斷裂帶對(duì)地?zé)豳Y源形成的控制作用及資源潛力分析

摘要：地?zé)豳Y源來(lái)源于地下巖漿熔融和放射性物質(zhì)的衰變，是一種分布較廣、儲(chǔ)量豐富、穩(wěn)定可靠的可再生能源。與傳統(tǒng)能源相比，地?zé)豳Y源具有易開(kāi)發(fā)使用、無(wú)污染及經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)斷裂構(gòu)造和能源礦產(chǎn)之間的空間分布和時(shí)間演進(jìn)關(guān)系，能分析具體儲(chǔ)能位置，對(duì)于能源的大批量開(kāi)發(fā)具有積極作用。在區(qū)域綜合發(fā)展中，通過(guò)對(duì)地?zé)崮茉凑归_(kāi)全面的勘查可以發(fā)現(xiàn)，該能源在我國(guó)分布范圍較廣，利用率較高，開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮苡欣谕苿?dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，對(duì)于我國(guó)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：斷裂帶；地?zé)豳Y源；控制作用；開(kāi)發(fā)潛力；能源節(jié)約

DOI：10.12433/zgkjtz.20241004

隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，地?zé)豳Y源作為一種新型清潔能源，有關(guān)其開(kāi)發(fā)問(wèn)題備受關(guān)注。在國(guó)家高度重視環(huán)境保護(hù)和清潔能源開(kāi)發(fā)的背景下，結(jié)合區(qū)位不同特征，制定合適的開(kāi)發(fā)計(jì)劃，可進(jìn)一步推進(jìn)地?zé)崮芫C合利用，促進(jìn)清潔代替目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和綠色低碳發(fā)展。

一、內(nèi)蒙古地區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景

（一）自然地理概況

工作區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)河套盆地西部邊緣，為中新生代斷陷盆地，北依狼山、南鄰鄂爾多斯高原，呈東西向?qū)拵钫共迹S河由南西經(jīng)磴口向北東流經(jīng)平原區(qū)，海拔在1030～1050m之間，相對(duì)高差為10m，總體地勢(shì)北高南低。按地貌形態(tài)類(lèi)型劃分為沖湖積平原和風(fēng)積沙地兩種類(lèi)型：

第一，沖湖積平原分布于工作區(qū)南部，為河套盆地主體部分，地面標(biāo)高1040m左右，地勢(shì)開(kāi)闊，地形平坦，局部微有起伏，坡度在2‰～6‰之間，微有向東、東南傾斜。

第二，風(fēng)積沙地分布于工作區(qū)北部及東南部，地面標(biāo)高1030～1050m， 分布有鏈狀、城狀沙丘，活動(dòng)沙丘和半固定沙丘，高度一般為10～30m，高者達(dá)50m。多為上更新統(tǒng)和中下更新統(tǒng)湖積粉細(xì)砂，為風(fēng)積物。

（二）區(qū)域地質(zhì)概況

根據(jù)勘測(cè)資料整合顯示開(kāi)發(fā)區(qū)巖性較豐富，灰黃綠色的變質(zhì)粉砂巖層厚度在857m以上，灰白色凝灰礫巖厚度在455m以上，酸性熔巖、流紋巖厚度大于432m。其余各類(lèi)巖層分布均較廣泛，包括泥巖、細(xì)砂巖、中粒巖屑砂巖等。斷裂帶位于內(nèi)蒙古中部地槽褶皺系，東部呈北—東方向展布，南部為隆起的低山，西側(cè)為索倫山。從地質(zhì)特征的視角看，是一種斷陷的盆地群，因?yàn)榈厍蜻\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的斷裂、分割而形成，從整體上看，地形落差較小，地勢(shì)相對(duì)平坦，多數(shù)為半地塹型結(jié)構(gòu)，從地形結(jié)構(gòu)演變角度分析經(jīng)歷了初始斷陷、深陷擴(kuò)張、抬升收縮與消亡，邊界位置斷裂更加嚴(yán)重，斷裂帶與區(qū)域構(gòu)造方向一致。

（三）區(qū)域水文概況

內(nèi)蒙古地區(qū)居于內(nèi)陸地區(qū)，離海較遠(yuǎn)，由于緯度較高，降水量較少，地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)區(qū)水系不太發(fā)達(dá)，僅有的河流多為季節(jié)性河流，一般在強(qiáng)降雨季節(jié)出現(xiàn)，并伴隨著強(qiáng)烈的蒸發(fā)而消失。區(qū)域內(nèi)湖泊數(shù)量較多，雖然存水量較少，但是數(shù)量可觀，主要含水層經(jīng)過(guò)勘探確認(rèn)為松散巖類(lèi)單一的潛水含水層、雙層或多層結(jié)構(gòu)，主要接收大氣降水補(bǔ)給地下水，由于水量較少，植被覆蓋率較低。松散巖類(lèi)潛水含水層分布普遍，埋藏深度在2～3.5m，含水層厚度一般在4～12m，雙層、多層結(jié)構(gòu)的潛水層巖性以粉細(xì)砂為主，沙地位置呈凹陷狀，含水層深度在50～220m，垂直入滲條件下，向北部盆地區(qū)匯聚。

（四）區(qū)域氣象狀況

區(qū)域?qū)俚湫桶敫珊荡箨懶詺夂颍緡?yán)寒，夏季炎熱，降水量少，蒸發(fā)量大于降水量。根據(jù)磴口縣氣象局顯示，年最高氣溫35～37℃，最低氣溫－31℃，年平均氣溫7.1℃，晝夜溫差大。年降水量在170～244mm之間，年平均降水量197.5mm，年平均蒸發(fā)量2646.2mm，全年無(wú)霜期110～120天，最大凍土深度2.10m；區(qū)域風(fēng)比較大，年平均風(fēng)速2.6～3m/s，多集中在春秋兩季，主導(dǎo)風(fēng)向隨季節(jié)而變化，常有沙塵暴出現(xiàn)。

二、內(nèi)蒙古地區(qū)斷裂對(duì)地?zé)豳Y源的控制作用分析

（一）熱儲(chǔ)特征及其埋藏條件

根據(jù)前期充分勘查驗(yàn)證，斷裂帶以南區(qū)域地?zé)豳Y源儲(chǔ)能豐富，從此處出發(fā)設(shè)立開(kāi)發(fā)點(diǎn)位，將地層底板埋藏深度大于2000m的等值線(xiàn)投影數(shù)據(jù)作為熱儲(chǔ)層探測(cè)參考，用可控源的音頻大地電磁展開(kāi)勘探，確定地?zé)豳Y源埋藏深度在2500m以下，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造分析熱儲(chǔ)溫度大約在25℃。熱儲(chǔ)層巖性為新近系砂巖、砂礫巖，以層狀熱儲(chǔ)為主，在地下1350m處時(shí)，熱儲(chǔ)層位置在668，熱儲(chǔ)有效厚度為200.03m，平均滲透率為389.72（10－3Um2）。鉆井分為三個(gè)階段：第一階段熱儲(chǔ)層位置在1350～1750m之間，熱儲(chǔ)有效厚度大約在160m以?xún)?nèi)；第二階段熱儲(chǔ)層位置在1750～2288.2m，熱儲(chǔ)厚度為182m；第三階段熱儲(chǔ)層位置2288.2～3018.6m，熱儲(chǔ)厚度在202m。該套地層結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定，地表傳導(dǎo)和散失效應(yīng)較好，具有良好的導(dǎo)熱性和保溫效果。熱儲(chǔ)蓋層主要以砂質(zhì)黏土和粉細(xì)砂為主，總厚度剛剛超過(guò)300m，導(dǎo)熱性較差，該位置多次發(fā)生斷裂運(yùn)動(dòng)，發(fā)育良好，地溫梯度較小，不同井段地溫溫差較大，與巖性與巖層固結(jié)程度有直接關(guān)聯(lián)，一般情況下，巖石較松散，溫度較高。

（二）地溫場(chǎng)特征

根據(jù)地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范文件顯示，開(kāi)發(fā)區(qū)地?zé)豳Y源度分級(jí)為低溫地?zé)豳Y源，初始開(kāi)挖期間地溫為8℃，打孔深度從10m開(kāi)始，依次增加10m最高加到120m。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，該開(kāi)發(fā)區(qū)域恒溫層深度為30m，恒溫層溫度為8.6℃，地?zé)豳Y源儲(chǔ)能豐富，集中在2200m位置。地?zé)峋骄責(zé)嵩鰷?.85℃/100，熱儲(chǔ)層中地?zé)崃黧w的交替作用強(qiáng)，這是由于斷裂帶運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)所致。

（三）區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件

臨河盆地為一大型盆地型地?zé)崽铮挥诤犹讛嘞菖璧刂校饕譃閷訝畹責(zé)嵩鰷匦停饕獰醿?chǔ)層為新近系粉、細(xì)砂巖層，以孔隙裂隙含水為主，由于含水層較厚，水量相對(duì)豐富，礦化度相對(duì)較高。地?zé)嵩鰷匦蜔崴校芏辔⒘吭剡_(dá)到醫(yī)療礦泉水命名標(biāo)準(zhǔn)，例如，溴、碘和鍶等，臨河區(qū)正在施工的LR1地?zé)峋磳儆诖祟?lèi)。熱儲(chǔ)層蓋層主要是第四系粉土、粘土及新近系上部厚層泥巖。工作區(qū)為層狀地?zé)崃黧w資源。

區(qū)域上屬于河套盆地，根據(jù)長(zhǎng)慶石油勘探局地震成果資料，河套盆地主要為近東西向及近南北向斷裂控制，F(xiàn)1、F2、F3、F4、四條斷裂相交，F(xiàn)2、F4為走向北東—南西，傾向西北的逆斷層，F(xiàn)1、F3為走向北西—南東，傾向西南的正斷層，這些構(gòu)造斷裂控制了工作區(qū)，易形成深部熱流上升通道，有利于熱水的形成。

根據(jù)臨深2、臨深3鉆孔資料及地震資料分析，河套盆地3000m內(nèi)主要地?zé)醿?chǔ)層分為三段，即860～960m以第四系中砂為主的地?zé)醿?chǔ)層，1000～2000m新近系上新統(tǒng)上部細(xì)砂巖地?zé)醿?chǔ)層和2200～2797m新近系上新統(tǒng)下部細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖地?zé)醿?chǔ)層。受F1、F2、F3、F4四條斷裂控制，區(qū)域內(nèi)該熱儲(chǔ)層分布穩(wěn)定，埋深由東南向西北加深，厚度加大。根據(jù)臨深3鉆孔測(cè)溫結(jié)果，800～1000m熱儲(chǔ)層孔內(nèi)溫度為45.2～52.2℃，1000～2000m熱儲(chǔ)層孔內(nèi)溫度為50.2～75.3℃，2200～2797m熱儲(chǔ)層孔內(nèi)溫度為80.4℃～94.0℃，熱度高于地?zé)崞骄荻龋饕虬ǎ旱谝唬ぷ鲄^(qū)內(nèi)斷層發(fā)育；第二，該區(qū)上部第四系地層為900m左右的厚層粘土、粉土，構(gòu)成了良好的蓋層。在河套盆地范圍內(nèi)已完成施工的地?zé)峋?眼（臨河LR1、五原、烏梁素海、章嘉廟LR2、巴音寶力格）的地?zé)峋挥诤犹着璧刂小?/p>

三、內(nèi)蒙古地區(qū)斷裂對(duì)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的潛力分析

（一）地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)可行性評(píng)價(jià)

斷裂交匯處以及斷裂破碎帶，地溫較高且地?zé)崮芰肯鄬?duì)富集，可以為熱水的儲(chǔ)存、循環(huán)提供足夠空間。地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)成井深度小于1000m時(shí)，經(jīng)濟(jì)性較高，開(kāi)發(fā)難度較小；在1000～3000m之間時(shí)，經(jīng)濟(jì)性一般且開(kāi)發(fā)難度較大；如果成井深度大于3000m，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，資源開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)性無(wú)法保證。其次，在地?zé)峁┡希裼媒ㄖ蜏責(zé)崴孛孑椛涔┡墓┧疁囟纫话阍?0～50℃，如果出水溫度較高，需要考慮安裝地暖溫控器進(jìn)行換熱，以防止供暖溫度過(guò)高，同時(shí)避免對(duì)送暖的塑料管材造成損耗，經(jīng)過(guò)測(cè)驗(yàn)此處鉆井出水溫度為45℃，舒適度較高。

（二）地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

地?zé)豳Y源必須具備熱源、蓋層、儲(chǔ)層和水四個(gè)條件才能形成，對(duì)地?zé)豳Y源有效開(kāi)發(fā)，并將資源應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，可以降低環(huán)境污染，為當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)提供良好機(jī)遇，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。本區(qū)域地?zé)豳Y源儲(chǔ)能十分豐富，為進(jìn)一步提高資源開(kāi)采效益，避免對(duì)環(huán)境造成污染，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要檢驗(yàn)地?zé)峋泻械母鞣N成分，具體如表1所示。

對(duì)照排放標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)區(qū)地?zé)峋疅崴械姆砍^(guò)最高允許排放量，其余各種有害成分均符合排放標(biāo)準(zhǔn)，地?zé)釢舛日w不會(huì)對(duì)環(huán)境造成化學(xué)污染。

除了有害組分化學(xué)污染，熱污染也是地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)中需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。熱污染的主要危害在于水中存在缺氧現(xiàn)象，水體富營(yíng)養(yǎng)化，造成水中水生生物大量繁殖。隨著水體溫度升高，水生生物難以正常生長(zhǎng)、發(fā)育與繁殖，在越來(lái)越嚴(yán)重的污染狀況下會(huì)改變局部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，更會(huì)導(dǎo)致水分子劇烈運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而造成陸地上液體蒸發(fā)過(guò)快，失水現(xiàn)象嚴(yán)重。對(duì)此，在開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源的過(guò)程中，需要查探清楚開(kāi)發(fā)區(qū)的熱儲(chǔ)、水質(zhì)與溫度，采取多種方法確定地?zé)豳Y源量、流體儲(chǔ)量并做好控制，避免造成嚴(yán)重的熱污染。

（三）地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用建議

在地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中，要本著“在保護(hù)中開(kāi)發(fā)，在開(kāi)發(fā)中保護(hù)”的原則，開(kāi)發(fā)前期展開(kāi)系統(tǒng)的勘探工作，采用階梯式開(kāi)發(fā)的方法，最大程度上利用地?zé)豳Y源，科學(xué)布設(shè)地?zé)峋瑥木C合利用的角度出發(fā)，確保開(kāi)發(fā)工作有序進(jìn)行，避免造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)循環(huán)發(fā)展。

雖然內(nèi)蒙古地區(qū)目前地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用形式較單一，總體上能量利用率相對(duì)較低，但是結(jié)合當(dāng)前地?zé)豳Y源分布情況和開(kāi)發(fā)狀況上看，各項(xiàng)工作的開(kāi)展很有秩序，相關(guān)產(chǎn)業(yè)正朝著規(guī)模化方向發(fā)展。地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)和利用主要集中在地?zé)峁┡c制冷、烘干、大棚種植與養(yǎng)殖、溫泉療養(yǎng)及旅游等方面。為延長(zhǎng)地?zé)豳Y源利用鏈，目前進(jìn)一步加深對(duì)開(kāi)采技術(shù)的研究，希望通過(guò)豐富地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)模式，提高資源利用率，拓寬資源適用范圍。

（四）地?zé)豳Y源保護(hù)

內(nèi)蒙古自治區(qū)地?zé)豳Y源儲(chǔ)能豐富，資源開(kāi)發(fā)時(shí)間較早，具有一定的經(jīng)驗(yàn)，為提高地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色、生態(tài)的發(fā)展目標(biāo)，在資源開(kāi)發(fā)中還要做好保護(hù)。當(dāng)前，地方政府高度重視地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)，結(jié)合地?zé)豳Y源分布情況，制定開(kāi)發(fā)利用保護(hù)規(guī)劃，同時(shí)加大對(duì)地?zé)豳Y源的勘查評(píng)價(jià)力度，詳細(xì)分析不同開(kāi)發(fā)潛力的區(qū)域存在的危險(xiǎn)性，并根據(jù)各類(lèi)產(chǎn)業(yè)布局，設(shè)計(jì)階梯型開(kāi)發(fā)方案。為了使能源得到充分利用，相關(guān)部門(mén)正在逐步建立系統(tǒng)的綜合利用開(kāi)發(fā)體系。

基于科學(xué)發(fā)展觀的理念，一定要加強(qiáng)管理，保護(hù)好地?zé)豳Y源。內(nèi)蒙古地?zé)衢_(kāi)發(fā)區(qū)具有很大潛力，但在開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須以保護(hù)為先，重點(diǎn)進(jìn)行全面的勘查作業(yè)，集中管理開(kāi)發(fā)區(qū)，設(shè)立單獨(dú)的地?zé)豳Y源保護(hù)機(jī)構(gòu)，并參照其他地區(qū)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)出臺(tái)相關(guān)政策，制定法律法規(guī)依據(jù)，避免造成不符合規(guī)范的開(kāi)發(fā)。同時(shí)，可以建立數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)詳細(xì)記錄地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)情況，并做好監(jiān)管，根據(jù)利用途徑設(shè)計(jì)分層管理方案，以確保資源得到高效利用，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

四、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)地?zé)豳Y源儲(chǔ)量豐富，但當(dāng)前資源利用程度還有待提升，開(kāi)發(fā)潛力巨大。相比于太陽(yáng)能和風(fēng)能等清潔能源，地?zé)崮茉撮_(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，這是現(xiàn)階段能源開(kāi)發(fā)成本較高的重要影響因素。對(duì)于不同的地質(zhì)情況和水文條件，要嘗試采用不同的技術(shù)手段進(jìn)行勘探、鉆井，通過(guò)精細(xì)刻畫(huà)熱儲(chǔ)層空間分布，不斷完善開(kāi)發(fā)技術(shù)，盡快形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，最大程度上提升能源開(kāi)發(fā)效率，促進(jìn)能源高效利用，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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