李肖蘭,杜炤偉,張玲,許傳杰,孫延宗,尹海玲,于來(lái)
(1.山東地礦新能源有限公司,山東 濟(jì)南 250000;2.中廣盛(山東)環(huán)保工程有限公司,山東 菏澤 274000)
山東省是地?zé)豳Y源大省,是全國(guó)利用地?zé)彷^早的省份之一,最早可追溯到2000年以前。20世紀(jì)20年代,地?zé)嵴阶鳛橘Y源進(jìn)行開(kāi)發(fā),但僅僅用于洗浴。20世紀(jì)50年代前,山東省地?zé)岬拈_(kāi)發(fā)利用集中在魯東、沂沭斷裂帶以及魯中南的局部地段,重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用天然溫泉出流的熱水。20世紀(jì)70年代以來(lái),地?zé)岬刭|(zhì)工作得到進(jìn)一步開(kāi)展,勘查各種地下礦產(chǎn)時(shí),在一些地區(qū)的勘查孔中陸續(xù)出現(xiàn)地?zé)岙惓o@示。
以齊河-廣饒斷裂、聊考斷裂、沂沭斷裂帶為界,全省分為四大地?zé)釁^(qū),即魯東隆起地?zé)釁^(qū)(Ⅰ區(qū))、沂沭斷裂帶地?zé)釁^(qū)(Ⅱ區(qū))、魯西隆起地?zé)釁^(qū)(Ⅲ區(qū))、魯西北坳陷地?zé)釁^(qū)(Ⅳ區(qū))[1]。
山東省共有天然溫泉19處,其中魯東隆起地?zé)釁^(qū)15處,沂沭斷裂帶地?zé)釁^(qū)1處,魯西隆起地?zé)釁^(qū)3處。所有溫泉的形成與出露均與斷裂構(gòu)造控?zé)嶙饔孟嚓P(guān),19處天然溫泉的分布見(jiàn)圖1。
天然溫泉主要在威海、煙臺(tái)、青島、臨沂、泰安(表1),其中威海市有9處,煙臺(tái)市有5處,青島市有東溫泉,泰安市有溫涼泉和橋溝溫泉,臨沂市分布有湯頭溫泉和汪家坡溫泉,其中汪家坡溫泉尚未開(kāi)發(fā)利用,只用于季節(jié)性灌溉工作。
目前,山東省16地市均有地?zé)豳Y源分布。根據(jù)《山東省地?zé)崆鍧嵞茉淳C合評(píng)價(jià)》(2018年12月),共有地?zé)衢_(kāi)采井1160眼,其中在魯東隆起地?zé)釁^(qū)有95眼,自然條件下可采資源量3.47萬(wàn)m3/d,折合標(biāo)準(zhǔn)煤14.12萬(wàn)t/a;沂沭斷裂帶地?zé)釁^(qū)有26眼,自然條件下可采資源量8.85萬(wàn)m3/d,折合標(biāo)準(zhǔn)煤24.53萬(wàn)t/a;魯西隆起地?zé)釁^(qū)有238眼,自然條件下供暖用地?zé)崴刹少Y源量759.14萬(wàn)m3/d,折合標(biāo)準(zhǔn)煤790.29萬(wàn)t/a,自然條件下理療地?zé)崴刹少Y源量9.22萬(wàn)m3/d,折合標(biāo)準(zhǔn)煤20.60萬(wàn)t/a;魯西北坳陷地?zé)釁^(qū)有801眼,以德州、聊城、東營(yíng)、濱州居多,自然條件下供暖用地?zé)崴刹少Y源量2516.30萬(wàn)m3/d,折合標(biāo)準(zhǔn)煤3280.21萬(wàn)t/a[2-4]。
圖1 山東省天然溫泉分布圖
表1 全省19處天然溫泉熱儲(chǔ)特征
在沂沭斷裂帶東側(cè)的昌邑-大店斷裂以東稱魯東隆起地?zé)釁^(qū)。該區(qū)分布天然溫泉15處。熱儲(chǔ)位于斷裂構(gòu)造的交會(huì)部位,為花崗巖中的構(gòu)造破碎帶,構(gòu)造破碎帶向上延伸至地表被第四系覆蓋,形成地?zé)岙惓^(qū)[5-6]。地?zé)崽锍蔁崮J綄儆陂_(kāi)放—對(duì)流—腔管狀型。熱儲(chǔ)的埋藏深度較淺,頂板埋深2~40m,個(gè)別溫泉頂板埋深較大。熱儲(chǔ)厚度40~250m。各溫泉井深相差很大,50~150m,最淺只有10m(溫石湯),最深380.29m(艾山湯)。溫泉水位埋深1~10m,部分泉水位埋藏較深,如招遠(yuǎn)湯東泉7~46m[7],艾山湯16.17m,東溫泉8~14m。泉區(qū)內(nèi)的單井涌水量500~2000m3/d,抽水降深3~30m。溫泉的水溫,除興村湯較低,只有29.5℃外,其余水溫50~90℃。溫泉水的pH值為7~8,屬中性水。溫泉水的水化學(xué)類型與礦化度有著一定的關(guān)聯(lián),礦化度<1g/L的熱水,水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Na型和SO4·Cl-Na型;礦化度大于1g/L的熱水,水化學(xué)類型為Cl-Na·Ca型或Cl-Na型(圖2)。溫泉水中含有較為豐富的微量元素,15處溫泉命名為氟水,5處為鍶水,14處為硅水。
圖2 魯東隆起地?zé)釁^(qū)(Ⅰ區(qū))地?zé)崴瘜W(xué)piper圖
該區(qū)分布多眼地?zé)嵘罹?。熱?chǔ)巖性為白堊紀(jì)砂巖、砂礫巖、燕山期花崗巖及古元古代荊山群片麻巖、片巖、大理巖等[8]。熱儲(chǔ)頂板埋深200~1200m,變化較大,熱儲(chǔ)厚度40~350m。井口水溫30~40℃,由于熱儲(chǔ)含水層巖性多為透水性較差的花崗巖、片麻巖,只在斷裂帶及附近裂隙較發(fā)育,而且埋藏較深,熱儲(chǔ)的富水性差,地?zé)峋啃9]??拷_叺酿B(yǎng)馬島SK2井、乳山東南寨ZK03井、榮城西霞口ZK01號(hào)井礦化度分別為29.08g/L,28.40g/L,16.56g/L,接近附近海水的含鹽量(31g/L)。熱水的水化學(xué)類型以Cl-Na·Ca和Cl-Ca·Na型為主。部分地?zé)峋姆?、溴、鍶達(dá)到礦水命名濃度,為氟水、溴水、鍶水。
沂沭斷裂帶,東以昌邑-大店斷裂為界,西以鄌郚-葛溝斷裂為界,大致呈條帶狀NE 18°~25°方向延伸,其形態(tài)呈南窄北寬的喇叭形。斷裂帶內(nèi)有4條主干斷裂,自西向東依次為鄌郚-葛溝斷裂、沂水-湯頭斷裂、安丘-莒縣斷裂、昌邑-大店斷裂[1,10]。在山東省沂沭斷裂帶內(nèi)有1處天然溫泉(湯頭溫泉)和26眼地?zé)峋甗11]。
在沂沭斷裂帶內(nèi),熱儲(chǔ)一般分布在凹陷區(qū)構(gòu)造條件較好的地帶[12]。地?zé)崽锍蔁崮J綄儆陂_(kāi)放—對(duì)流—腔管狀型和弱開(kāi)放—對(duì)流傳導(dǎo)—帶狀層狀型。湯頭溫泉,位于馬站凹陷內(nèi),岀露于沂水-湯頭斷裂西側(cè);沂水縣城以南許家湖一帶的DR1,DR2,DR3地?zé)峋卜植荚隈R站-蘇村斷陷內(nèi)。天然溫泉的熱儲(chǔ)埋藏較淺、厚度較小,湯頭溫泉熱儲(chǔ)頂板埋深僅60m左右,熱儲(chǔ)厚度在270m左右[13-15]。而地?zé)峋瑹醿?chǔ)厚度270~681m,個(gè)別井厚達(dá)1104m,臨沂市羅莊LR-1號(hào)井熱儲(chǔ)頂板埋深達(dá)1600m。熱儲(chǔ)巖性,在凹陷區(qū)內(nèi)部為白堊紀(jì)的安山巖、砂礫巖、細(xì)砂巖、粉砂巖等,在凹陷區(qū)邊緣地帶為寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)的灰?guī)r。熱儲(chǔ)的涌水量,湯頭溫泉的水量較大,目前已不能自流,位于泉中心的地?zé)峋?,抽水水位降?3.42m,涌水量為3200m3/d,而地?zé)峋膯尉枯^小,水位降深51.45~75.75m,水量997.92~1431.12m3/d。湯頭溫泉的水溫較高,50~55℃,其他地?zé)峋乃疁?3~56℃。熱水的礦化度變化較大,0.495~5.36g/L,水化學(xué)類型主要有Cl·SO4-Na,Cl-Na·Ca,SO4-Na·Ca,HCO3·Cl-Na型。pH值為7~9,部分地?zé)峋姆㈡J含量達(dá)到礦水命名濃度,為氟水、鍶水。
該區(qū)位于鄌郚-葛溝斷裂和聊考斷裂之間、齊河-廣饒斷裂以南。該地?zé)釁^(qū)根據(jù)構(gòu)造、地形地貌、熱儲(chǔ)特征等可進(jìn)一步分為2個(gè)亞區(qū),即魯中丘陵山地地?zé)醽唴^(qū)(Ⅲ1亞區(qū))和魯西山前傾斜平原地?zé)醽唴^(qū)(Ⅲ2亞區(qū))。Ⅲ1與Ⅲ2兩亞區(qū)大致以新近系0m厚度等值線作為分界線。該區(qū)地?zé)崽锍蔁崮J桨ㄩ_(kāi)放—對(duì)流—腔管狀型、弱開(kāi)放—對(duì)流傳導(dǎo)—帶狀層狀型、封閉—傳導(dǎo)—層狀型3種類型。
在Ⅲ1亞區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)層以變質(zhì)巖、灰?guī)r、花崗巖類為主,熱儲(chǔ)頂板埋深一般<700m,水溫<90℃,屬低溫地?zé)豳Y源。熱儲(chǔ)形態(tài)在丘陵地區(qū)以帶狀熱儲(chǔ)為主,在凹陷盆地內(nèi)則以層狀熱儲(chǔ)為主[16-17]。該亞區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)頂板埋深在47.5~900m。但在凹陷盆地內(nèi),熱儲(chǔ)層分布面積較大,頂板埋深超過(guò)2000m。熱儲(chǔ)厚度變化較大,100~900m,單井涌水量變化也較大,100~1500m3/d,地?zé)崴疁囟炔桓?,一?0~60℃,但冷家莊DR1號(hào)井,地處山區(qū)的盆地中部,井口水溫高達(dá)82.3℃,臨沂新王溝銅1井水溫達(dá)74℃[18-19](表2)。
表2 魯西隆起地?zé)釁^(qū)Ⅲ1亞區(qū)熱儲(chǔ)特征
在該區(qū)內(nèi)有3處天然溫泉,橋溝溫泉、汪家坡溫泉和安駕莊溫涼泉,水溫為30℃左右,熱儲(chǔ)埋藏較淺,頂板埋深47.5~500m,泰安橋溝溫泉熱儲(chǔ)頂板埋深最淺,只有47.5m。安駕莊溫涼泉區(qū)的ZK1地?zé)峋克枯^大,達(dá)2350.75m3/d。橋溝溫泉水量達(dá)1570m3/d。汪家坡溫泉自流量為480m3/d。熱水的礦化度比較低,0.4~3.0g/L之間,pH值為7~8,水化學(xué)類型較復(fù)雜,主要有SO4·Cl-Na·Ca,Cl·SO4-Na,Cl-Na·Ca,SO4-Na·Ca,HCO3-Ca·Na等(圖3)。大部分地?zé)峋?泉)水中的氟、偏硅酸含量達(dá)到礦水命名濃度,為氟水、硅水。
圖3 魯東隆起地?zé)釁^(qū)(Ⅲ區(qū))地?zé)崴瘜W(xué)piper圖
Ⅲ2亞區(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)巖性以?shī)W陶紀(jì)灰?guī)r為主,熱儲(chǔ)頂板埋深293~1344m,水溫<90℃,屬低溫地?zé)豳Y源,熱儲(chǔ)屬增溫型系統(tǒng),熱儲(chǔ)形態(tài)主要為層狀熱儲(chǔ)兼有帶狀熱儲(chǔ)[20]。區(qū)內(nèi)地?zé)峋衣兜膴W陶紀(jì)灰?guī)r厚度100~500m,部分<100m。單井涌水量相差極大,濟(jì)南市桃園片區(qū)DR2號(hào)地?zé)峥?,水位降?.58m,水量達(dá)10625.10m3/d,而濟(jì)陽(yáng)熱1井和濟(jì)古1井幾乎無(wú)水,大多數(shù)地?zé)峋膯尉克?000~3000m3/d。井口水溫33~69℃。熱水pH值為7~8,礦化度2.8~7.55g/L,水化學(xué)類型主要有SO4·Cl-Na·Ca,SO4-Na·Ca,Cl·SO4-Na·Ca,SO4-Ca,SO4-Ca·Na型等。熱水中氟和鍶含量達(dá)到礦水命名濃度,為氟水和鍶水(表3)。
表3 魯西隆起地?zé)釁^(qū)Ⅲ2亞區(qū)熱儲(chǔ)特征
魯西北坳陷地?zé)釁^(qū)包括齊河-廣饒斷裂以北和聊城-蘭考斷裂以西地區(qū)。目前開(kāi)采的熱儲(chǔ)層以新近紀(jì)館陶組為主,其次為古近紀(jì)東營(yíng)組和寒武-奧陶紀(jì)熱儲(chǔ),成井深度2000m左右,熱水溫度<90℃,屬于低溫地?zé)豳Y源,地?zé)釁^(qū)內(nèi)熱儲(chǔ)屬沉積盆地型層狀熱儲(chǔ),地?zé)嵯到y(tǒng)屬傳導(dǎo)型系統(tǒng)[21-22]。地?zé)崽锍蔁崮J綄儆诜忾]—傳導(dǎo)—層狀型。
新近紀(jì)館陶組熱儲(chǔ)頂板埋深1000~1500m,西部聊城、商河、德州一帶稍淺,1000~1200m,東部東營(yíng)一帶1200~1500m。熱儲(chǔ)厚度300~600m,地?zé)峋衣逗穸?00~250m,熱儲(chǔ)巖性主要為細(xì)砂巖、粗砂巖、含礫砂巖、砂礫巖等。在1000~1500m取水段內(nèi),水位降深10~50m時(shí),涌水量1000~3000m3/d,自流量為240~1008m3/d,自流水頭一般在+0.95m~+8m。井口水溫45~89℃,屬低溫地?zé)豳Y源的溫?zé)崴獰崴?。在濱州市及以西地區(qū),熱水的礦化度4~10g/L,屬咸水,水化學(xué)類型主要有Cl-Na,Cl·SO4-Na和SO4·Cl-Na型;在東營(yíng)地區(qū),熱水礦化度10~20g/L,在東營(yíng)市孤熱1井,礦化度最高,達(dá)23.76g/L,水化學(xué)類型以Cl-Na型為主(圖4)。熱水的pH值7.16~8.1,為弱堿性水,總硬度300~2000mg/L,屬硬水和極硬水。部分熱水井的鍶、氟含量達(dá)到礦水命名濃度,為鍶水、氟水。
圖4 魯西北坳陷地?zé)釁^(qū)(Ⅳ)地?zé)崴瘜W(xué)piper圖
古近紀(jì)東營(yíng)組熱儲(chǔ)頂板埋深1000~1500m。在0~1000m之間,東營(yíng)組熱儲(chǔ)一般和館陶組熱儲(chǔ)混合成井,熱儲(chǔ)巖性主要為細(xì)砂巖、砂礫巖。單井涌水量變化較大,一般為140~2400m3/d。聊城東昌的谷莊ZK2井水量最大,為3068.64m3/d[23],井口水溫50~75℃,屬低溫地?zé)豳Y源的溫?zé)崴獰崴?。地?zé)崴乃瘜W(xué)類型以Cl-Na型為主,礦化度一般為18~21g/L。東營(yíng)廣饒廣熱1井熱水礦化度最高,為27g/L,為鹽水。東營(yíng)組地?zé)崴畃H值6.62~7.3,為弱酸性—弱堿性水。在德州及以西地區(qū)有少量熱儲(chǔ)為東營(yíng)組的地?zé)峋?,礦化度較低,5~15g/L,屬咸水—鹽水類型。濟(jì)南市濟(jì)陽(yáng)縣洼里王地?zé)峋疅崴V化度只有5.60g/L,為咸水,水化學(xué)類型為Cl-Na型。部分井的鍶、溴、偏硅酸達(dá)到礦水命名濃度,為鍶水、溴水和硅水。
寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)熱儲(chǔ)頂板埋深一般為500~1700m,最深可達(dá)3200m[24-25]。揭露熱儲(chǔ)層厚度18~436m,未揭穿。熱儲(chǔ)巖性主要為碳酸鹽巖類的石灰?guī)r、白云巖,巖溶裂隙的發(fā)育具不均一性,富水性變化大。井口水溫50~100℃,屬低溫地?zé)豳Y源的溫?zé)崴獰崴?,個(gè)別地?zé)峋疁爻^(guò)90℃,屬中溫地?zé)豳Y源。水化學(xué)類型主要為Cl-Na型,礦化度8~20g/L。地?zé)崴^豐富的微量元素,位于孤島凸起區(qū)的孤古1井熱水中氟、鍶、偏硅酸均達(dá)到礦水命名濃度,為氟水、鍶水和硅水。
截至2017年底,全省地?zé)釡厝?9處,人工地?zé)峋?160眼。地?zé)崴拈_(kāi)采主要用于供暖、洗浴、療養(yǎng),其次是養(yǎng)殖及種植等。其中用于供暖占68.9%,用于療養(yǎng)、洗浴占24.8%(圖5)[1-2,26-27]。
圖5 山東省地?zé)崃黧w利用方向分配圖
該區(qū)地?zé)衢_(kāi)發(fā)主要以洗浴、療養(yǎng)為主,如天沐·山東文登溫泉度假村(北湯)、威海湯泊溫泉度假村(洪水嵐湯)、威海溫泉賓館(寶泉湯)、艾山溫泉國(guó)際旅游度假村(棲霞艾山湯)、蓬萊三仙山景區(qū)溫泉(溫石湯)、山東招遠(yuǎn)金都溫泉(湯東泉)、山東乳山小湯溫泉度假村(小湯),即墨溫泉度假村(東溫湯)等都以天然溫泉為基礎(chǔ),除此以外,地?zé)崴€用于供暖、工業(yè)、農(nóng)業(yè)溫室等。該區(qū)地?zé)崴_(kāi)采量為1.56萬(wàn)m3/d,地?zé)崴疂摿Y源量為1.91萬(wàn)m3/d。
該區(qū)地?zé)崴话阌糜谙丛?、理療和養(yǎng)殖。地?zé)崴_(kāi)采量為0.28萬(wàn)m3/d,地?zé)崴疂摿Y源量為8.57萬(wàn)m3/d。本區(qū)地?zé)峋?溫泉)開(kāi)發(fā)利用最好的為湯頭溫泉,2006年1月—2008年4月,平均日抽水量2609m3/d。目前以臨沂湯頭溫泉開(kāi)發(fā)的溫泉度假村有:知春湖國(guó)際溫泉度假村、湯頭觀唐苑溫泉度假村、湯頭溫泉大酒店、臨沂湯頭溫泉旅游區(qū)等;在沂水許家湖地?zé)崽镩_(kāi)發(fā)了沂水東方瑞海溫泉度假村等,均用于理療、洗浴、游泳、度假、供暖等。2008年8月,臨沂市被中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)授予“中國(guó)地?zé)岢恰狈Q號(hào),成為全國(guó)第二個(gè)、華東第一個(gè)獲此殊榮的城市。2011年12月30日,國(guó)土資源部下發(fā)通知命名第二批中國(guó)溫泉之鄉(xiāng)(城、都),臨沂市以綜合評(píng)估第一名的成績(jī)被命名為“中國(guó)溫泉之城”。近幾年,臨沂市共建立河?xùn)|湯頭、沂南銅井、沂南松山、沂水許家湖4個(gè)地?zé)釡厝_(kāi)發(fā)示范區(qū),以示范區(qū)帶動(dòng)整個(gè)臨沂市地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)和利用。
主要用于洗浴與療養(yǎng)、養(yǎng)殖與種植及供暖等。地?zé)崴_(kāi)采量為8.59萬(wàn)m3/d,在回灌條件下供暖地?zé)崴疂摿Y源量為1325.27萬(wàn)m3/d。理療地?zé)崴疂摿Y源量為8.07萬(wàn)m3/d。在沂南銅井地?zé)崽飪?nèi),開(kāi)發(fā)了陽(yáng)都溫泉旅游度假區(qū),沂南智圣湯泉旅游度假村;在松山地?zé)崽飪?nèi)開(kāi)發(fā)了維多利亞溫泉度假村、頤尚溫泉度假村。
魯北地區(qū)地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)主要用于供暖、洗浴、游泳、養(yǎng)殖等,地?zé)峁┡研纬梢欢ǖ囊?guī)模。供暖期地?zé)崴_(kāi)采量為94.30萬(wàn)m3/d,回灌條件下地?zé)崴_(kāi)采潛力資源量為3371萬(wàn)m3/d。德州市凱元溫泉度假村、夏津德百溫泉度假村、聊城市溫泉大酒店、阿爾卡迪亞溫泉、天沐溫泉度假村、齊河地?zé)崾痉痘氐鹊墓┡?、洗浴及娛?lè)開(kāi)發(fā),臨清、東營(yíng)天鵝湖溫泉的浴池游泳、洗浴開(kāi)發(fā),樂(lè)陵希森集團(tuán)的娛樂(lè)與養(yǎng)殖開(kāi)發(fā)等都各具特色。
(1)魯西北地區(qū)除了地?zé)豳Y源豐富的優(yōu)勢(shì)外,該區(qū)主要為層狀熱儲(chǔ),具有分布面積廣、埋藏深度較淺(一般在2000m以內(nèi)),水溫較高、地?zé)峋畣尉克看蟮忍攸c(diǎn),便于開(kāi)采,特別適合城鎮(zhèn)、村莊、企事業(yè)單位分散開(kāi)采供暖。因此,魯西北地區(qū)因地制宜,開(kāi)采地?zé)崴┡癁橹?,兼洗浴、療養(yǎng)、養(yǎng)殖、種植等較為合適[28]。
(2)山東省帶狀熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源開(kāi)采主要為天然溫泉和少量地?zé)峋?。溫泉主要集中在膠東地區(qū),溫泉地?zé)崽镆话忝娣e小,熱水可開(kāi)采資源量相對(duì)也較少,分布較分散,目前開(kāi)采量不大。膠東地區(qū)部分溫泉位于市區(qū)或市區(qū)附近,交通方便,部分溫泉雖離市區(qū)較遠(yuǎn),但交通方便,風(fēng)景優(yōu)美,適宜發(fā)展洗浴、療養(yǎng)、游泳、休閑度假等。該區(qū)地?zé)崽餆醿?chǔ)巖性大多為侵入巖、變質(zhì)巖和火山巖,天然溫泉水含對(duì)人體健康有益的微量元素較多,部分泉還含H2S和氡氣,很適宜療養(yǎng)和治療某些疾病,有較高的醫(yī)療保健價(jià)值。從總體上看,有較大的開(kāi)發(fā)潛力和開(kāi)采意義。
地?zé)豳Y源過(guò)量開(kāi)采可能引發(fā)熱污染,地面沉降等環(huán)境問(wèn)題,但只要引起重視,采取措施,加強(qiáng)監(jiān)測(cè),實(shí)行“立足保護(hù),限制采量,綜合利用,梯級(jí)開(kāi)發(fā)”的方針,把地?zé)峄毓喈?dāng)做地?zé)衢_(kāi)發(fā)的第一前提,必能極大地消減地?zé)衢_(kāi)發(fā)的負(fù)效應(yīng),保障地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用,發(fā)揮地?zé)豳Y源的社會(huì)效益,經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。