黃河下游平原區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用對(duì)策

宇 潔，朱衛(wèi)民，王現(xiàn)國(guó)

(1.河南省欒川地質(zhì)礦產(chǎn)局，河南洛陽(yáng)471500;2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南鄭州 450053)

1 地?zé)岬刭|(zhì)條件概述

黃河下游沖積扇(河南部分)屬中朝準(zhǔn)地臺(tái)的南部，二級(jí)分區(qū)則為華北臺(tái)坳的中南部，西為山西臺(tái)隆、華熊臺(tái)緣坳陷、嵩箕臺(tái)隆;東南為魯西中臺(tái)隆。坳陷區(qū)地表廣為新生界覆蓋，僅大邊緣地帶有基巖零星出露。研究資料表明，燕山運(yùn)動(dòng)早期及其以前，華北坳陷與相鄰構(gòu)造單元為統(tǒng)一整體，地質(zhì)構(gòu)造特征基本相似。燕山運(yùn)動(dòng)以后，西部隆升，本區(qū)下沉，形成坳陷。坳陷內(nèi)燕山運(yùn)動(dòng)晚期-喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)早期，由于基底構(gòu)造及斷裂活動(dòng)影響，作不均衡下沉，形成一系列次級(jí)斷(坳)陷盆地和斷塊隆起。以新鄉(xiāng)-商丘深斷裂為界，以北在太行山坳陷和隆起均為北北東向，且相間分布，包括湯陰斷陷、內(nèi)黃隆起、東明斷陷、臨清坳陷、濟(jì)陽(yáng)坳陷、埕寧隆起等。新商斷裂以南地區(qū)，由于近東西向基底構(gòu)造線方向和斷裂影響，坳陷和隆起多呈東西向或北西向展布，包括濟(jì)源-開(kāi)封坳陷、通許隆起、周口坳陷等;隆起區(qū)缺失侏羅紀(jì)，古近系厚度可達(dá)5 000 m以上。古近紀(jì)以后，本區(qū)繼續(xù)大幅度下沉接受沉積，堆積了厚約500～1 000 m以上的新近系、第四系松散堆積物。

根據(jù)黃河下游沖積扇(河南部分)平原區(qū)第四系及其下伏的新近系有如下特征:新近系發(fā)育齊全，自下而上為:(1)館陶組(Ng):底板埋深開(kāi)封1 685 m，鄭州1 000～1 200 m;(2)明化鎮(zhèn)組(Nm):厚990 m左右。第四系可分為(1)下更新統(tǒng)(Qp1)，黃河下游地區(qū)均有分布，厚度較大，一般80～200m，坳陷中心厚度大于200 m，成因類(lèi)型主要為冰水、沖積及沖湖積、湖積等;(2)中更新統(tǒng)(Qp2)，該層厚度較大，一般40～60 m，最厚可達(dá)100余 m。(3)上更新統(tǒng)(Qp3)，區(qū)內(nèi)普遍分布著黃河堆積物，厚度較大，一般30-50 m，坳陷(斷陷)中心可達(dá)60m以上;(4)全新統(tǒng)(Qh)，該套地層在區(qū)內(nèi)較發(fā)育。其厚度在隆(凸)起區(qū)較薄，一般10～20 m，其它地區(qū)均在20～30 m之間，開(kāi)封凹陷最厚可達(dá)40余米。堆積物主要為黃土物質(zhì)經(jīng)黃河搬運(yùn)堆積而成。

根據(jù)區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)資料，湯陰斷陷地溫梯度2.5～3.00 C/100m，構(gòu)造部位達(dá)3.50 C/100m;內(nèi)黃隆起地溫梯度3.0-3.50 C/100m，由南向北地溫梯度逐漸降低;東明斷陷地溫梯度 2.25 ～2.750 C/100 m;埕寧隆起地溫梯度 3.0 ～3.50 C/100 m，局部小于3.00 C/100m;濟(jì)源-開(kāi)封坳陷地溫梯度2.5 ～3.00 C/100m，開(kāi)封以東大于 3.00 C/100m;通許隆起地溫梯度2.5～3.00C/100m，中部高，東西兩側(cè)略低，構(gòu)造部位達(dá)4.00 C/100m;周口坳陷地溫梯度 2.5 ～3.00 C/100m，西部低，東部高。

2 地?zé)豳Y源勘查開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

2.1 地?zé)豳Y源勘查與開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

自二十世紀(jì)五十年代以來(lái)，先后有地質(zhì)、煤炭、地震、石油等部門(mén)開(kāi)展了地?zé)豳Y源勘察工作，基本查明在鄭州、開(kāi)封、漯河、周口、濮陽(yáng)、新鄉(xiāng)、商丘、鶴壁等地廣泛分布著低溫地?zé)豳Y源，目前最深的地?zé)峋疄? 000 m左右，位于鶴壁市新區(qū)，其溫度達(dá)73℃左右，并含有大量的CO2和H2S氣體，目前鶴壁市政府?dāng)M建造5眼2 800～3 200 m地?zé)峋M(jìn)行集中供熱和化工原料的生產(chǎn)，現(xiàn)已完成3眼井的施工，其次是20世紀(jì)90年代初在開(kāi)封縣由河南省地質(zhì)工程公司負(fù)責(zé)實(shí)施的1 750 m地?zé)峋?，其溫?0℃左右。其余大多數(shù)地?zé)峋钤? 200 m左右，溫度在42～58℃之間，如鄭州市地?zé)峋?80余眼，開(kāi)發(fā)深度小于1 200 m。其水質(zhì)多數(shù)達(dá)到了鍶和偏硅酸天然飲用礦泉水標(biāo)準(zhǔn)?？傮w上說(shuō)，黃河沖積扇平原區(qū)(河南部分)地?zé)岬刭|(zhì)工作研究程度較低。初步查明熱儲(chǔ)層地?zé)崴畠?chǔ)存量約 7.6 萬(wàn)億 m3。

2.2 地?zé)豳Y源勘查與開(kāi)發(fā)中存在的主要問(wèn)題

2.2.1 勘查研究程度低與開(kāi)發(fā)深度淺

地?zé)衢_(kāi)發(fā)工程施工單位技術(shù)參差不齊。實(shí)際能夠真正承擔(dān)或具備地?zé)峋┕さ膯挝粸閿?shù)不多。由于管理上比較混亂，造成不管有沒(méi)有實(shí)力或設(shè)備，只要與鉆井業(yè)務(wù)有關(guān)的單位或個(gè)體幾乎都可以從事這方面的工程，所以，地?zé)峋喈?dāng)一部分在使用不到兩三年即出現(xiàn)井管腐蝕破裂、出渾水或砂、水量減小、水溫降低等問(wèn)題。

現(xiàn)有的地?zé)峋饕? 000～1 200 m左右，水溫也僅僅在40℃ ～58℃之間，開(kāi)發(fā)深度淺。據(jù)區(qū)域地?zé)豳Y料顯示，有些地區(qū)的地?zé)釡囟瓤蛇_(dá)70℃ ～80℃。

2.2.2 沒(méi)有明確的發(fā)展規(guī)劃與目標(biāo)，開(kāi)發(fā)利用單一

黃河沖積扇平原區(qū)地?zé)峋慕ㄔO(shè)單位主要是政府、賓館、企事業(yè)單位和房地產(chǎn)商等，主要用于職工福利、溫泉洗浴、飲用和提高房地產(chǎn)的賣(mài)點(diǎn)。目前，政府沒(méi)有實(shí)行統(tǒng)一的規(guī)劃和管理，理沒(méi)有一個(gè)明確的思路和目標(biāo)。所以出現(xiàn)了地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)與發(fā)展不均衡現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在局部地區(qū)過(guò)于集中鉆井開(kāi)采同一地層的地?zé)崴?，形成水位急劇下?而大部分地區(qū)雖具備良好的地?zé)豳Y源卻沒(méi)得到很好的開(kāi)發(fā)和利用，到目前為止還沒(méi)有形成一定規(guī)模和有效的開(kāi)發(fā)。

2.2.3 地?zé)豳Y源勘查與開(kāi)發(fā)管理無(wú)序

黃河沖積扇平原區(qū)沒(méi)有進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的地?zé)岬刭|(zhì)勘察研究，開(kāi)采管理比較混亂，出現(xiàn)了亂開(kāi)采、亂審批、亂收費(fèi)等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致個(gè)別地區(qū)地下水位急劇下降和污染問(wèn)題，在目前地下水資源承載力十分脆弱的情況下，普遍存在飲用水安全問(wèn)題的情況下，政府采取科學(xué)的措施來(lái)解決，在沒(méi)有科學(xué)調(diào)研和充分論證基礎(chǔ)上強(qiáng)行封井和不再審批所有建井許可(同時(shí)包括地?zé)峋?。若不加強(qiáng)論證和管理而無(wú)序開(kāi)采地下資源將會(huì)導(dǎo)致一系列的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，因此在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用方面，急需形成一個(gè)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一論證的模式和權(quán)威性的業(yè)務(wù)管理工作與決策機(jī)構(gòu)。

3 地?zé)豳Y源的勘查與開(kāi)發(fā)保護(hù)

黃河沖擊扇區(qū)地?zé)豳Y源勘察與開(kāi)發(fā)研究程度低，正確處理地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)與生態(tài)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系，不能靠單一的行政指令封?；?yàn)E采，使之協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.1 建立地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)統(tǒng)一管理法規(guī)措施

首先加強(qiáng)地下水資源或地?zé)豳Y源行政主管部門(mén)的業(yè)務(wù)能力的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，只有自身具有較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)或業(yè)務(wù)能力，才能行使好職能部門(mén)的權(quán)力或?yàn)檎峁┛茖W(xué)的決策依據(jù);其次是加強(qiáng)統(tǒng)一管理和規(guī)劃，在所有地下水或地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用前，做好前期論證和審批工作;加強(qiáng)監(jiān)督管理和市場(chǎng)規(guī)范工作，建立地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)統(tǒng)一管理法規(guī)措施，因?yàn)榈責(zé)衢_(kāi)發(fā)是一個(gè)地下工程，其工程質(zhì)量的好壞直接與使用壽命和最大效益的發(fā)揮有關(guān)，杜絕無(wú)施工能力或技術(shù)實(shí)力較差的單位進(jìn)行地?zé)峁こ痰氖┕ぁ?/p>

3.2 合理開(kāi)發(fā)地?zé)豳Y源，正確處理地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)引起的環(huán)境問(wèn)題

熱水資源無(wú)序的“亂批、亂采、亂用”，則會(huì)導(dǎo)致許多的問(wèn)題和后果，如“資源的浪費(fèi)、地下水位下降、地面不均勻沉降、地裂縫、建筑物開(kāi)裂或傾斜、地下水污染等。在地?zé)豳Y源勘察與開(kāi)發(fā)工作中，樹(shù)立起“地下水資源的可持續(xù)發(fā)展觀”，科學(xué)合理處理“生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展”關(guān)系，地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用統(tǒng)籌規(guī)劃。

地?zé)豳Y源作為一種地下新型的能源，無(wú)論是從環(huán)保方面、成本方面還是在水質(zhì)與水資源安全，其他的都無(wú)可比擬。地?zé)崴坏勺鳛橐环N環(huán)保型的熱能源供暖、溫泉洗浴、種植與養(yǎng)殖，而且其水質(zhì)(飲用礦泉水)與嚴(yán)重污染的地表水相比，顯示出巨大的優(yōu)越性。采用地?zé)豳Y源供熱供水，而無(wú)鍋爐供熱的洗浴、房產(chǎn)等行業(yè)相繼出現(xiàn)，使生態(tài)環(huán)境得到了較好的保護(hù)，如采用鍋爐供熱，每萬(wàn)平方米面積取暖，在取暖期內(nèi)產(chǎn)生 SO2氣體 4.26 t，煙塵 7.11 t，垃圾 413.8 t;如果采用地?zé)峁┡?，不僅避免環(huán)境污染，而且還省去煤、機(jī)械費(fèi)用、大量的人工投入，并且還可大大降低供暖成本，如北京市一套燃?xì)忮仩t的運(yùn)行成本是40元/(m2.a)，而地?zé)峁┡某杀臼?0元/(m2.a)。對(duì)于靠黃河為主要飲水的鄭州、開(kāi)封，在黃河水經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重污染和斷流的情況下，水資源安全受到嚴(yán)重威脅條件下，以地下深層熱水作為飲用水源或供暖，顯得尤重要和迫在眉睫。

3.3 加強(qiáng)地?zé)豳Y源勘察與開(kāi)發(fā)利用技術(shù)研究

在地?zé)豳Y源或地下水資源開(kāi)發(fā)的同時(shí)進(jìn)行勘察與開(kāi)發(fā)利用新技術(shù)研究，進(jìn)行“開(kāi)采與回灌”聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行模式，即開(kāi)采地下熱水資源的同時(shí)，同步實(shí)施地下水回灌，可有效防止地面沉降等環(huán)境問(wèn)題發(fā)生?；毓嗨筛鶕?jù)不同情況，利用自來(lái)水公司的地表水或污水處理廠經(jīng)過(guò)處理并符合排放標(biāo)準(zhǔn)的水。另外，在開(kāi)采地?zé)豳Y源時(shí)，要根據(jù)不同用途和現(xiàn)有井的數(shù)量，分不同層次和深度地開(kāi)采，避免在同一深度開(kāi)采。

尋求新的地?zé)崴Y源，根據(jù)地?zé)岬刭|(zhì)條件推斷和預(yù)測(cè)，在鄭州、開(kāi)封、周口、漯河等地，在1 500～4 000 m之間具備較好的熱儲(chǔ)條件和豐富的地下水資源，其溫度預(yù)計(jì)可達(dá)70～100℃。

加大地?zé)徙@探設(shè)備投入和技術(shù)創(chuàng)新工作，目前在地?zé)峋畬?zhuān)業(yè)施工設(shè)備方面主要是2 000 m以下的鉆井設(shè)備(石油系統(tǒng)除外)，并且都是正循環(huán)泥漿鉆進(jìn)。無(wú)論是設(shè)備性能方面還是成井工藝方面都存在著一定問(wèn)題，如:鉆井深度能力差、效率低、成本高、地層污染嚴(yán)重。由于成井材料和工藝問(wèn)題，導(dǎo)致地?zé)峋５氖褂脡勖?，主要表現(xiàn)在:短期內(nèi)出現(xiàn)水量減小、涌砂或出混水、并管腐蝕破裂。所以，今后應(yīng)該繼續(xù)加大地?zé)徙@探設(shè)備的投入和技術(shù)創(chuàng)新工作。

3.4 建立地?zé)崽锏脑u(píng)價(jià)和管理數(shù)學(xué)模型和制定地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用總體規(guī)劃

根據(jù)黃河沖擊扇區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件，對(duì)地溫場(chǎng)、熱儲(chǔ)、地?zé)崃黧w、回灌試驗(yàn)等進(jìn)行研究，確定地?zé)崽锏臏囟?、熱?chǔ)條件、儲(chǔ)量、流體性質(zhì)和水化學(xué)類(lèi)型，并建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。為地下資源保護(hù)與合理開(kāi)采布局提供科學(xué)的依據(jù)。

由于地?zé)崃黧w中通常含有CO2、H2S等凝氣體，特別是在高溫地?zé)崃黧w中其濃度更大，另外，廢地?zé)崃黧w的直接排放會(huì)造成熱污染和流體中有害組分的超標(biāo)排放。如果處理不當(dāng)，則會(huì)對(duì)大氣和環(huán)境造成污染;在新生界松散沉積層及半成巖熱儲(chǔ)層中開(kāi)采地?zé)崃黧w可能產(chǎn)生地面沉降等。這些問(wèn)題的出現(xiàn)都會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響或破壞，地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用時(shí)，必須進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

黃河水資源是我國(guó)西北、華北地區(qū)的主要水資源，是北方地區(qū)最大的供水水源。不僅對(duì)緩解華北水資源短缺、促進(jìn)地區(qū)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用，而且在全國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位。在長(zhǎng)期的治理、開(kāi)發(fā)黃河的實(shí)踐中，作者深感水文地質(zhì)學(xué)科得不到應(yīng)有的重視，原因是多方面的。一方面水文地質(zhì)工作者需要轉(zhuǎn)變思路，提出的勘察成果一定要有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性。另一方面，也要看到黃河下游地下熱水資源開(kāi)發(fā)所引起的水環(huán)境問(wèn)題，如地面沉降、水質(zhì)惡化、地下水位持續(xù)下降、水資源枯竭、土地沙化、濕地萎縮等，水文地質(zhì)工作者當(dāng)前所面臨的就是盡量減少或避免這些問(wèn)題的發(fā)生，從根本上改變?nèi)藗儗?duì)水文地質(zhì)學(xué)科的偏見(jiàn)。可預(yù)見(jiàn)，水文地質(zhì)學(xué)科的發(fā)展必將會(huì)越來(lái)越受到人們的重視。

黃河是著名的多泥沙河流，作為供水水源，處理工藝復(fù)雜，且費(fèi)用也高。尤其是七十年代以來(lái)，黃河下游出現(xiàn)斷流，進(jìn)入九十年代后，幾乎年年斷流，切斷流時(shí)間、河段持續(xù)增長(zhǎng)。直接威脅沿黃城市和引黃灌區(qū)的供水安全。同時(shí)，由于黃河上游工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水的大量排入，使黃河干支流水質(zhì)污染越來(lái)越重，這更加劇了水資源緊張局面，勢(shì)必造成對(duì)沿黃地下水的開(kāi)采。黃河下游不但賦存有淺層孔隙淡水，而且蘊(yùn)藏有比較豐富的地?zé)豳Y源。淺層地下水資源主要是黃河水滲透補(bǔ)給形成的，并且補(bǔ)給非常迅速，屬激發(fā)補(bǔ)給。經(jīng)過(guò)多年研究，初步探明了這部分淺層地下水資源的分布規(guī)律;黃河下游沖積扇平原(河南部分)的地下地?zé)豳Y源，研究程度較低，因此，加強(qiáng)地下熱水循環(huán)演化機(jī)理研究，對(duì)合理開(kāi)發(fā)黃河地下熱水資源有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

綜觀幾十年的水文地質(zhì)勘察工作，黃河下游河南部分的地?zé)崴牡刭|(zhì)勘察取得了一定的成績(jī)，但由于黃河的獨(dú)特性質(zhì)，勘察工作中還存在很多的難題需要解決，在今后的黃河水資源開(kāi)發(fā)及黃河治理中，把地?zé)崴牡刭|(zhì)勘察納入其中，采用新技術(shù)、新理論、新方法，全面開(kāi)展黃河下游地?zé)崴牡刭|(zhì)勘察，圈定具有供水意義的地?zé)崽?，進(jìn)行供水水文地質(zhì)勘探和開(kāi)發(fā)利用研究，提高沿黃城市供水的安全性，改善人民生活條件，為當(dāng)?shù)靥峁┬碌臐崈裟茉?。建議建立動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)，嚴(yán)格進(jìn)行地?zé)嵯到y(tǒng)水質(zhì)和水位的動(dòng)態(tài)觀測(cè)工作，作好水量和水質(zhì)變化的預(yù)測(cè)工作，防止地下水質(zhì)惡化和水量超采。在開(kāi)采的同時(shí)，就水量和水質(zhì)變化規(guī)律、水井布局和井深的合理性等課題繼續(xù)進(jìn)行研究同時(shí)，也需要進(jìn)一步加強(qiáng):黃河下游地?zé)崴牡厍蚧瘜W(xué)作用及地?zé)崴h(huán)演化形成條件的研究和地?zé)崴侠黹_(kāi)發(fā)利用技術(shù)研究。

［1］王慶，王紅艷.歷史時(shí)期黃河下游河道演變規(guī)律與淮河災(zāi)害治理［j］災(zāi)害學(xué)，1998，13(1):57—61.

［2］戴英生.黃河的形成與發(fā)展簡(jiǎn)史［j］.人民黃河，1986，5(6):17—26.

［3］伍軍，趙華，張治暉等.關(guān)于黃河灘地地下水資源開(kāi)發(fā)的思考［j］.地下水，1999，(4).

［4］趙云章，邵景力，閻震鵬等.黃河下游影響帶地下水資源評(píng)價(jià)及可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用［m］.中國(guó)大地出版社，2002.