地熱資源的開發利用及可持續發展策略

林濤

福建省廈門地質工程勘察院，福建廈門，361008

0 引言

湯埔地熱礦區位于福建省泉州市安溪城關北西328°，直距約13km，行政區隸屬安溪縣金谷鎮湯埔村管轄。其地理坐標為東經118°06′45″~118°07′00″，北緯25°09′15″~25°09′45″，面積為0.39km2。受該礦區探礦權擁有者安溪清水巖溫泉度假山莊有限公司的委托，福建省廈門地質工程勘察院對該礦區地熱資源進行可行性勘查，并在此基礎上對該礦區地熱資源開發利用及可持續發展的有效策略進行探究總結。

1 地熱資源概述

1.1 特征

地熱資源是一種潔凈的清潔能源，亦是能夠利用科學技術手段進行開發和利用的，是貯存在地球內部的可再生熱能。地熱資源主要來自地球內部熔融巖漿和放射性物質衰變，通常集中分布在構造板塊的邊緣地帶。受地球構造不均勻性的影響，地熱資源的分布存在明顯的不均勻性，這使得其具有與礦產資源相似的屬性特征，即總體分布廣泛而又相對集中，資源分布具有不均衡性、隱蔽性、可變化性的特征。此外，在地殼中，地熱資源通常會對流經或附近的地下流體產生加熱作用，而這些帶有一定熱量的地下流體也屬于具有一定開發利用價值的地熱資源，這使得地熱資源又具有與水資源相似的屬性特征，即具有可恢復性、有限性、利用多樣性、周期性的特征。由此可見，地熱資源的開發利用，兼具熱資源、熱水資源、礦產資源三類資源的開發利用特征。

1.2 特點

鑒于地熱資源的形成因素及其主要屬性特征，地質研究人員總結出地熱資源的以下三個突出特點：①地熱資源屬于清潔型、環保型能源。由于該類型資源是對熱能的直接利用，因此在資源開發和利用過程中不會產生二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等污染性氣體，從而能夠有效保護大氣環境；同時，地熱能的開發利用，能夠一定程度上減少礦石燃料的消耗量，從而顯著緩解礦石燃料使用對生態環境的影響和破壞；另外，高溫地熱資源與太陽能、風能類似，也可直接用來發電且發電過程同樣具有高效性和環保性；②地熱資源具有可再生、可循環利用的特點。例如：地下熱水資源開發利用是地熱資源最主要的應用形式，雖然地熱礦區內的原始地熱水資源儲量是有限的，但只要開發者進行合理的規劃與開發，避免資源的過度使用，并制定科學的資源保護措施，對其進行持續性恢復，同樣可以確保資源使用和恢復的平衡性，從而實現地熱水資源的可再生、持續性循環利用；③地熱資源的開發利用不易受外界因素影響。對于太陽能、風能等傳統的清潔型能源，天氣因素對其開發和利用過程具有極其巨大的影響，而地熱資源在開發和利用時，并不會受到天氣因素的影響，只需考慮礦區資源情況是否滿足開發利用需求并做好自然災害風險評估即可。同時，相較于太陽能和風能，地熱能的發電量和利用效率要高很多[1]。

2 地熱資源的開發利用及可持續發展策略

2.1 進行合理規劃，做好基礎勘查工作

在“湯埔地熱礦區地熱資源勘查項目”中，勘查單位尤為重視基礎勘查和規劃指導工作，并通過以下工作來保障地熱資源基礎勘查工作的科學性和全面性，避免礦區地熱資源的盲目開發：①做好礦區地質資料搜集和分析工作。地熱資源分布普遍與基底埋藏分布、礦區構造斷裂、深部地層巖性等因素有關，因此在開展勘查工作前，廣泛搜集礦區附近地質構造資料以及區域地質資料，是勘查單位開展地熱資源基礎勘查工作的必要性工作。通過對上述資料的搜集和分析，勘查單位能夠對目標區域的地質情況形成初步的判斷，從而為后續工作的開展奠定良好基礎；②做好地質、水文地質調查工作。在現有地質資料和航衛片解釋資料的基礎上，對航衛片解釋中提及的重點問題進行實地調查和驗證，以此尋找地質露頭、分析礦區地熱形成的地質構造背景、總結地熱田巖性及地層特征、判斷巖漿活動及新構造運動情況。本次地質、水文地質調查主要以《廈泉莆地熱調查項目》野外地質填圖為基礎資料，結合本區特點開展工作。工作手圖采用1∶10000地形圖為底圖，觀察路線以穿越、追索法相結合，觀測點重點放在天然或人工露頭處，調查面積為7km2，觀測點為30個；③做好地球物理勘查工作。結合“湯埔地熱礦區”實際情況，勘查單位主要采用以下兩種方法進行地球物理勘查：首先是視電阻率剖面測量。以《福建省安溪縣清水巖一帶地熱資源物探勘查工作報告》為基礎資料，采用“S—2雙頻道數字激光儀”進行測量。供電極距選擇AO=BO=30m、50m、70m三種，MN=10m，點距5m。工作區設6條剖面，總長1240m，聯合剖面和對稱四極剖面觀測有效物理點各為762點，電測深點2點，目的為探測近東西和近南北斷裂位置，為布置勘探井提供依據；其次是高精度磁法測量。使用GSM-19T v6.0質子磁力儀，探頭高度選用1.8m。觀測磁場總量，經基點、日變改正后計算各觀測點總量磁異常（△T）。觀測點距為10m；④做好淺層地熱測溫工作。由于本區地形地貌條件復雜，民宅密布，不利淺層測溫孔施工，因此僅完成淺層測溫孔14個，民井調查測溫9個，利用已施工勘探孔測溫3個，溫泉出露點測溫1處。為保證測溫數據的準確性，淺層測溫孔均下入φ50mm塑料管保護孔壁，測溫點間距2m；⑤做好地熱孔鉆探工作。地熱鉆探是最準確、最直觀的地熱資源勘探方法，但其實施成本較高、工作量較大，因此實施前必須要綜合分析所有相關資料并精心編制施工方案，以確保工作的可行性和有效性。在“湯埔地熱礦區地熱資源勘查項目”中，總共施工了3口孔深分別為170m、172m和203m的探采結合井，各孔上部風化層均采用φ168mm無縫鋼管護壁，終孔孔徑均為φ110mm；⑥做好群井降壓抽水試驗工作。利用深井潛水電泵對3口探采結合井同時進行抽水降壓試驗并選擇2個測溫孔作為觀測井，利用電測水位計和水表對水位、水量進行測量，以此了解區域地熱水儲量情況；⑦做好水質分析工作。抽水試驗結束前對地熱水進行取樣，并將樣品送至相應的檢測機構進行水質分析。當完成上述地熱資源基礎性勘查工作后，勘查單位需要根據勘查數據資料編寫礦區地熱資源可行性勘查報告，根據礦區地質結構特征、地熱資源情況及資源開發需求，針對資源配置、開發方案、施工方案、設備選購等內容提出指導性建議，以此確保資源開發的科學性、環保性及經濟性[2]。

2.2 做好勘查評價，保證開發的科學性

結合地熱資源基礎勘查數據資料，對礦區地熱資源基本情況進行客觀評價，可為地熱資源開發利用規劃方案的制定提供更充足、更客觀的參考依據，從而進一步保證資源開發利用的科學性，避免資金浪費、資源配置不合理、環境污染等問題的發生。在“湯埔地熱礦區地熱資源勘查項目”中，勘查單位主要從以下幾個方面對礦區地熱資源情況進行評價：①通過動態觀測對地熱水動態變化情況進行評價。通過對S001溫泉點及ZK1探采孔水溫、自流量等數據的長期觀測，勘查單位得到以下動態觀測表（見表1），根據表中數據可以看出，S001溫泉點水溫、自流量與ZK1探采孔水溫、水位動態變化小且穩定。同時，在進行群井降壓抽水試驗時，S001溫泉點干枯，說明它們之間有較好的水力聯系；②對地熱資源可開采量進行評價。首先，技術人員依據群井抽水試驗資料計算出湯埔礦區地下熱水資源的可采量為3286.8m3/d，水溫為58.8℃；然后利用Wt=4.1868Q（t-to）這一公式對熱能進行計算和評估，其中Wt為熱功率（kW）、Q為地熱流體可開采量（L/s）、t為地熱流體溫度（℃）、to為當地年平均氣溫（℃）、4.1868為換算系數，經計算湯埔礦區地熱水資源的熱能為6020.25kW；③對地熱水水質進行評價。對于湯埔礦區而言，地熱水水質評價主要是指理療熱礦水評價。經權威機構對湯埔礦區理療熱礦水樣品的科學分析，其各項數值如表2所示。依據《地熱資源評價方法及估算規程》（DZ/T0331-2020）理療熱礦水水質標準，湯埔礦區地下熱水中，偏硅酸、水溫達到理療熱礦水命名標準，可命名為“硅酸水、溫礦（泉）水”，具較好的醫療保健價值；其次是對地下熱水腐蝕性、結垢等進行評價[3]。

表1 湯埔礦區地熱水自流量、水位、水溫動態觀測表

2.3 依靠技術手段，落實示范區的建立

依托現代先進技術手段，走產業化道路，建立地熱資源開發利用示范區是我國地熱資源可持續開發利用的主導方向。因此，在進行地熱資源開發利用的過程中，應積極主動地將現代高新技術手段應用于資源勘查、開發、利用、保護等各個環節，以此增強地熱資源開發利用的科學性和規范性，有效落實地熱資源的可持續開發和利用[4]。例如：將先進的深部地球物理勘查技術和鉆探技術應用于地熱資源勘查和地熱井施工環節，以此提高控熱構造與熱儲的勘查精確性；將自控、熱泵、防腐等技術應用于地熱資源開發環節，以此提高地熱資源的綜合利用水平；將地熱尾水回灌技術應用于地熱資源保護環節，以此提高地熱資源開發的生態環保性等等。在“湯埔地熱礦區地熱資源勘查項目”中，開發單位主要采用以下開采模式對地熱資源進行開采(見圖1)：①以批準的地熱開采量為開發利用依據，根據已建開采管井的水量、水溫、水質情況以及輸送距離、地形高差等配置抽水設備。將抽水泵放置一定深度進行地下熱水開采，從而達到供水的目的；②選用熱損失率0.8oC/km和防腐性能良好的外包橡塑保溫管和彩鋼板作為保溫管道進行輸送供水，將地下熱水輸送至保溫蓄水池，然后再通過保溫管道送至各用水區域，因輸送管道、保溫蓄水池保溫性和密封性良好，所以，輸送管道等設施滿足供水、供熱的要求；③在地熱廢水排放方面，采用統一收集，通過自然降溫、物理、化學等方法處理，達到國家規定的排放標準后，接入市政管道進行排放。污水處理工藝合理，能達到國家規定的排放要求。

表2 湯埔礦區理療熱礦水水質標準及標價表

通過上述開采技術的實施，湯埔地熱資源開采順暢、穩定，輸送方法及設施可靠性較好，開采方式、生產工藝較合理，滿足各功能用水區供水的要求。

2.4 完善法律法規，保證開發的規范性

為保證地熱資源開發利用的規范性，還應加強相關法律法規、政策制度的完善工作。例如：①基于對“節能降耗”“可持續發展”等發展理念的理解和把握，對現有地熱資源開發利用相關法律法規進行優化調整，通過具體的法律條文引導人們對地熱資源進行規范化、科學化、環保化的開發利用，以確保地熱資源的可持續性利用；②遵循“綜合利用”“梯級開發”等方針，制定“從量計征”稅收制度，對于采灌平衡型地熱資源開發利用項目，可收取較低的稅率，對于消耗型地熱資源開發利用項目則應收取較高的稅率，以此對地熱資源的開發利用進行有效的宏觀調控；③在綜合考慮地區發展規范、地域特色、市場發展趨勢等因素的基礎上，積極制定熱資源開發利用扶持政策，基于政府推動和市場引導相結合原則，鼓勵多元化投資、多元化開發，實現地熱資源利用率的最大化[5-6]。

3 結語

綜上所述，地熱資源具有與礦產資源和水資源相類似的屬性特征，同時具有清潔環保、可再生、可循環利用、不易受外界因素影響等顯著特點。新時期背景下，各地區政府或相關企業應通過進行合理規劃，做好基礎勘查工作；做好勘查評價；依靠技術手段，落實示范區的建立；完善法律法規等策略，最大限度保障地熱資源開發利用的科學性和規范性，以此實現地熱資源的合理開發利用和可持續發展，更好地緩解資源緊缺問題。