河南省地热资源概况及开发利用区划探讨

倪 昆，卢 磊

(河南省自然资源科学研究院，河南 郑州 450016)

党的十八大以来，习近平生态文明思想开辟了生态文明建设理论[1]，提出紧紧围绕黄河流域生态保护和高质量发展国家战略，以提高国家和省社会经济发展的能源资源安全保障为宗旨[2]，以二氧化碳排放达峰目标与碳中和愿景为牵引，持续推进重要清洁能源资源保障，以“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，优化地热勘查—开发工作布局，推动地热产业健康可持续发展，努力实现清洁能源勘查利用新突破。在此使命下，摸清地热资源家底，进行地热资源开发利用区划尤为重要。

目前，河南省地热研究多以地热地质赋存条件与地热资源量评价为主，韩国童等[2]对南阳盆地地热地质特征进行了研究，王现国等[3]研究了洛阳盆地地热地质特征，王继华等[4]对周口凹陷区(周口段) 地热资源进行了评价。地热资源开发利用研究较少，此外河南省尚未统一编制全省地热资源勘查开发规划，此类方向研究较为薄弱。经调查，河南省资源开发利用以低温为主，开发利用方式多为直接开发，利用方式粗放、单一，浪费严重，造成部分地段由于无序开采、过量开采，产生了水位持续下降、出水量减小及部分温泉自溢景观消失等环境地质问题。因此，河南省急需进行地热开发区划研究，要将地热资源开发利用作为能源发展和转型的重点领域积极谋划、深入研究，实现有序健康发展，实现地热资源开发与装备制造协同发展，促进资源开发与生态保护融合发展。

1 地热资源概况

河南省地热资源较丰富，地热资源多沿深大断裂形成和分布[5]，大体可分为沉降盆地传导型[6-7]、隆起山地对流型[8]和对流—传导混合型(图1)。

图1 水热型地热资源类型Fig.1 Type of hydrothermal geothermal resources

目前，河南省共发现温泉或者地热异常区37处[9]，水温变化较大，水温多数比较低，最高温度83 ℃[10]，热水流量大者达62.13 L/s。其中，基岩山地区25处，山前地带6处，山间盆地6处。按《地热资源地质勘查规范》(GB 11615—2010)地热资源温度分级标准，属于中温地热资源(90～150 ℃)的1处，为洛阳龙门西山玉隆苑地热井；属于低温地热资源(25～90 ℃)的36处，其中热水(60～90 ℃)7处，温热水(40～60 ℃)6处，温水(25～40 ℃)23处。隆起山地对流型地热资源热储主要分布在由岩浆岩、变质岩、古生代沉积地层组成的基岩隆起山区及山前[11]，依据地质构造单元和地热水出露规律，可划分为中朝准地台、北秦岭褶皱带、南秦岭褶皱带、桐柏—大别褶皱带4个地热分布区。热储的形式主要是基岩裂隙和溶洞孔隙[12]，隔水盖层主要为页岩、泥岩或裂隙、孔隙不发育、不透水的结晶岩。区内的热水通道主要为断裂和溶洞裂隙，地壳深部的热水通过某些断裂和裂隙带直接导出地表，形成温泉。沉积盆地传导型地热资源主要热储层有松散孔隙裂隙型热储和基岩裂隙型热储，松散孔隙裂隙型热储为新生界热储[13]，分为新近系孔隙型热储和古近系裂隙型热储(图2)；基岩裂隙型热储分为古生界岩溶裂隙热储、元古界岩溶裂隙热储及太古界裂隙热储。由于均有厚度巨大的沉积层掩盖，属于圈闭型热储。

图2 河南省沉积盆地主要热储类型关系Fig.2 Relationship between main heat reservoir types of sedimentary basins in Henan Province

河南省全省埋深4 000 m以浅新生界热储层地热可开采热水总量为26 844.90×104m3/a(图3)、可利用热能总量为32 413.61×1012J/a，折合标准煤1 107 737.50 t/a。下古生界奥陶—寒武系碳酸盐岩热储层开采热水量为22 804.90×104m3/a、可利用热能量为53 829.07×1012J/a，热能折合标准煤1 839 705.62 t/a。

2 地热开发利用区划

2.1 区划因子选取

本次结合黄河流域生态保护和高质量发展国家战略、河南省城市发展规划、旅游产业规划、乡村振兴发展规划等，开展地热资源开发利用区划，选用地热勘查区划、开采潜力模数[14]、黄河高质量发展区、冬季清洁供暖城市、旅游发展规划、乡村振兴规划、地热规模化利用7个因子，在全省16个地热亚区、39地热小区，运用空间分析[15]、AHP法进行评价分析，按优先开发区、鼓励开发区、限量开发区、暂缓开发区四级进行区划[16]，评价流程如图3所示。

图3 地热资源开发区划评价流程Fig.3 Flow chart of geothermal resource development zoning evaluation

(1)地热勘查区划(U11)。依据地热勘查区划成果，以勘查优先程度进行分区赋分评价(图4)，评价分值见表1。

图4 河南省地热勘查区划Fig.4 Geothermal exploration zoning map of Henan Province

表1 地热勘查区划分值标准Tab.1 Standard of division value of geothermal exploration area

(2)开采潜力模数(U21)。依据新生界地热开采模数与新生界地热可开采模数计算进行新生界地热开采潜力模数赋分评价(表2、表3、图5)。P=(M可采-M已采)/M可采，P>0表示地热开采有潜力；P<0表示地热开采无潜力；P>0时，D=M可采-M已采。

表2 地热开采潜力模数分级Tab.2 Classification of geothermal potential modulus

表3 地热开采潜力模数分值标准Tab.3 Modulus score standard of geothermal development potential

图5 河南省地热开采潜力模数分区(新生界)Fig.5 Modulus zoning map of geothermal development potential in Henan Province(Cenozoic)

(3)黄河流域高质量发展(U31)。全面贯彻落实党的十九大、习近平生态文明思想和习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话精神，促进全流域高质量发展，改善人民群众生活，保护传承弘扬黄河文化，让黄河成为造福人民的幸福河。河南境内的黄河流域核心区、流域拓展区和引黄协作区，共涉及13个省辖市(郑州、洛阳、开封、三门峡、焦作、新乡、濮阳、安阳、鹤壁、许昌、商丘、周口、济源示范区)。赋分以县域为评价单元(表4)。

表4 黄河流域高质量发展分值标准Tab.4 High quality development score standard of the Yellow River Basin

(4)冬季清洁供暖试点城市(U32)。近年来，河南省积极推进北方地区冬季清洁供暖试点城市建设工作。2017年，河南省鹤壁、郑州、开封、新乡4个城市成为国家首批清洁供暖试点城市；2018年，河南省洛阳、安阳、焦作、濮阳4个城市成功入围第二批中央财政支持北方地区冬季清洁供暖试点范围；2019年，河南省三门峡、济源市成功入选第三批中央财政支持北方地区冬季清洁供暖试点城市。赋分以县域为评价单元(表5)。

表5 冬季清洁供暖试点城市分值标准Tab.5 Score standard of pilot cities for clean heating in winter

(5)河南省“十三五”旅游产业发展规划(U33)。规划指出，全省大力开发山地、温泉、森林、滨水、养生等休闲度假旅游产品，发展特色鲜明的休闲度假项目，建设一批高标准的旅游度假区和满足多层次休闲度假需求的度假地。加快发展健康养生旅游，促进旅游与健康医疗融合发展，鼓励汝州、辉县、修武、温县、禹州、三门峡市陕州区、西峡等地加快推进医药康疗、运动康体、道家养生等康养旅游业态与观光、度假、研修等旅游业态的产业联动，创建国家康养旅游示范基地。积极发展温泉养生度假旅游，加快温泉与中医药结合的温泉养生产品研发，完善以温泉为载体的度假、养生、娱乐、观光等复合型温泉旅游产品体系(图6)。赋分以县域为评价单元(表6)。

图6 国家全域旅游示范区创建重点单位分布Fig.6 Distribution of key units in national global tourism demonstration area

表6 旅游示范区分值标准Tab.6 Criteria for distinguished value of tourism demonstration

(6)乡村振兴示范县(区)、镇(U34)。目前，河南省确定了乡村振兴战略示范县市(区)18个、示范乡镇162个。赋分以县为评价单元(表7)。

表7 乡村振兴示范区分值标准Tab.7 Criteria for distinguished value of rural revitalization demonstration

(7)地热能清洁供暖规模化利用试点(U35)。2018年8月24日，省发改委、省国土厅、省环保厅、省住建厅联合下发了《关于开展地热能清洁供暖规模化利用试点工作的通知》，当前河南省积极推进郑州市、开封市、安阳市、新乡市、濮阳市、三门峡市、周口市及兰考县、永城市、鹿邑县、新蔡县地热能清洁供暖规模化利用试点区域工作，赋分值见表8。

表8 规模化利用试点分值标准Tab.8 Score standard of large scale utilization pilot

2.2 因子权重

依据上述原则，建立评价因子目标层构造判断矩阵(表9)。

表9 评价因子目标层构造判断矩阵Tab.9 Evaluation factor target layer construction judgment matrix

CR=0.0 030，λmax=5.013 3，CI=0.003 3，RI=1.12。

计算得知各评价因子权重：U1=0.540；U2=0.163；U3=0.297。

建立评价因子指标层构造判断矩阵见表10。

表10 评价因子指标层构造判断矩阵Tab.10 Evaluation factor index layer construction judgment matrix

CR=0.007 9，λmax=3.009 2，CI=0.004 6，RI=0.58。

计算得知各评价因子权重：U31= 0.396；U32= 0.118；U33= 0.066；U34= 0.210；U35= 0.210。

从而得出各指标层评价因子权重如下：U11= 0.540；U21= 0.163；U31= 0.118；U32= 0.035；U33= 0.020；U34= 0.062；U35= 0.062。

2.3 区划分区

结合地热地质条件、开采潜力等7个评价因子，对河南省地热开发区进行区划(图7)，河南省地热开发利用优先区为内黄凸起新乡—濮阳段，菏泽凸起濮阳范县段、开封兰考北部，通许凸起尉氏段、通许—杞县段；鼓励开发区分布在东濮凹陷沿黄地区、灵—三凹陷灵宝盆地、开封凹陷大部以及周口凹陷大部地区；限量开发区主要分布在永城褶皱系商丘—永城段、平舆凸起以及驻马店—淮滨凹陷段；剩余地热单元为不支持开发区。

图7 河南省地热资源开发利用区划(新生界)Fig.7 Zoning map of geothermal resources development and utilization in Henan Province(Cenozoic)

3 结论

河南省地热资源较为丰富，大体可分为沉降盆地传导型、隆起山地对流型和对流—传导混合型3类，热储层地热可开采热水总量为49 649.80×104m3/a、可利用热能总量86 242.68×1012J/a，折合标准煤2 947 443.12 t/a。

本文选用开采潜力模数、黄河高质量发展区、冬季清洁供暖城市、旅游发展规划、乡村振兴规划、地热规模化利用7个因子进行地热开发区划，内黄凸起新乡—濮阳段、菏泽凸起濮阳范县段、开封兰考北部，通许凸起尉氏段、通许—杞县段为河南省地热开发利用优先区，应加大地热开发利用。同时，地热开发区应最大限度地进行多产业梯级综合利用，才能降低成本，提高利用率，节约地热资源，延长地热田的寿命，实现地热资源的持续利用。