洛阳市伊滨区地热能赋存及开发前景

习通

摘 要：通过对地质、钻探资料和物探测井、岩土体热物性参数测试等资料的研究，结合综合勘查技术方法和对已有资料的分析，计算了伊滨区第三、四系浅层热储的赋存量为600.11×1014J，深层寒武系灰岩热储中的赋存量为68 930.57×1014J，合计69 530.68×1014J，可替代标准煤数量23 730.61万t。可见，伊滨区地热能赋存丰富，具有广阔的开发前景。

关键词：伊滨区;地热能;赋存量

中图分类号：P314.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）01-0132-04

Analysis on the Resource and Prospect of the Geothermal

Energy in Yibin District of Luoyang City

XI Tong

（The Second Exploration Team，Henan Bureau of Coal Geological Exploration，Luoyang Henan 471000）

Abstract： Based on the information of the integrated drilling， exploration wells， thermal properties of soil and rock testing data and comprehensive exploration methods with analysis of the present data ，the amount of shallow geothermal energy reserve in the Tertiary system and Quaternary systems of Yibin District was calculated to be 600.11×1014J， and the geothermal energy reserve in the deep Cambrian limestone is calculated to be 68 930.57×1014J，totaling 69 530.68×1014J， which can replace standard coal， the number is 237 306 100 tons.Yibin District is rich in geothermal energy with wide development perspective.

Keywords： Yibin district;geothermal energy;energy reserve

地热是一种新型的绿色能源，广泛用于供暖、洗浴、医疗保健、种植、养殖、发电和烘干等多个方面[1]。随着我国国民经济的快速发展和世界性能源的日趋紧张，地热作为一种新型矿产，有着巨大的经济开发潜力。地热资源的勘查开发对于合理利用自然资源、缓解能源紧张状况、改善投资环境、促进经济的可持续发展，具有重大意义。因此，通过对洛阳市伊滨区地热能赋存情况和开发前景进行综合分析，能够极大地促进洛阳市伊滨区地热的开发利用。

1 交通位置和自然地理概况

1.1 交通位置

伊滨区位于洛阳市区东南部，范围北至洛河，南至万安山麓，西至二广高速，东至偃师高龙西边界，辖诸葛、李村、庞村、佃庄、寇店5镇，106个行政村，总面积280km2，总人口31万。伊滨区交通条件良好，北临陇海铁路和310国道，西侧有二广高速穿过，距龙门高铁站仅4km，东侧临近207国道。区内及周边地区乡村公路四通八达，交通十分便利，见图1。

1.2 自然地理及经济状况

伊滨区地处嵩山北坡，洛阳盆地东南部，地势南高北低，地表形态变化多样，南部为中起伏低山、中部为山前冲洪积倾斜平原，北部为伊洛河冲积平原。区内地貌依据它的成因、物质组成进行划分，主要为流水地貌和黄土地貌两类。其中，流水地貌分为侵蚀流水地貌和堆积流水地貌。伊滨区地貌类型分区图见图2。

伊滨区属于暖温带大陆性季风气候，影响气候的主要因素是季风和环流[2]。冬春季风主导风向为西北风和东北风，夏秋季主要风向为东南风和西南风，多年平均风速2.0m/s，区域多年平均降水量为575.2mm。

根据《洛阳统计年鉴》（2016年）的统计资料，2016年伊滨区实现生产总值134.36亿元，完成工業增加值98.96亿元，规模以上工业增加值80.41亿元，固定资产投资190.33亿元，财政一般预算收入3.20亿元，农民人均纯收入11 457元。

2 区域地质特征

2.1 地层

根据中国地层区划，伊滨区属华北地层区豫西地层分区。区内地层由老到新依次为太古界登封群（Ardn）、下元古界嵩山群（Pt1sn）、中元古界汝阳群（Pt22ry）、上元古界洛峪群（Pt31ly）和震旦系（Z）、下古生界寒武系（∈）及奥陶系（O2）地层、上古生界石炭系（C）及二叠系（P）、中生界三叠系（T）和新生界古近系（E）、新近系（N）及第四系（Q）。

2.2 构造

伊滨区位于华北板块南缘、嵩箕构造区的嵩山背斜北翼，总体构造形态为一单斜构造，是构成洛阳盆地南翼的重要组成部分。区内断裂构造主要表现为EW向的走向断层、NW向断层和NE向断层以及后期由重力滑动所形成的龙门滑体（Htl）。

2.3 岩浆岩

本区未发现岩浆岩及岩浆侵入活动。根据区域变质程度和地层中广泛分布的石英脉、方解石脉、绿泥石和叶腊石矿物，证实区内燕山期岩浆热以气水热液对流循环的方式通过断裂、裂隙传导至上覆地层，说明本区深部有岩浆热气液活动。

2.4 水文地质

2.4.1 自然地理条件。本区属黄河流域伊河水系。伊河发源于栾川县西部的伏牛山区，经嵩县、伊川于本区西部流过，向北东至偃师市岳滩乡境内与洛河汇合后称伊洛河，东流至巩义市东北的神堤渡口注入黄河。本区分布的人工渠主要有伊东渠。

2.4.2 热储层类型。本区热储层根据地层结构、含水性、地温、地质构造等，可分为第三、四系浅层热储和寒武系深层灰岩热储两类。第三、四系浅层热储水温一般在18～22℃，局部异常地段可达30℃。寒武系深层灰岩热储由寒武系中上统地层组成，热储层厚度311～799m，平均厚度600m，含水空间为溶洞和溶隙，单位涌水量0.007 12～83.76L/s·m，渗透系数0.011 6～3.71m/d。水化学类型一般为HCO3-Ca·Mg型水，礦化度小于0.5g/L，属岩溶承压含水层，岩溶发育，但分布极不均一，富水性强。

2.4.3 岩溶水的补给条件。补给方式主要有以下三种方式：灰岩裸露区大气降水的直接入渗补给，灰岩覆盖区大气降水的间接入渗补给和河流渗漏补给。区内的河流主要是伊河，伊河流经龙门，在龙门河段橡胶坝升起时高于泉水出露高程，产生补给。

综上所述，伊滨区除地表水体以外，其第三、四系和寒武系热储内存在丰富的地下水资源，为地热能的综合开发利用奠定了可靠基础。

3 地热能资源赋存

3.1 地热能资源赋存的评价方法

穆夫勒尔（Muffler）和卡泰尔迪（Cataldi）将地热资源的评价方法分为四种：体积法、一地表热流量法、平面裂隙法和岩浆热量框算法。本区域采用体积法进行评价。

体积法常用的计算公式为：

[Q=Pr1-φCrT-T0+PwADCwT-T0]              （1）

式中，[Q]为热量（kJ/s）;[Cr]、[Pr]为岩石的比热和密度（kcal/m3·℃、kg/m3）;[Cw]、[Pw]为水的比热和密度（kcal/m3·℃、kg/m3）;[φ]为岩层的孔隙度（或裂隙度）（%）;[T]为指定体积内岩石和水的平均温度（℃）;[T0]为基准温度，一般取值为当地年平均气温加10℃。

3.2 第三、四系浅层热储的赋存量

伊滨区第三、四系浅层热储的赋存量采用式（2）计算：

[Qw=ρwcwφMdΔT]                           （2）

式中：[Qw]为第三、四系所含水中的热储存量（kJ）;[ρw]为水密度（kg/m3）;[cw]为水比热容[J/（kg·℃）];[φ]为岩土体的孔隙率;[M]为计算面积（m2）;[d]为计算厚度（m）;[ΔT]为利用温差（℃）。

伊滨区[ρw]取1.03×103kg/m3，[cw]取4.2×103J/（kg·℃），[φ]为0.3，伊滨区第三、四系浅层热储面积为192.67×106m2，[d]取30m，利用温差[ΔT]为8℃。

经计算本区第三、四系浅层热储中的热储存量为600.11×1014J，按照1吨标准煤折合热量为2.93×1010J，折合标准煤数量为204.82万t。

3.3 深层寒武系灰岩热储中的赋存量

本区深层寒武系灰岩热储中的赋存量为：

[Qr=CAdTr-T0]                                （3）

[C=ρrCr1-φ+ρwCwφ]                           （4）

式中，[Qr]为热储层中储存的热量（J）;A为计算面积，取144.71[×]106m2;d为热储厚度，取600m;[Tr]为热储温度，根据区域内薰衣草庄园热水井，取46℃;[T0]为当地年平均气温，取14.7℃;[ρr]为热储岩石密度，寒武系取2.7×103kg/m3;[Cr]为热储岩石比热，寒武系取0.92×103J/kg·℃;[ρw]为地热水密度，取0.986×103kg/m3;[Cw]为地热水的比热，取4.18×103J/kg·℃;[φ]热储岩石的孔隙度，寒武系取3.2%。经计算，C=2.536 4×106J/m3·℃;[Qr]=68 930.57×1014J。

经计算，本区深层寒武系灰岩热储中的赋存量为68 930.57×1014J，按照1吨标准煤折合热量为2.93[×]1010J，深层寒武系灰岩热储中的赋存量可替代标准煤数量23 525.79万t。

4 地热能开发前景

4.1 开发利用条件

地热能的开发利用受社会生产力、科学技术、水文地质条件以及政治经济等多方面因素的影响与制约[3]。本区地热能资源的赋存条件受地质结构、岩性、岩相、沉积环境、水文地质特征、岩土热物理性质、浅层地温场特征以及环境地质条件等多方面因素的控制。只有根据区内地热能资源的特点、能源消耗结构以及经济技术等社会要素进行系统规划，才能最大限度地合理开发利用该资源。

地热能的开发利用必须在适宜区或较适宜区内采用最恰当的利用方法。具体地，要考虑地质环境、地面沉降趋势加重、高速铁路沿线两侧各500m、自然保护区的核心区、地表水源一级保护区、地下水源核心区、高层建筑密集区等的影响。

地热能的开发利用要采用科学的技术手段，利用地源热泵技术采取只采热不采水的模式，或通过采热管道技术热交换，冷暖季节交替采热和制冷余热回灌，部分或全部回灌结合，以期达到地下热储的动态平衡。

4.2 地热能开发利用方向

由于本区属地下水地源热泵系统适宜区，因此针对该区地热能的开发利用主要有2个方面。

4.2.1 地热空调。本区浅层地热能資源开发利用主要以冬季供暖和夏季制冷为主。开发利用适用范围较广，包括企事业单位、商场、展馆、学校、医院、宾馆和饭店等。在国家节能减排政策的指导下，许多建设工程项目纷纷采用地热空调系统，应用规模呈快速增长趋势。

4.2.2 医疗保健。地下热水具有一定的医疗价值，可作为洗浴、疗养用水或在医生的指导下进行保健，从而促进地方经济发展和人民健康水平的提升。

4.3 开发利用现状

伊滨区内浅层地温能和深层地热能资源前景广阔。目前，伊滨区的地热能开发利用已初步展开。例如，中电银河湾小区采用浅层地温水，通过地源热泵系统实现小区供暖制冷，实现了冬夏季采暖制冷的“零”污染和“零”排放;薰衣草庄园和万安山温泉小镇各打地热井，井深为1 500m和2 137m，温度为41～46℃，用于温泉洗浴。

5 结论及建议

5.1 结论

①伊滨区内具备地热能赋存的浅层、深层地质条件，即第三、四系浅层地温能和寒武系深层地热能热储层。

②向洛阳盆地补给水资源的河流有数条，如洛河、伊河、瀍河、涧河以及黄河小浪底水库水源补给，具备水资源补充条件。

③区内第三、四系浅层热储中的热储存量为600.11×1014J，深层寒武系灰岩热储中的赋存量为68 930.57×1014J，合计地热能赋存量69 530.68×1014J;按照1吨标准煤折合热量为2.93[×]1010J，浅层地热水可替代标准煤数量为204.82万t;深层寒武系灰岩地热水可替代标准煤数量23 525.79万t，合计地热能赋存量可替代标准煤数量23 730.61万t。

若能达到循环利用的模式，地热能的资源量将十分丰富。

5.2 建议

①在地热资源开发过程中注意加强行政管理和技术监督。加强监测网络和回灌系统的建设，使地热资源能够合理有序地开发利用，减少盲目开采对地热资源造成的浪费和过量开采导致的潜在地质灾害影响。

②加强地热尾水回灌技术和地热尾水处理研究，强化热能利用效率和传热管道保温措施，降低地热消耗和尾水温度，提高地热资源的综合利用效率和经济环境效益。

③加大科研投入，对地下热储的赋存特征、开采方式、资源保护以及环境影响等进行综合研究，以期达到地温（热）能的可持续开发利用。

参考文献：

[1]韩再生.浅层地热能勘查评价[J].中国地质，2007（6）：1115-1121.

[2]汪集，马伟斌，龚宇列，等.地热利用技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]唐永香，李嫄嫄，俞礽安，等.天津地区浅层地热能赋存条件浅析及前景展望[J].地质调查与研究，2013（3）：213-220.