藺文靜淺談我國地熱資源勘探開發利用曆史、問題及建議

藺文靜淺談我國地熱資源勘探開發利用曆史、問題及建議

摘  要：作為(wei) 一種重要的可再生能源，我國自建國以來以來就進行了係統地地熱資源勘查、開發與(yu) 研究工作，先後經曆了初創階段、初步發展階段、重要進展階段以及地熱資源市場化等幾個(ge) 發展階段，本文在查閱國內(nei) 地熱資源調查、評價(jia) 相關(guan) 報告以及文獻的基礎上，簡要回顧了我國以往地熱工作幾個(ge) 發展階段的相關(guan) 工作，重點對我國目前地熱資源勘查和開發中存在的主要問題進行了係統的總結，後，提出了今後我國地熱工作的重點工作方向。

　　我國是世界上利用地熱資源較早的國家之一，至今已有2000多年的悠久曆史。曆*對地熱資源的開發利用大多限於(yu) 對溫泉的直接利用上，且主要用於(yu) 醫療和洗浴方麵。新中國成立以後我國進行了係統地地熱資源勘查與(yu) 開發，將我國的地熱資源開發利用推向了一個(ge) 新階段。然而，自上世紀九十年代以後，由於(yu) 對地熱資源勘探等研究經費減少，地熱資源的形成機理研究、地熱資源勘探方法、開發利用規劃、熱儲(chu) 工程學研究等幾乎處於(yu) 停滯狀態。近些年來，隨著我國經濟持續續高速增長，為(wei) 應對能源危機、促進我國可再生能源事業(ye) 的發展，地熱資源的勘查、開發、利用又一次引起了國家相關(guan) 部門的重視，一些全國性的地熱資源調查評價(jia) 項目紛紛上馬，地熱資源的開發利用即將掀起新一輪的熱潮。本文將在查閱國內(nei) 地熱資源調查、評價(jia) 相關(guan) 報告以及文獻的基礎上，回顧我國以往地熱研究工作，並試圖對我國目前地熱資源勘查和開發中存在的主要問題進行全麵的分析，提出今後一段時間內(nei) 我國地熱工作的重點工作方向，為(wei) 即將開始的全國地熱資源調查、評價(jia) 及其開發利用區劃提供參考。
 

　　１我國地熱工作研究程度

　　我國是世界上地熱資源儲(chu) 量較大的國家之一，尤其是中低溫地熱資源，廣泛分布於(yu) 我國東(dong) 南沿海、西南地區、膠東(dong) 半島、遼東(dong) 半島和大麵積分布的沉積盆地。新中國成立以後我國進行了係統地地熱資源勘查與(yu) 開發，將我國的地熱資源開發利用推向了一個(ge) 新階段。根據1999年國土資源部地質環境司組織全國各省、自治區、直轄市區國土資源部門開展的“中國地熱資源開發利用規劃”提供的資料（表1），全國現有溫泉約2710餘(yu) 眼，地熱井約2239餘(yu) 眼，地熱田約275餘(yu) 處，地熱水開采量約3.5億(yi) m3/a，主要用於(yu) 采暖、洗浴、醫療、旅遊、養(yang) 殖、種植以及發電等，為(wei) 區域社會(hui) 經濟發展做出了重要的貢獻。

　　我國地熱資源勘探與(yu) 大規模開發利用始於(yu) 上世紀中葉，關(guan) 於(yu) 其發展階段，陳墨香等[1]曾做過係統地總結，大致將我國地熱資源勘查與(yu) 開發利用的過程劃分為(wei) 初創、初步發展、重要進展等幾個(ge) 階段，各階段的主要工作簡要回顧如下。

　　1.1 初創階段

　　我國是溫泉廣布和熱水利用曆史悠久的國家，1949年之後，隨著地質普查找礦工作的開展，為(wei) 建立和擴建溫泉療養(yang) 院，我國開始對溫泉進行調查，在若幹溫泉區進行了地質勘探，根據所獲得的資料對某些地區溫泉分布特點和其形成機製作了初步的分析和討論，並新編了全國溫泉分布圖。為(wei) 配合大地構造的研究，中國科學院地質研究所和地礦部地質力學研究所於(yu) 20世紀60年代初期先後開始研製岩石熱物理性質測試和鑽井測溫裝置，地質力學所在包括房山花崗岩岩體(ti) 在內(nei) 的若幹地點測得了較準確的傳(chuan) 導地溫梯度數據，地質所估算得鬆遼盆地3個(ge) 熱流值。這個(ge) 時期，投入地熱工作的力量有限，工作進展緩慢，處於(yu) 起步階段。

　　1.2 初步發展階段

　　由於(yu) 地熱能作為(wei) 一種新能源在上逐漸興(xing) 起以及我國著名地質學家李四光教授的倡導，地熱資源於(yu) 60年代末至70年代初在我國引起廣泛的注意，促進了我國地熱研究工作的開展，區域地熱資源普查、地熱資源開發利用、地熱基礎理論方麵都取得了顯著的進展。

　　上世紀70年代以來，我國在20多個(ge) 省區開展地熱資源普查和考察，累積了一批資料，其中尤以中國科學院青藏高原綜合科學考察隊於(yu) 1973-1976年對西藏高原地熱活動地表熱顯示的考察為(wei) 係統而全麵[2]。在地下熱能的開發利用方麵，在這一階段開始進行地熱發電站的建設。1975年開始布鑽勘探的西藏羊八井地熱田，是我國大陸經勘探證實的*個(ge) 高溫地熱田，於(yu) 1977年建立了一座裝機容量為(wei) 1MWe的示範性電站。羊八井地熱電站的成功運行，鼓舞了國家和地方的能源決(jue) 策部門，加速該熱田的開發過程。在地熱其他利用方麵，北京、天津和西安等地區相繼開展了低溫熱水溫室種植、水產(chan) 養(yang) 殖、療養(yang) －洗浴和取暖等地熱綜合利用的試驗研究。在地熱基礎理論研究方麵，初步分析了華北平原地溫分布的特點和局部地熱異常的形成機製，發表了我國*批大地熱流數據並作出相應的解釋[3]；以板塊構造觀點，討論了西藏高原現代強烈水熱活動的機製，提出喜馬拉雅地熱帶的概念性模式；用流體(ti) 力學方法，探討了海底擴張的驅動機製，大陸岩石圈的熱模式和地饅熱柱上湧等問題。

　　1.3 重要進展階段

　　進入上世紀80年代，我國地熱研究在前期工作的基礎上，有了重要的進展[4-11]，主要表現為(wei) ：（1）在地熱上有重要意義(yi) 的地區或地質構造單元有計劃地進行了研究；（2）有重點地開展了地熱資源勘探研究，對我國地熱資源分布特點，或對其潛力作了分析和評估；（3）地熱研究地域由陸地向海洋擴展；（4）礦山地熱和油田地熱工作進一步開展。

　　1.4 地熱資源市場化階段

　　由於(yu) 地熱資源的自身優(you) 勢和我國社會(hui) 發展與(yu) 經濟技術進步，上世紀90年代以來，掀起地熱資源開發熱潮，地熱井的深度越來越大(深已過4000m)，範圍也遠遠超出了“地熱異常”的概念，具有十分明顯的市場特征[12]。這期間的勘查工作多圍繞井點進行，未進行全麵係統的區域性勘查評價(jia) 工作。由於(yu) 地熱資源勘查與(yu) 開采的市場化，造成了不科學的無序開采局麵和資源的極大浪費。雖然天津、北京、西安等主要開發區采取的必要的政府幹預手段，效果仍不十分明顯。因此，通過地熱資源與(yu) 開發利用區劃勢在必行。

　　據相關(guan) 統計，目前我國已勘探的熱田有103處，提交的可采地熱資源量（B+D級）為(wei) 33283.473×104m3/a，初步評價(jia) 的熱田214個(ge) ，D+C級熱水可采資源量約5×108m3/a。

　　1999年國土資源大調查開展以來，中國地質調查局先後組織實施了寧夏銀川平原、北京市城區陝西關(guan) 中盆地,魯北地區等地地熱資源勘查評價(jia) 工作。
 

　　2 存在的問題

　　自上世紀九十年代以後，由於(yu) 對地熱資源勘探等研究經費減少，地熱資源的形成機理研究、地熱資源勘探方法、開發利用規劃、熱儲(chu) 工程學研究等幾乎處於(yu) 停滯狀態。地熱資源勘查和開發中存在以下主要問題：

　　2.1 國家對地熱資源勘查投入嚴(yan) 重不足，全國地熱資源勘查評價(jia) 及研究水平程度低

　　目前，全國大部分地區尚未開展係統全麵的地熱資源勘查評價(jia) 工作，特別是我國西部及華北平原地區的中低溫地熱資源，基本未開展正規的地熱勘探。全國地熱資源總量是個(ge) 概數，至今尚未取得*的統一數據。經過資源儲(chu) 量管理部門審批可作為(wei) 進一步勘查或開發利用規劃的地熱田103處，約占已發現地熱田的1/3。勘查評價(jia) 滯後於(yu) 開發利用，嚴(yan) 重影響了地熱資源勘查開發規劃的製定、資源的利用以及地熱產(chan) 業(ye) 發展。尤其是自上世紀90年代以來，國家在地熱資源勘查方麵基本上沒有投入。近年來地熱勘查開發是由各種所有製經濟主體(ti) 參與(yu) 和推動，基礎地熱地質勘查工作薄弱，後備資源不足，地熱市場供需矛盾日益突出。因市場機製追求的是直接經濟利益，對於(yu) 服務於(yu) 各級政府的地熱資源規劃的評價(jia) 、論證和區域性地熱田資源勘查評價(jia) 等基礎性、區域性、全國性勘查工作，單憑市場無法解決(jue) 。地熱資源開發是高風險、高投入、高收益的產(chan) 業(ye) ，如果不將區域資源論證清楚，把地熱資源的地質基礎做好，就不能正確地引導地熱資源開發利用，政府管理部門不可能做到科學管理。部分地熱田已打成地熱井數十眼，形成相當的開發規模，但整個(ge) 地熱田資源狀況尚未進行評價(jia) ，開發管理缺乏科學依據，處於(yu) 盲目開采狀態。

　　另外，在地熱基礎理論研究方麵，如地熱回灌技術、幹熱岩開發利用技術、地熱資源綜合開發利用技術以及深部地熱勘探技術等都幾乎處於(yu) 停滯狀態。

　　2.2 地熱資源開發利用水平低，資源浪費現象嚴(yan) 重

　　地熱資源開發利用規模化、產(chan) 業(ye) 化水平不高，熱能利用率低、資源浪費比較嚴(yan) 重。相當一部分天然溫泉水沒有充分利用，被白白浪費；井采地熱水回收率低，利用方式單一，棄水量大、溫度高。由於(yu) 梯級開發利用和“一采一灌”的開采回灌製度沒有得到普遍實施，廢棄了大量的高溫、高礦化度地熱水，不僅(jin) 造成資源浪費，還由此產(chan) 生了周圍環境和地下水的熱汙染和化學汙染。在一些采取直供、直排供暖方式的單位，其熱能利用率僅(jin) 為(wei) 20%-30%，嚴(yan) 重浪費了地熱資源。

　　2.3 地熱資源評價(jia) 方法有了長足的發展，但需進一步完善

　　沉積盆地傳(chuan) 導型地熱資源評價(jia) 方法有了長足的發展，這些方法有熱儲(chu) 法、解析模型法、類比法和數值模型方法等，這些方法各有長處，但也存在一些不足之處。如熱儲(chu) 法過去隻考慮了靜儲(chu) 量，對於(yu) 彈性儲(chu) 量的考慮偏少，雖然目前有不少學者已經在考慮彈性儲(chu) 量，但是彈性儲(chu) 量與(yu) 允許開采量之間的關(guan) 係仍缺乏認識，但在實際中，所開采的地熱資源絕大部分應屬於(yu) 彈性儲(chu) 量的。解析模型方法需要大量的抽水試驗資料，且需要滿足的前提假設條件，使得評價(jia) 結果與(yu) 實際有一定的出入，尤其在大型地熱田評價(jia) 中，出入較大。類比法屬於(yu) 經驗方法，缺乏理論基礎。數值模型方法屬於(yu) 評價(jia) 精度較高的一種方法，但其要求比較清楚地掌握熱儲(chu) 層結構、物理參數、熱物理參數、水位（壓力）和開采動態的情況，多數地方實施起來比較困難，也不利於(yu) 進行實時的資源評價(jia) 。在允許開采量的評價(jia) 中，大合理降深的確定存在著不同的觀點和認識，對評價(jia) 結果的準確性有較大影響。經濟社會(hui) 環境效益評估是一項較新的工作，在一些地方，如溫泉之鄉(xiang) ，有較成功的經驗，但在區域上推廣還需要進一步探索。另外，傳(chuan) 統的地熱資源評價(jia) 方法僅(jin) 從(cong) 資源量角度對地熱資源進行評價(jia) ，隨著社會(hui) 經濟的發展，作為(wei) 一種可再生能源，除了在能源角度具有巨大的開發利用潛力外，地熱資源越來越顯示了其在醫療、景觀以及旅遊等行業(ye) 的利用前景，現行的地熱資源評價(jia) 結果已不能滿足社會(hui) 各行業(ye) 對地熱資源開發的需求，因此，對傳(chuan) 統地熱資源評價(jia) 方法進行梳理和總結，形成一套切合實際的評價(jia) 方法，是當務之急。

　　2.4 地熱資源開發缺乏科學指導，嚴(yan) 重影響地熱資源的可持續利用

　　部分地區地熱井過於(yu) 集中，過量開采現象嚴(yan) 重，隻采不補，造成地熱水位、水溫持續下降，嚴(yan) 重影響地熱資源的可持續利用，局部地區還出現地麵沉降等問題(圖1)。根據天津塘沽、大港的監測資料，地熱開采造成的地麵沉降約為(wei) 6-10mm/a。因此，必須加強熱礦水開發的論證和勘查工作，對地熱井進行合理布局，*開采，有效保護，持續發展。

　　2.5 對地熱資源開發利用的監督管理力度及技術支撐力度不夠

　　地熱資源是一種礦產(chan) 資源，應由國土資源地礦行政主管部門統一管理。但在有些地區，地熱資源管理設在其它部門。有些地區把地熱資源混同於(yu) 普通水資源進行管理，重複發證，造成地熱資源管理的混亂(luan) 。目前，全國僅(jin) 有北京、天津、西安等市在國土資源部門設立了專(zhuan) 門的地熱管理處，負責對地熱資源進行統一監管。有相當一部分地區的地熱管理工作偏重於(yu) 發證和收費，而對地熱資源的科學開采和合理利用方麵的監管不力。

　　2.6 缺乏科學的鬆散孔隙型熱儲(chu) 回灌技術，製約了地熱棄水回灌的實施

　　地熱棄水回灌或者采用對井開采（一個(ge) 開采井對應一個(ge) 回灌井）是目前世界上實施地熱資源保護和可持續開發利用的重要手段。我國在上世紀90年代至今，分別在天津和西安以及北京等市進行了回灌試驗[14]，試驗結果表明，實施地熱棄水回灌對維持熱儲(chu) 壓力、減少汙染具有較好效果，天津和西安管理部門甚至已經製定了地熱開采井施工與(yu) 回灌井必須配套的政策。然而，回灌的持續時間較短，尤其是鬆散孔隙熱儲(chu) 層的回灌，由於(yu) 產(chan) 生的物理、化學和生物化學堵塞問題難於(yu) 解決(jue) ，從(cong) 而使回灌量減少，終無法實施。因此，需要盡快開展地熱棄水回灌技術示範與(yu) 試驗工作，為(wei) 我國地熱資源科學有序開發利用提供科學依據。

　　2.7 淺層地溫能的開發利用起步較晚，地源熱泵技術研究和應用推廣有待加強

　　存在於(yu) 地下岩土空間的淺層地熱溫度能，是一種可再生能源，無任何汙染，利用水或其他流體(ti) 作為(wei) 載體(ti) 運輸和利用淺層地溫能，不僅(jin) 可以供熱、取暖，還可用來製冷，應鼓勵開發利用淺層地熱能。在利用地溫能的過程中，地源熱泵消耗1度電的能量，可以得到相當於(yu) 4度電左右的熱量或冷量，其采暖運行費用比傳(chuan) 統能源利用方式低60%以上。據相關(guan) 統計，在*地熱直接利用中，熱泵利用已占地熱利用的56.5%，而我國淺層地溫能的開發利用起步較晚，20世紀90年代開始推廣和研究地源熱泵係統淺層地溫能的開發利用技術[14]。2000年以來淺層地溫能開發利用的熱泵技術在全國得到普遍推廣，京津地區發展快。北京每年以15%-20%的速度增長，目前全市采用這種技術的供暖建築麵積已超過500萬(wan) m3，在“十一五”期間，北京市計劃再增加3000萬(wan) m3淺層地熱供暖建築麵積。目前，在已有的熱泵應用工程的基礎上，製訂了國家標準《地源熱泵係統工程技術規範》（GB 50366－2005），迫切需要國土資源部門製定相關(guan) 規程、規範與(yu) 之配套。

　　2.8 由於(yu) 資金、技術等原因，幹熱岩利用技術方麵的研究尚沒有起步

　　幹熱岩是埋藏於(yu) 地麵1km以下、溫度大於(yu) 200℃的、內(nei) 部不存在流體(ti) 或僅(jin) 有少量地下流體(ti) 的岩體(ti) 。幹熱岩技術就是開發利用幹熱岩來抽取地下熱能的技術，其原理是從(cong) 地表往幹熱岩中打一眼井，注入溫度較低的水，注入的水沿著裂隙運動並與(yu) 周邊的岩石發生熱交換，產(chan) 生高溫高壓超臨(lin) 界水或水汽混合物，然後從(cong) 生產(chan) 井中提取高溫蒸氣，用於(yu) 地熱發電和綜合利用。幹熱岩的研究始於(yu) 20世紀70年代，迄今為(wei) 止隻近30年。在這短短30年裏的研究與(yu) 開發過程中，幹熱岩的利用技術也已日趨成熟，顯現出了巨大的利用價(jia) 值，開發前景十分看好。然而，目前幹熱岩的研究開發工作主要在一些發達國家展開，我國由於(yu) 資金和技術等原因，僅(jin) 由國家地震局地殼應力研究所和日本中央電力研究所於(yu) 1993-1995年期間在北京西南房山區開展過部分幹熱岩開發利用的試驗研究工作。

　　另外，缺少統一的地熱資源信息係統，管理手段落後，信息反饋不靈，管理自動化和信息化程度較低。急需建立全國性的地熱資源信息數據庫和管理係統，為(wei) 科學規劃與(yu) 指導我國地熱資源勘查開發有序發展提供基礎資料。
 

　　3 建議

　　改革開放以來，我國經濟持續續高速增長、外貿大幅躍進、貿易順差持續擴大，與(yu) 此同時，困擾中國經濟長遠發展的一大暗礁，能源危機，已悄然而然地進一步惡化，如何應對能源危機已成為(wei) 我國社會(hui) 經濟發展必須麵對的一項課題。作為(wei) 一種可再生能源，地熱資源具有廣闊的開發利用前景。開展相關(guan) 地熱基礎理論研究以及調查評價(jia) 工作對於(yu) 從(cong) 根本上解決(jue) 上述問題，加快我國地熱新能源的勘查開發和利用的步伐，促進我國可再生能源事業(ye) 的發展，緩解所麵臨(lin) 的能源危機具有重要的意義(yi) 。為(wei) 促進我國地熱資源的合理開發利用，建議在今後幾年內(nei) 重點開展以下工作：

　　（1）開展區域地熱資源調查評價(jia) 與(yu) 區劃工作，通過區域地熱資源調查，查明我國地熱資源分布和開發利用現狀，進行區域地熱資源現狀評價(jia) 及開發利用區劃，提出地熱資源可持續開發利用和保護區劃意見。

　　（2）開展區域淺層地溫能開發利用適宜性調查評價(jia) 工作，充分分析研究我國區域氣候特征、水資源條件、地質環境等基礎條件，以重點經濟帶或人口密集區為(wei) 重點工作區，確定不同水資源及地質背景下地下水水源熱泵與(yu) 土壤源熱泵係統的應用條件與(yu) 適用範圍，進行適宜性分析。

　　（3）開展地熱資源科學利用關(guan) 鍵技術及基礎理論研究，如地熱資源評價(jia) 方法、沉積盆地型熱儲(chu) 地熱回灌技術、中低溫地熱資源梯級綜合利用模式、幹熱岩開發利用科學鑽探及試驗、淺層地熱能開發利用環境響應，等。
 

　　4 結語

　　我國是世界上地熱資源儲(chu) 量較大的國家之一，作為(wei) 一種清潔能源，地熱資源的開發利用對於(yu) 緩解我國能源緊張的局麵、保護環境等都具有重要的意義(yi) 。隨著國家《可再生能源法》的頒布實施，以及《國務院關(guan) 於(yu) 印發節能減排綜合性工作方案的通知》等相關(guan) 文件的發布，我國即將掀起地熱資源調查評價(jia) 和勘查的新熱潮，以上有關(guan) 問題的解決(jue) 將會(hui) 大大促進我國熱儲(chu) 工程學的發展，為(wei) 地熱資源在我國實施可持續發展戰略過程中發揮巨大作用奠定基礎。

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