秦皇島地?zé)崮芴菁?jí)利用狀況與前景分析

杜立新,楊燕雄

(河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì),河北秦皇島066001)

秦皇島地?zé)崮芴菁?jí)利用狀況與前景分析

杜立新,楊燕雄

(河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì),河北秦皇島066001)

在對(duì)秦皇島地?zé)崮苜Y源現(xiàn)狀和開(kāi)發(fā)利用調(diào)查的基礎(chǔ)上,對(duì)秦皇島地區(qū)的地?zé)豳Y源分布特征進(jìn)行了分類,通過(guò)對(duì)相應(yīng)的地?zé)豳Y源利用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查,掌握了地?zé)崮芾玫默F(xiàn)狀以及存在的種種問(wèn)題和不足。為了更加合理高效地利用地?zé)崮苜Y源,進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用前景分析,制定了地?zé)崮芫C合梯級(jí)利用的規(guī)劃建議。

地?zé)崮?淺層地?zé)崮?梯級(jí)利用;清潔能源;采礦權(quán)

常規(guī)資源因其不可再生的特性已經(jīng)面臨著衰竭,其造成的過(guò)量碳排放已經(jīng)危害到了人類生存的環(huán)境,開(kāi)發(fā)清潔能源、節(jié)能減排已經(jīng)成為今后能源開(kāi)發(fā)利用的一個(gè)方向。地?zé)崮茏鳛橐环N潔凈的可再生能源,具有熱流密度大、容易收集和輸送、參數(shù)穩(wěn)定(流量、溫度)、使用方便等優(yōu)點(diǎn),作為一種礦產(chǎn)資源的同時(shí)也是寶貴的旅游資源和水資源,具有極大的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

目前人類對(duì)地?zé)岬睦梅譃閮纱箢?一類是地?zé)岚l(fā)電;另一類是直接利用,像地?zé)岵膳?、洗浴、游泳、養(yǎng)魚(yú)等。秦皇島地區(qū)因其地?zé)岢梢蚝吞攸c(diǎn)不適合發(fā)電,目前主要是直接應(yīng)用于洗浴和養(yǎng)殖。針對(duì)秦皇島地區(qū)的地?zé)豳Y源特點(diǎn)和成因,選擇適合當(dāng)?shù)氐牡責(zé)豳Y源利用方式,最大效率地發(fā)揮地?zé)崮茉吹纳鐣?huì)功效和經(jīng)濟(jì)效益是本利用規(guī)劃的最根本出發(fā)點(diǎn)。秦皇島地區(qū)的地?zé)豳Y源利用方式單一,且現(xiàn)有的利用方式資源浪費(fèi)嚴(yán)重,迫切需要制定相關(guān)的開(kāi)發(fā)利用方案保護(hù)地?zé)豳Y源,合理永續(xù)地利用地?zé)豳Y源。

1 研究區(qū)概況

秦皇島位于河北省東北部 ,E118°33′～119°51′,N39°24’～40°37’。東北接遼寧省綏中縣 ,西近京津,位于東北與華北兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)的結(jié)合部。交通便捷,通訊發(fā)達(dá)。氣候類型屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。

秦皇島地區(qū)地?zé)崂玫臍v史可追溯至明代,但地下熱水廣泛的應(yīng)用還是起自上世紀(jì)70年代以后,主要應(yīng)用于農(nóng)副業(yè)、洗浴、醫(yī)療、采暖等方面。

2 秦皇島地?zé)豳Y源分布特征

秦皇島地?zé)豳Y源比較豐富,目前共發(fā)現(xiàn)地?zé)岙惓^(qū)10處,按照其分布特征可分為兩類:分布在山區(qū)及平原北部山前地帶的帶狀熱儲(chǔ),鉆孔揭露深度一般200～300 m,最大深度408 m,地?zé)岙惓^(qū)面積小,分布零散,但埋藏淺,易開(kāi)采;平原區(qū)南部的層狀熱儲(chǔ)地?zé)釁^(qū),面積較大,埋藏較深,水量較豐富,目前鉆孔揭露深度500～1 400 m。

2.1 帶狀熱儲(chǔ)

帶狀熱儲(chǔ)熱水儲(chǔ)集層巖性為花崗巖(J3QC、J1XY)和變質(zhì)巖 (A r13Agn、A r3L),山區(qū)地下熱水多以溫泉形式泄出地表,從出露的地貌部位來(lái)看,溫泉均出露在地形較低的部位。流量一般為0.1～3.0 L/s,礦化度0.19～1.15 g/L,水化學(xué)類型為 SO4-Na和 HCO3·SO4-Na·Ca型。

地下熱水溫度一般30～50℃,最高53℃,均屬低溫—中低溫地下熱水。地?zé)岙惓^(qū)面積狹小,呈點(diǎn)狀零星分布,異常區(qū)面積一般0.21～8.6 km2。

地?zé)岙惓^(qū)的展布位置及形態(tài)受斷裂構(gòu)造控制,無(wú)論是山區(qū)還是平原,地?zé)岙惓^(qū)均位于深大斷裂上或其附近,特別是斷裂的交匯處或拐彎部位。淺層地下水等溫線靠近斷裂和交匯處密集,向外圍逐漸變疏。地?zé)岙惓^(qū)形態(tài)主要表現(xiàn)為圓形、橢圓形或丁字型,如大泥河地?zé)岙惓^(qū)受(NEE向)、(NNE向)和大泥河—蒲蘭莊斷裂(NW向)控制,形態(tài)呈橢圓形。

2.2 層狀熱儲(chǔ)

層狀熱儲(chǔ)分布在秦皇島昌黎縣南部沿海地區(qū),熱水儲(chǔ)集層巖性為上第三系明化鎮(zhèn)組和館陶組的砂巖、含礫砂巖、礫巖。

明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ):厚度為680～760 m,其底界埋深為960～1 100m,水溫一般為28～33℃。地下熱水水位埋深一般為4.0～10.0 m,地?zé)峋畣尉克?50～900 m3/d,水化學(xué)類型為Cl-Na型。

館陶組熱儲(chǔ):厚度為420～470 m,其底界埋深為1 420～1 520 m,水溫一般為36～52℃。地下熱水水位埋深一般為31.0～+5.0 m,單井涌水量500～1 500 m3/d,水化學(xué)類型為 HCO3-Na型。

層狀熱儲(chǔ)的地溫狀況不僅與斷裂有關(guān),還受基底形態(tài)和凹凸相間的構(gòu)造格局影響。凹陷和凸起的構(gòu)造特征影響著地溫場(chǎng)的分布,和來(lái)自地球內(nèi)部的熱流在向上傳導(dǎo)的過(guò)程中,由于在地殼表面部位再分配,局部由負(fù)構(gòu)造區(qū)向正構(gòu)造區(qū)集中。在新生界蓋層分布的范圍內(nèi)為正向構(gòu)造地溫高,地溫梯度大;負(fù)向構(gòu)造地溫低,地溫梯度小。如小灘異常區(qū)位于姜各莊凸起上,其北側(cè)為劉臺(tái)莊—渤海斷裂,南側(cè)為朱各莊—荒佃莊斷裂,異常中心地溫梯度為3.5～4℃/100 m,而相鄰的團(tuán)林地?zé)岙惓^(qū)位于昌黎凹陷內(nèi),異常中心地溫梯度為3～3.5 ℃/100 m。

3 秦皇島地?zé)崂矛F(xiàn)狀分析

秦皇島地區(qū)經(jīng)河北省地礦局批準(zhǔn)的C級(jí)地?zé)豳Y源量為 24.834 7×1016J,可采資源量為2.597 6×1016J,(相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤 88.652 6×104t),D+E級(jí)地?zé)豳Y源量為493.278 8×1016J,可采資源量為49.328 0×1016J(相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤1 683.544 8×104t)。

3.1 地?zé)崂矛F(xiàn)狀

秦皇島地區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的地?zé)岙惓^(qū)有10處,已經(jīng)不同程度地被開(kāi)發(fā)利用,按照開(kāi)發(fā)利用的方式主要分為兩類:一類是用于洗浴,另一類就是養(yǎng)殖。開(kāi)發(fā)利用的均為深層地下熱水,開(kāi)發(fā)利用的重點(diǎn)均分布在地?zé)岙惓３雎逗蜆?gòu)造有利的部位。此處僅選取溫泉堡地?zé)釁^(qū)做說(shuō)明。

溫泉堡地?zé)釁^(qū)內(nèi)分布有溫泉2個(gè),地?zé)徙@孔1個(gè),地下熱水主要用于養(yǎng)殖和洗浴。

3.1.1 養(yǎng)殖、灌溉

撫寧縣畜牧水產(chǎn)局利用秦 W 4溫泉于1988年建立了設(shè)備較好的種魚(yú)場(chǎng),相繼修建了露天魚(yú)池和大棚魚(yú)池,因?yàn)楦鞣N原因先后多次停產(chǎn)后又投入使用。此外,黑山咀村利用秦 W 4溫泉部分熱水于1983年修建了一座小型魚(yú)場(chǎng)。2008年養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)擴(kuò)建,養(yǎng)殖面積較原先擴(kuò)大一倍,目前已經(jīng)投入生產(chǎn)。有一部分水經(jīng)輸送用于灌溉,熱水中除 F-超標(biāo)外,Cl-、SO2-4含量及礦化度低,酸堿度較為適中,相比之下,地下熱水灌溉秧苗生長(zhǎng)快,產(chǎn)量高。

3.1.2 洗浴

中國(guó)人民解放軍于1963年在秦W 5溫泉出露處修建了海軍408醫(yī)院,病員和院方醫(yī)護(hù)人員利用溫泉和秦W 4鉆孔熱水進(jìn)行洗浴,對(duì)治療心血管疾病、皮膚病及風(fēng)濕病等療效顯著。后因?yàn)?08醫(yī)院遷址,此處停用。2004年5月,總投資1 800萬(wàn)元的金龍溫泉度假村投入使用,依托地?zé)豳Y源,金龍溫泉度假村現(xiàn)已發(fā)展成為集吃、住、娛樂(lè)、洗浴于一身的溫泉度假勝地,取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 地?zé)崂么嬖诘膯?wèn)題

溫泉堡地?zé)豳Y源利用現(xiàn)狀只是秦皇島地區(qū)地?zé)豳Y源利用的一個(gè)縮影,相對(duì)于其他的9個(gè)地?zé)岙惓^(qū),開(kāi)發(fā)條件較好,但地?zé)崂弥斜┞冻鰜?lái)的相關(guān)問(wèn)題基本上都是普遍存在的。

3.2.1 盲目開(kāi)采造成水溫下降

地下熱水在開(kāi)發(fā)利用中沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)劃,盲目開(kāi)采,已經(jīng)對(duì)地?zé)豳Y源造成了破壞,局部地區(qū)熱水溫度已經(jīng)下降。以李埝坨為例,由于私自開(kāi)采,秦144孔水溫由1993年最低的35℃下降到2003年的24.2℃。

3.2.2 梯級(jí)開(kāi)發(fā)較差,熱水利用率不高

地下熱水一次利用,梯級(jí)開(kāi)發(fā)較差,熱水利用率不高,有效利用溫差較小,造成了大量的熱資源浪費(fèi)。

3.2.3 地?zé)崂眉夹g(shù)落后

地?zé)崂眉夹g(shù)較落后,熱水開(kāi)發(fā)以個(gè)體承包、分散經(jīng)營(yíng)為主,急功近利,破壞性的開(kāi)發(fā)造成部分地區(qū)水溫、水位下降。

3.2.4 開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目單一

開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目單一,對(duì)地?zé)崧糜委燄B(yǎng)這一重要開(kāi)發(fā)項(xiàng)目重視不夠。因秦皇島是一個(gè)旅游城市,單一的開(kāi)發(fā)利用,地下熱水的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益未能充分發(fā)揮出來(lái)。

3.2.5 廢水排放造成污染

地?zé)崴鳛橐环N礦產(chǎn)資源,并沒(méi)有得到有效的利用,利用后的棄水直接排放,其成分和熱量等造成污染。

3.2.6 地下水環(huán)境受到破壞

地?zé)徙@孔等均沒(méi)有相關(guān)的回灌井,過(guò)度的開(kāi)采對(duì)地下水環(huán)境會(huì)造成不可逆的破壞。

4 地?zé)崮芴菁?jí)利用規(guī)劃

地?zé)豳Y源分為兩種,即深層地?zé)岷蜏\層地?zé)?。深層地?zé)崾侵笢囟雀哂?5℃,集“熱、礦、水”為一體的自然資源;而淺層地?zé)崾堑蜏氐責(zé)崮艿牧硪环N形式,它涉及地下一定深度內(nèi)的淺層地?zé)豳Y源,包括土壤和地下水中的熱能等,大大擴(kuò)展了地?zé)釕?yīng)用的范疇。而秦皇島現(xiàn)有的地?zé)崂枚鄶?shù)都是深層地?zé)帷?/p>

4.1 深層地?zé)崂靡?guī)劃

針對(duì)現(xiàn)有的地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀,為了高效合理地利用地?zé)崮?必須在開(kāi)發(fā)利用中注意梯級(jí)利用的問(wèn)題。所謂的梯級(jí)利用就是分批次,按照各種用途的水溫要求,由高到低、依次利用,以求最大程度地提高地下熱水的有效利用溫差,從而達(dá)到地?zé)崮艿母咝Ю?。針?duì)現(xiàn)有的地?zé)崂脿顩r,結(jié)合秦皇島本地的實(shí)際情況,現(xiàn)有的地?zé)岙惓^(qū)域并沒(méi)有較大的社區(qū)和建筑群,如果只是做單純的采暖地?zé)峥照{(diào),無(wú)疑不符合秦皇島本地的地?zé)豳Y源特征狀況。秦皇島地?zé)崮芴菁?jí)利用前景主要側(cè)重于豐富地?zé)崂脤哟?擺脫單一的利用方式,根據(jù)溫度的差異,投入相應(yīng)的熱利用項(xiàng)目。

結(jié)合目前的地?zé)崂梅较?針對(duì)現(xiàn)有的利用方式,分別做一下規(guī)劃:

4.1.1 發(fā)展以養(yǎng)殖為主產(chǎn)業(yè),旅游休閑為輔業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局

以養(yǎng)殖為主要方式的地?zé)釁^(qū)域,按照水溫特點(diǎn)分別養(yǎng)殖不同種類的水產(chǎn)品,并且發(fā)展以養(yǎng)殖為主導(dǎo)的旅游休閑(垂釣等)產(chǎn)業(yè)格局。養(yǎng)殖用水通過(guò)鋪設(shè)管道散熱用于做溫室養(yǎng)殖的熱源,溫室利用以后的熱水經(jīng)處理后回灌地下,從而循環(huán)利用,做到資源可續(xù)利用,現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)利用設(shè)施只需作進(jìn)一步的投入和改造,而不做較大調(diào)整。

對(duì)于這一調(diào)整,需要注意的是回灌之前水質(zhì)的控制,如果被污染的水被回灌到地層中去,對(duì)當(dāng)?shù)氐牡叵滤坏┰斐晌廴?在今后很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)將會(huì)很難消除該危害。

4.1.2 發(fā)展洗浴、理療、休閑娛樂(lè)為一體的旅游度假村

現(xiàn)階段以洗浴為主要利用方向的地?zé)釁^(qū)域,忽視了地下熱水的礦物成分特性和醫(yī)療效用。因此進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)要注重地?zé)岑燄B(yǎng)等方面的發(fā)展?，F(xiàn)有的撫寧縣金龍溫泉度假村就是一個(gè)很好的例子,發(fā)展洗浴、理療、休閑娛樂(lè)為一體的旅游度假村。對(duì)于多樣利用地?zé)崮鼙仨氉⒁馑|(zhì)的變化,盡可能避免由于人類開(kāi)采地?zé)崴斐傻乃廴竞蜔嵛廴尽?/p>

4.2 淺層地?zé)崮芾?/h3>

秦皇島地處華北東部,淺層地?zé)崮芾脙r(jià)值較大,可以兼顧制冷和采暖的需要。針對(duì)地形地貌特點(diǎn)適用不同的開(kāi)發(fā)系統(tǒng):山前平原、沖積平原、三角洲平原適合開(kāi)展地下水、地埋管地源熱泵系統(tǒng);沿海地區(qū)、濱海平原適合地理管地源熱泵系統(tǒng);濱海城市適合海水源熱泵系統(tǒng)。這些技術(shù)都為淺層地?zé)崮艿睦煤烷_(kāi)發(fā)提供了可行的技術(shù)手段。

而現(xiàn)有的淺層地溫利用技術(shù)中,應(yīng)用最為廣泛的就是地源熱泵。地源熱泵開(kāi)發(fā)淺層地?zé)崮茌^深層地?zé)岬膬?yōu)點(diǎn)有:供暖模式上熱泵的效率為300%～400%,而空調(diào)機(jī)(空氣—空氣熱泵)效率為200%,電效率為 100%,燃油效率為 90%,燃煤的效率為55%;無(wú)直接的二氧化碳排放,環(huán)保;淺層地?zé)崮軣岜弥恍?0～200 m的鉆孔,較深層地?zé)峤?jīng)濟(jì);淺層地?zé)崮艿睦貌皇艿赜蛳拗?條件到處都具備;作為淺層地?zé)崮芾帽容^成熟的一個(gè)手段,地源熱泵首次投入的資金較大,但是后期運(yùn)營(yíng)成本極低,只需要消耗極少的電能就能滿足系統(tǒng)的運(yùn)行。

秦皇島地區(qū)發(fā)展地源熱泵應(yīng)該集中在人口較為集中的地區(qū),改變傳統(tǒng)的供暖和制冷模式才能從根本上改變對(duì)常規(guī)資源的依賴,減少環(huán)境污染物的排放。

淺層地?zé)崮苤饕玫乇硪韵乱欢ㄉ疃葍?nèi)的熱能,基本上集中在厚度200 m左右。因此針對(duì)蓋層厚度,對(duì)于秦皇島地區(qū)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)的有力地段做了劃分,并對(duì)現(xiàn)有的地?zé)岙惓^(qū)的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀和規(guī)劃做了規(guī)劃和調(diào)整,具體見(jiàn)規(guī)劃分區(qū)圖。

5 結(jié)論

秦皇島地區(qū)深層地?zé)豳Y源利用工作具有一定的規(guī)模,需要在梯次利用和開(kāi)發(fā)利用方式上擺脫單一利用項(xiàng)目和一次性利用地下熱水,盡可能地提高有效利用溫差。

利用淺層地?zé)崮?對(duì)于改善秦皇島地區(qū)的人居環(huán)境,保護(hù)環(huán)境,節(jié)能減排有著比較現(xiàn)實(shí)的意義,應(yīng)該側(cè)重的發(fā)展。

現(xiàn)有的地?zé)崂脩?yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè),并側(cè)重回灌,從而避免由于開(kāi)采利用引起的地?zé)豳Y源退化和破壞。

應(yīng)該注重地?zé)岵傻V權(quán)的管理,避免盲目開(kāi)采引起的地?zé)豳Y源及地下水資源的破壞。

[1]潘公,楊益新,張嶺山,等.河北省秦皇島市地下熱水詳查報(bào)告[R].1990.11,17-23.

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[6]劉諫.淺談淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)應(yīng)用經(jīng)營(yíng)模式—地源熱泵系統(tǒng)集成[A].見(jiàn):淺層地溫能.全國(guó)地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集[C].北京:地質(zhì)出版社,2007.116-118.

The Situation and Prospect Analysis of Cascade Utilization of Geothermal Energy in Qinhuangdao

Du Lixin,Yang Yanxiong
(Qinhuangdao Team of Mineral and Hydrogeology and Engineering Geology,Hebei Bureau of Geo-exploration,Qinhuangdao Hebei 066001)

This paper makes a prospect analysis of geothermal on the basis of investigating the current situation of the distribution,origin and direct-use of geothermal energy in Qinhuangdao.There is a geothermal energy classification and survey of the distribution and analysis of problem s and deficiencies of the use of geothermal energy.According to the characteristics we made a plan of cascade utilization of geothermal,to provide reference for effective,rational and sustainable use of geothermal energy.

geothermal energy;shallow geothermal energy;cascade utilization;clean energy;mining rights

TK529

A

1008-813(2010)02-0022-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.02.007

2010-01-04

杜立新(1984—),男,陜西咸陽(yáng)人,2005年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)水文與水資源工程專業(yè),助理工程師,主要從事水文地質(zhì)工程地質(zhì)相關(guān)研究工作。