河南省安陽市地熱開發(fā)的環(huán)境效應和環(huán)境保護

閆銀花

（中國地質(zhì)大學，湖北 武漢430074）

地熱資源是一種清潔能源，有比較廣的利用價值，可以用于生活取暖、保健、溫室、養(yǎng)殖等方面，有著巨大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。安陽市地熱資源豐富，可利用量較大，具有很大的開發(fā)潛力。雖然地熱資源開發(fā)有有利的一面，還必須注意地熱開發(fā)的負效應，科學地評估可能引發(fā)的環(huán)境問題，并積極采取預措施，防患于未然。

1 區(qū)域地質(zhì)和安陽次凹熱儲特征

安陽市地處安陽次凹地熱田，其為湯陰斷陷地熱田北部之次級地熱田。湯陰斷陷地熱田位于太行山東側(cè)，呈北北東向展布于安陽、新鄉(xiāng)、焦作、新鄉(xiāng)一帶，面積1688.33k m2。其西以青羊口斷裂為界，東以湯東麓斷裂帶為界與內(nèi)黃凸起地熱田相鄰，南以焦作-新鄉(xiāng)斷裂為界與濟源-開封凹陷地熱田相鄰。熱儲層自上而下可分為新近系熱儲層、古近系熱儲層和古生界寒武-奧陶系熱儲層。地溫梯度一般2.5～3.0℃/100 m，埋深1000 m處地溫一般為38～40℃。

安陽次凹地熱田大體呈東西向展布，面積約300k m2，廣泛分布低溫地熱資源，地溫梯度≤2.8℃/100 m。其北界為安北斷裂，規(guī)模較??；南界為安南斷裂，規(guī)模較大，呈北西西向，傾向北，張性、左旋，橫切各熱儲層，向西直達山區(qū)，推測為導水斷裂；東界為湯東斷裂帶，呈北北東向，由三條斷裂構(gòu)成，傾向西，屬全新世活動斷裂帶，斷距達到4000 m，可能導通深部熱源，屬控熱斷裂；西界尚未發(fā)現(xiàn)邊界斷裂，似為較陡三疊系斜坡。東西向地震剖面顯示為 “楔”形斷陷，最大深陷達6000～7000 m，斷陷深度向周邊迅速變淺。儲熱條件東部優(yōu)于西部。西部為侏羅—白堊系、三疊系砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，一般劃為非熱儲層，深部埋藏有奧陶系灰?guī)r熱儲；東部為安陽次凹地熱田中心地帶，有良好的聚熱聚水的條件，4000 m以淺主要為古近系熱儲層，包括沙河街組二段和沙河街組三段上部、沙河街組三段下部和沙河街組四段，儲水條件隨深度有變差的趨勢，適宜采熱采水段位于1000～1600 m。湯東斷裂帶為脈狀熱儲，推測具有良好的勘查開發(fā)前景。

安陽次凹地熱田，按地熱資源溫度分級，屬低溫地熱資源中的溫熱水 （40℃≦t＜60℃），深部為熱水 （60℃≦t＜90℃），單井出水量40～60 m3/h，地熱流體多為氯化鈉型，溶解性總固體2000～7000 mg/l，一般為鍶型醫(yī)療熱礦水，鍶含量可高達12.67 mg/l。

2 安陽市地熱開發(fā)的環(huán)境優(yōu)勢及開發(fā)前景

安陽市是一個亟待發(fā)展的豫北區(qū)域性中心城市和旅游城市，能源的穩(wěn)定供給是由大量燃料化石的電廠來支撐?；剂舷M，必然排放大量的CO2、SO2和粉塵，從而加重大氣污染，給節(jié)能減排帶來壓力。因此，大力開發(fā)新能源，就成為必然選擇。地熱資源與風能、太陽能等非人力控制的自然資源相比，地熱能是一種在開采利用時間上，可人為控制使用的可再生能源，是集熱、礦、水為一體，具有廣泛用途的新能源，其直接利用總量在可再生能源排序中，僅次于生物質(zhì)能的直接利用。開發(fā)利用地熱資源，可以降低常規(guī)能源消耗，減少環(huán)境污染，尤其是大氣污染，又可以在發(fā)展某些相關(guān)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟與提高人們生活質(zhì)量方面發(fā)揮作用。因此，應當把勘查開發(fā)地熱資源置于重要位置，同時，還應注意 “綜合利用，梯級開發(fā)”。

安陽市目前有地熱井15眼，主要分布在鐵東地區(qū)，井深1500～2200 m，單井出水量40～60 m3/h，開采能力約7.0×104m3/a，實際開采量較低，利用率不高，主要是洗浴，個別用于采暖，商業(yè)性開發(fā)還處在很低水平，遠未形成產(chǎn)業(yè)化。此外，地熱水是難能可貴的高鍶醫(yī)療熱礦水，可用于發(fā)展浴療、保健及養(yǎng)生業(yè)。因而，地熱資源開發(fā)市場廣闊，前景看好。今后，應大力推廣地熱供暖，其將由于與熱泵技術(shù)和地板幅射采暖技術(shù)相結(jié)合，使地熱溫水、溫熱水得到比較充分的開發(fā)利用，從而取得應有的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，為低碳經(jīng)濟的發(fā)展做出貢獻。

3 安陽市開發(fā)地熱資源可能對環(huán)境造成的影響

3.1 對生態(tài)環(huán)境的影響

安陽市地熱水為氯化鈉型，以高礦化、高氯、高鈉、高鍶為其特征，不宜飲用、不宜灌溉，如果 “不達標”排放，就會以化學污染、熱污染的方式對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

高礦化地熱廢水排入湖泊、河流，將造成地表水體的污染和水質(zhì)變化，滲入地下則可能造成淺層地下水污染。而超過35℃的水用于灌溉，會抑制農(nóng)作物生長，并可造成嚴重的土壤板結(jié)或鹽堿化。地表水體溫度升高，還會引起溶解氧減少，氧擴散系數(shù)增大，致魚類因缺氧而死亡；還由于水體富營養(yǎng)化，而引起水生生物大量繁殖、藻類和浮游生物爆發(fā)性生長，當藍藻占優(yōu)勢時，水味劣化，甚至使人、畜中毒；水中含有的污染物，如毒性較大的汞、鉻、砷、酚和氰化物等，其化學活動性和毒性都有可能因水溫的增高而加劇。

在熱利用效率較低的情況下，地熱尾水溫度普遍較高，其排放過程中熱量的釋放，還使局部地區(qū)的小氣候發(fā)生變化。若其直接排往市政污水管道，不僅浪費資源，而且會導致細菌、病毒、微生物和蚊、蠅大量繁殖，并可能傳染各種疾病。

3.2 對地面沉降的影響

幾乎從任何熱儲層抽取地熱流體，都可能導致可檢測的地面沉降。國內(nèi)外由于開采地熱流體而導致地面沉降的實例并不鮮見。如新西蘭懷拉基地熱田，1956年地熱井試采時，即開始了地面沉降監(jiān)測工作。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，1964～1974年地面沉降量最大，約為4.5 m，影響范圍達65k m2，并且發(fā)生了水平位移，最大位移0.4 m。目前，我國有近70個城市因不合理開采地熱流體，誘發(fā)了地面沉降，沉降范圍6.4萬k m2。沉降中心最大沉降量超過2 m的，有上海、天津、太原、西安、蘇州、無錫、常州等城市。

地面沉降是一種緩變型的地質(zhì)災害，其形成機理，一般認為是，由于長期開采，破壞了原有的水力平衡，使原先飽和的含水層疏干壓密，從而減弱了對覆巖的頂托力；另一方面，黏土類土大量釋水壓密，則進一步加劇了地面沉降。而粘性土層的釋水壓密特征與含水砂層的釋水壓密特征不同，屬不可逆變形，它是產(chǎn)生地面沉降最主要的原因。

安陽市是典型的孔隙型熱儲，除砂層外，黏性土的比重很大，地熱流體開采量較小的情況下，一般不會產(chǎn)生地面沉降。但隨著開采量的增大，尤其是集中同一采層，呈過量開采狀態(tài)，將形成開采降落漏斗，有可能產(chǎn)生 “砂層疏干、黏土釋水”效應，從而導致地面沉降。

3.3 對地震活動的影響

按 《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》 （GB18306-2001），安陽市地處地震動峰值加速度0.15g，地震基本烈度Ⅶ度，屬地震區(qū)。歷史上曾發(fā)生過多次地震，如1814年的湯陰宜溝5.25級地震和1737年新鄉(xiāng)的5.5級地震，其發(fā)震構(gòu)造均為湯東斷裂。因此，在安陽市開發(fā)地熱資源是否會引發(fā)地震，便成為需要討論的話題。

國內(nèi)專家一般認為，溫度在150℃以上的地熱資源往往位于地震帶上，如美國加州和我國臺灣、印度尼西亞、新西蘭等位于環(huán)太平洋地震帶，青藏高原則處在喜馬拉雅地震帶。這些地區(qū)地殼和巖漿的頻繁活動，將深層地下水 “燒”成了高溫蒸汽，可沿斷裂、裂隙直接到達地表形成溫泉甚至沸泉。相對于地球內(nèi)部活動的強度而言，人類的采熱活動強度的影響微乎其微。如西藏羊八井的地熱發(fā)電站，1981年即投產(chǎn)運行，近30年并沒有引發(fā)地震；我國東部地區(qū)地殼運動不很活躍，雖廣泛開發(fā)地熱資源，但多屬水溫在100℃以下的中低溫地熱資源，引發(fā)地震的風險更要低得多。安陽市地熱開采深度不足2000 m，而且，開發(fā)量有限，一般不會引發(fā)地震，地震之虞的憂慮是缺乏科學依據(jù)的。

4 地熱開發(fā)過程中的環(huán)境保護措施

安陽市地熱資源如果過量開發(fā)，可能引發(fā)負效應，社會各界須高度重視。應采取以下措施，合理開發(fā)利用和保護地熱資源，保障地熱資源可持續(xù)利用。①確立地熱資源礦產(chǎn)資源屬性，制定完善的管理辦法，實行統(tǒng)一管理，制定勘查、開發(fā)規(guī)劃，逐步實施；②在開發(fā)布局上，重點是東部層狀熱儲，開采深度小于2000 m，湯東斷裂帶應作控制性開發(fā)；③實行總量控制，綜合利用，梯級開發(fā)，提高地熱資源利用技術(shù)和利用水平；④建立區(qū)域地資源開發(fā)監(jiān)督監(jiān)測系統(tǒng)，開展動態(tài)預測預報；⑤提高環(huán)保意識，制定地熱水廢水達標排放標準及措施，減少環(huán)境污染；⑥積極推行地熱尾水的回灌，確立地熱回灌是地熱開發(fā)的第一前提的觀點，并制定相應制度。

面對 “地熱潮”，應記取恩格斯100多年前的告誡： “我們不要過分陶醉于我們對自然界的勝利。對于每一次這樣的勝利，自然界都報復了我們。每一次勝利，在第一步都確實取得了我們預期的結(jié)果，但是在第二和第 三步都有了完全不同的、出乎預料的影響。常常把第一個結(jié)果取消了。

5 結(jié)論

安陽市地熱資源集熱、礦、水為一體，是具有廣泛用途的新能源，有良好的開發(fā)前景。雖然，地熱資源過量開發(fā)可能引發(fā)化學污染、熱污染、地面沉降等環(huán)境問題，在敏感地帶對地震活動性也可能有一定影響，但只要引起重視，采取措施，加強監(jiān)測，實行 “立足保護，限制采量，綜合利用，梯級開發(fā)”的方針，把地熱回灌當做地熱開發(fā)的第一前提，必能極大地消減地熱開發(fā)的負效應，保障地熱資源的可持續(xù)利用，發(fā)揮地熱資源的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

公示

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