劃、深入研究，實現(xiàn)有序健康發(fā)展，實現(xiàn)地熱資源開發(fā)與裝備制造協(xié)同發(fā)展，促進資源開發(fā)與生態(tài)保護融合發(fā)展。

1 地熱資源概況

河南省地熱資源較豐富，地熱資源多沿深大斷裂形成和分布[5]，大體可分為沉降盆地傳導型[6-7]、隆起山地對流型[8]和對流—傳導混合型(圖1)。

圖1 水熱型地熱資源類型Fig.1 Type of hydrothermal geothermal resources

目前，河南省共發(fā)現(xiàn)溫泉或者地熱異常區(qū)37處[9]，水溫變化較大，水溫多數比較低，最高溫度83 ℃[10]，熱水流量大者達62.13 L/s。其中，基巖山地區(qū)25處，山前地帶6處，山間盆地6處。按《地熱資源地質勘查規(guī)范》(GB 11615—2010)地熱資源溫度分級標準，屬于中溫地熱資源(90～150 ℃)的1處，為洛陽龍門西山玉隆苑地熱井；屬于低溫地熱資源(25～90 ℃)的36處，其中熱水(60～90 ℃)7處，溫熱水(40～60 ℃)6處，溫水(25～40 ℃)23處。隆起山地對流型地熱資源熱儲主要分布在由巖漿巖、變質巖、古生代沉積地層組成的基巖隆起山區(qū)及山前[11]，依據地質構造單元和地熱水出露規(guī)律，可劃分為中朝準地臺、北秦嶺褶皺帶、南秦嶺褶皺帶、桐柏—大別褶皺帶4個地熱分布區(qū)。熱儲的形式主要是基巖裂隙和溶洞孔隙[12]，隔水蓋層主要為頁巖、泥巖或裂隙、孔隙不發(fā)育、不透水的結晶巖。區(qū)內的熱水通道主要為斷裂和溶洞裂隙，地殼深部的熱水通過某些斷裂和裂隙帶直接導出地表，形成溫泉。沉積盆地傳導型地熱資源主要熱儲層有松散孔隙裂隙型熱儲和基巖裂隙型熱儲，松散孔隙裂隙型熱儲為新生界熱儲[13]，分為新近系孔隙型熱儲和古近系裂隙型熱儲(圖2)；基巖裂隙型熱儲分為古生界巖溶裂隙熱儲、元古界巖溶裂隙熱儲及太古界裂隙熱儲。由于均有厚度巨大的沉積層掩蓋，屬于圈閉型熱儲。

圖2 河南省沉積盆地主要熱儲類型關系Fig.2 Relationship between main heat reservoir types of sedimentary basins in Henan Province

河南省全省埋深4 000 m以淺新生界熱儲層地熱可開采熱水總量為26 844.90×104m3/a(圖3)、可利用熱能總量為32 413.61×1012J/a，折合標準煤1 107 737.50 t/a。下古生界奧陶—寒武系碳酸鹽巖熱儲層開采熱水量為22 804.90×104m3/a、可利用熱能量為53 829.07×1012J/a，熱能折合標準煤1 839 705.62 t/a。

2 地熱開發(fā)利用區(qū)劃

2.1 區(qū)劃因子選取

本次結合黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展國家戰(zhàn)略、河南省城市發(fā)展規(guī)劃、旅游產業(yè)規(guī)劃、鄉(xiāng)村振興發(fā)展規(guī)劃等，開展地熱資源開發(fā)利用區(qū)劃，選用地熱勘查區(qū)劃、開采潛力模數[14]、黃河高質量發(fā)展區(qū)、冬季清潔供暖城市、旅游發(fā)展規(guī)劃、鄉(xiāng)村振興規(guī)劃、地熱規(guī)模化利用7個因子，在全省16個地熱亞區(qū)、39地熱小區(qū)，運用空間分析[15]、AHP法進行評價分析，按優(yōu)先開發(fā)區(qū)、鼓勵開發(fā)區(qū)、限量開發(fā)區(qū)、暫緩開發(fā)區(qū)四級進行區(qū)劃[16]，評價流程如圖3所示。

圖3 地熱資源開發(fā)區(qū)劃評價流程Fig.3 Flow chart of geothermal resource development zoning evaluation

(1)地熱勘查區(qū)劃(U11)。依據地熱勘查區(qū)劃成果，以勘查優(yōu)先程度進行分區(qū)賦分評價(圖4)，評價分值見表1。

圖4 河南省地熱勘查區(qū)劃Fig.4 Geothermal exploration zoning map of Henan Province

表1 地熱勘查區(qū)劃分值標準Tab.1 Standard of division value of geothermal exploration area

(2)開采潛力模數(U21)。依據新生界地熱開采模數與新生界地熱可開采模數計算進行新生界地熱開采潛力模數賦分評價(表2、表3、圖5)。P=(M可采-M已采)/M可采，P>0表示地熱開采有潛力；P<0表示地熱開采無潛力；P>0時，D=M可采-M已采。

表2 地熱開采潛力模數分級Tab.2 Classification of geothermal potential modulus

表3 地熱開采潛力模數分值標準Tab.3 Modulus score standard of geothermal development potential

圖5 河南省地熱開采潛力模數分區(qū)(新生界)Fig.5 Modulus zoning map of geothermal development potential in Henan Province(Cenozoic)

(3)黃河流域高質量發(fā)展(U31)。全面貫徹落實黨的十九大、習近平生態(tài)文明思想和習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展座談會上的講話精神，促進全流域高質量發(fā)展，改善人民群眾生活，保護傳承弘揚黃河文化，讓黃河成為造福人民的幸福河。河南境內的黃河流域核心區(qū)、流域拓展區(qū)和引黃協(xié)作區(qū)，共涉及13個省轄市(鄭州、洛陽、開封、三門峽、焦作、新鄉(xiāng)、濮陽、安陽、鶴壁、許昌、商丘、周口、濟源示范區(qū))。賦分以縣域為評價單元(表4)。

表4 黃河流域高質量發(fā)展分值標準Tab.4 High quality development score standard of the Yellow River Basin

(4)冬季清潔供暖試點城市(U32)。近年來，河南省積極推進北方地區(qū)冬季清潔供暖試點城市建設工作。2017年，河南省鶴壁、鄭州、開封、新鄉(xiāng)4個城市成為國家首批清潔供暖試點城市；2018年，河南省洛陽、安陽、焦作、濮陽4個城市成功入圍第二批中央財政支持北方地區(qū)冬季清潔供暖試點范圍；2019年，河南省三門峽、濟源市成功入選第三批中央財政支持北方地區(qū)冬季清潔供暖試點城市。賦分以縣域為評價單元(表5)。

表5 冬季清潔供暖試點城市分值標準Tab.5 Score standard of pilot cities for clean heating in winter

(5)河南省“十三五”旅游產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(U33)。規(guī)劃指出，全省大力開發(fā)山地、溫泉、森林、濱水、養(yǎng)生等休閑度假旅游產品，發(fā)展特色鮮明的休閑度假項目，建設一批高標準的旅游度假區(qū)和滿足多層次休閑度假需求的度假地。加快發(fā)展健康養(yǎng)生旅游，促進旅游與健康醫(yī)療融合發(fā)展，鼓勵汝州、輝縣、修武、溫縣、禹州、三門峽市陜州區(qū)、西峽等地加快推進醫(yī)藥康療、運動康體、道家養(yǎng)生等康養(yǎng)旅游業(yè)態(tài)與觀光、度假、研修等旅游業(yè)態(tài)的產業(yè)聯(lián)動，創(chuàng)建國家康養(yǎng)旅游示范基地。積極發(fā)展溫泉養(yǎng)生度假旅游，加快溫泉與中醫(yī)藥結合的溫泉養(yǎng)生產品研發(fā)，完善以溫泉為載體的度假、養(yǎng)生、娛樂、觀光等復合型溫泉旅游產品體系(圖6)。賦分以縣域為評價單元(表6)。

圖6 國家全域旅游示范區(qū)創(chuàng)建重點單位分布Fig.6 Distribution of key units in national global tourism demonstration area

表6 旅游示范區(qū)分值標準Tab.6 Criteria for distinguished value of tourism demonstration

(6)鄉(xiāng)村振興示范縣(區(qū))、鎮(zhèn)(U34)。目前，河南省確定了鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略示范縣市(區(qū))18個、示范鄉(xiāng)鎮(zhèn)162個。賦分以縣為評價單元(表7)。

表7 鄉(xiāng)村振興示范區(qū)分值標準Tab.7 Criteria for distinguished value of rural revitalization demonstration

(7)地熱能清潔供暖規(guī)模化利用試點(U35)。2018年8月24日，省發(fā)改委、省國土廳、省環(huán)保廳、省住建廳聯(lián)合下發(fā)了《關于開展地熱能清潔供暖規(guī)模化利用試點工作的通知》，當前河南省積極推進鄭州市、開封市、安陽市、新鄉(xiāng)市、濮陽市、三門峽市、周口市及蘭考縣、永城市、鹿邑縣、新蔡縣地熱能清潔供暖規(guī)模化利用試點區(qū)域工作，賦分值見表8。

表8 規(guī)模化利用試點分值標準Tab.8 Score standard of large scale utilization pilot

2.2 因子權重

依據上述原則，建立評價因子目標層構造判斷矩陣(表9)。

表9 評價因子目標層構造判斷矩陣Tab.9 Evaluation factor target layer construction judgment matrix

CR=0.0 030，λmax=5.013 3，CI=0.003 3，RI=1.12。

計算得知各評價因子權重：U1=0.540；U2=0.163；U3=0.297。

建立評價因子指標層構造判斷矩陣見表10。

表10 評價因子指標層構造判斷矩陣Tab.10 Evaluation factor index layer construction judgment matrix

CR=0.007 9，λmax=3.009 2，CI=0.004 6，RI=0.58。

計算得知各評價因子權重：U31= 0.396；U32= 0.118；U33= 0.066；U34= 0.210；U35= 0.210。

從而得出各指標層評價因子權重如下：U11= 0.540；U21= 0.163；U31= 0.118；U32= 0.035；U33= 0.020；U34= 0.062；U35= 0.062。

2.3 區(qū)劃分區(qū)

結合地熱地質條件、開采潛力等7個評價因子，對河南省地熱開發(fā)區(qū)進行區(qū)劃(圖7)，河南省地熱開發(fā)利用優(yōu)先區(qū)為內黃凸起新鄉(xiāng)—濮陽段，菏澤凸起濮陽范縣段、開封蘭考北部，通許凸起尉氏段、通許—杞縣段；鼓勵開發(fā)區(qū)分布在東濮凹陷沿黃地區(qū)、靈—三凹陷靈寶盆地、開封凹陷大部以及周口凹陷大部地區(qū)；限量開發(fā)區(qū)主要分布在永城褶皺系商丘—永城段、平輿凸起以及駐馬店—淮濱凹陷段；剩余地熱單元為不支持開發(fā)區(qū)。

圖7 河南省地熱資源開發(fā)利用區(qū)劃(新生界)Fig.7 Zoning map of geothermal resources development and utilization in Henan Province(Cenozoic)

3 結論

河南省地熱資源較為豐富，大體可分為沉降盆地傳導型、隆起山地對流型和對流—傳導混合型3類，熱儲層地熱可開采熱水總量為49 649.80×104m3/a、可利用熱能總量86 242.68×1012J/a，折合標準煤2 947 443.12 t/a。

本文選用開采潛力模數、黃河高質量發(fā)展區(qū)、冬季清潔供暖城市、旅游發(fā)展規(guī)劃、鄉(xiāng)村振興規(guī)劃、地熱規(guī)模化利用7個因子進行地熱開發(fā)區(qū)劃，內黃凸起新鄉(xiāng)—濮陽段、菏澤凸起濮陽范縣段、開封蘭考北部，通許凸起尉氏段、通許—杞縣段為河南省地熱開發(fā)利用優(yōu)先區(qū)，應加大地熱開發(fā)利用。同時，地熱開發(fā)區(qū)應最大限度地進行多產業(yè)梯級綜合利用，才能降低成本，提高利用率，節(jié)約地熱資源，延長地熱田的壽命，實現(xiàn)地熱資源的持續(xù)利用。