地热资源的开发利用及可持续发展策略

林涛

福建省厦门地质工程勘察院，福建厦门，361008

0 引言

汤埔地热矿区位于福建省泉州市安溪城关北西328°，直距约13km，行政区隶属安溪县金谷镇汤埔村管辖。其地理坐标为东经118°06′45″~118°07′00″，北纬25°09′15″~25°09′45″，面积为0.39km²。受该矿区探矿权拥有者安溪清水岩温泉度假山庄有限公司的委托，福建省厦门地质工程勘察院对该矿区地热资源进行可行性勘查，并在此基础上对该矿区地热资源开发利用及可持续发展的有效策略进行探究总结。

1 地热资源概述

1.1 特征

地热资源是一种洁净的清洁能源，亦是能够利用科学技术手段进行开发和利用的，是贮存在地球内部的可再生热能。地热资源主要来自地球内部熔融岩浆和放射性物质衰变，通常集中分布在构造板块的边缘地带。受地球构造不均匀性的影响，地热资源的分布存在明显的不均匀性，这使得其具有与矿产资源相似的属性特征，即总体分布广泛而又相对集中，资源分布具有不均衡性、隐蔽性、可变化性的特征。此外，在地壳中，地热资源通常会对流经或附近的地下流体产生加热作用，而这些带有一定热量的地下流体也属于具有一定开发利用价值的地热资源，这使得地热资源又具有与水资源相似的属性特征，即具有可恢复性、有限性、利用多样性、周期性的特征。由此可见，地热资源的开发利用，兼具热资源、热水资源、矿产资源三类资源的开发利用特征。

1.2 特点

鉴于地热资源的形成因素及其主要属性特征，地质研究人员总结出地热资源的以下三个突出特点：①地热资源属于清洁型、环保型能源。由于该类型资源是对热能的直接利用，因此在资源开发和利用过程中不会产生二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮等污染性气体，从而能够有效保护大气环境；同时，地热能的开发利用，能够一定程度上减少矿石燃料的消耗量，从而显著缓解矿石燃料使用对生态环境的影响和破坏；另外，高温地热资源与太阳能、风能类似，也可直接用来发电且发电过程同样具有高效性和环保性；②地热资源具有可再生、可循环利用的特点。例如：地下热水资源开发利用是地热资源最主要的应用形式，虽然地热矿区内的原始地热水资源储量是有限的，但只要开发者进行合理的规划与开发，避免资源的过度使用，并制定科学的资源保护措施，对其进行持续性恢复，同样可以确保资源使用和恢复的平衡性，从而实现地热水资源的可再生、持续性循环利用；③地热资源的开发利用不易受外界因素影响。对于太阳能、风能等传统的清洁型能源，天气因素对其开发和利用过程具有极其巨大的影响，而地热资源在开发和利用时，并不会受到天气因素的影响，只需考虑矿区资源情况是否满足开发利用需求并做好自然灾害风险评估即可。同时，相较于太阳能和风能，地热能的发电量和利用效率要高很多[1]。

2 地热资源的开发利用及可持续发展策略

2.1 进行合理规划，做好基础勘查工作

在“汤埔地热矿区地热资源勘查项目”中，勘查单位尤为重视基础勘查和规划指导工作，并通过以下工作来保障地热资源基础勘查工作的科学性和全面性，避免矿区地热资源的盲目开发：①做好矿区地质资料搜集和分析工作。地热资源分布普遍与基底埋藏分布、矿区构造断裂、深部地层岩性等因素有关，因此在开展勘查工作前，广泛搜集矿区附近地质构造资料以及区域地质资料，是勘查单位开展地热资源基础勘查工作的必要性工作。通过对上述资料的搜集和分析，勘查单位能够对目标区域的地质情况形成初步的判断，从而为后续工作的开展奠定良好基础；②做好地质、水文地质调查工作。在现有地质资料和航卫片解释资料的基础上，对航卫片解释中提及的重点问题进行实地调查和验证，以此寻找地质露头、分析矿区地热形成的地质构造背景、总结地热田岩性及地层特征、判断岩浆活动及新构造运动情况。本次地质、水文地质调查主要以《厦泉莆地热调查项目》野外地质填图为基础资料，结合本区特点开展工作。工作手图采用1∶10000地形图为底图，观察路线以穿越、追索法相结合，观测点重点放在天然或人工露头处，调查面积为7km²，观测点为30个；③做好地球物理勘查工作。结合“汤埔地热矿区”实际情况，勘查单位主要采用以下两种方法进行地球物理勘查：首先是视电阻率剖面测量。以《福建省安溪县清水岩一带地热资源物探勘查工作报告》为基础资料，采用“S—2双频道数字激光仪”进行测量。供电极距选择AO=BO=30m、50m、70m三种，MN=10m，点距5m。工作区设6条剖面，总长1240m，联合剖面和对称四极剖面观测有效物理点各为762点，电测深点2点，目的为探测近东西和近南北断裂位置，为布置勘探井提供依据；其次是高精度磁法测量。使用GSM-19T v6.0质子磁力仪，探头高度选用1.8m。观测磁场总量，经基点、日变改正后计算各观测点总量磁异常（△T）。观测点距为10m；④做好浅层地热测温工作。由于本区地形地貌条件复杂，民宅密布，不利浅层测温孔施工，因此仅完成浅层测温孔14个，民井调查测温9个，利用已施工勘探孔测温3个，温泉出露点测温1处。为保证测温数据的准确性，浅层测温孔均下入φ50mm塑料管保护孔壁，测温点间距2m；⑤做好地热孔钻探工作。地热钻探是最准确、最直观的地热资源勘探方法，但其实施成本较高、工作量较大，因此实施前必须要综合分析所有相关资料并精心编制施工方案，以确保工作的可行性和有效性。在“汤埔地热矿区地热资源勘查项目”中，总共施工了3口孔深分别为170m、172m和203m的探采结合井，各孔上部风化层均采用φ168mm无缝钢管护壁，终孔孔径均为φ110mm；⑥做好群井降压抽水试验工作。利用深井潜水电泵对3口探采结合井同时进行抽水降压试验并选择2个测温孔作为观测井，利用电测水位计和水表对水位、水量进行测量，以此了解区域地热水储量情况；⑦做好水质分析工作。抽水试验结束前对地热水进行取样，并将样品送至相应的检测机构进行水质分析。当完成上述地热资源基础性勘查工作后，勘查单位需要根据勘查数据资料编写矿区地热资源可行性勘查报告，根据矿区地质结构特征、地热资源情况及资源开发需求，针对资源配置、开发方案、施工方案、设备选购等内容提出指导性建议，以此确保资源开发的科学性、环保性及经济性[2]。

2.2 做好勘查评价，保证开发的科学性

结合地热资源基础勘查数据资料，对矿区地热资源基本情况进行客观评价，可为地热资源开发利用规划方案的制定提供更充足、更客观的参考依据，从而进一步保证资源开发利用的科学性，避免资金浪费、资源配置不合理、环境污染等问题的发生。在“汤埔地热矿区地热资源勘查项目”中，勘查单位主要从以下几个方面对矿区地热资源情况进行评价：①通过动态观测对地热水动态变化情况进行评价。通过对S001温泉点及ZK1探采孔水温、自流量等数据的长期观测，勘查单位得到以下动态观测表（见表1），根据表中数据可以看出，S001温泉点水温、自流量与ZK1探采孔水温、水位动态变化小且稳定。同时，在进行群井降压抽水试验时，S001温泉点干枯，说明它们之间有较好的水力联系；②对地热资源可开采量进行评价。首先，技术人员依据群井抽水试验资料计算出汤埔矿区地下热水资源的可采量为3286.8m³/d，水温为58.8℃；然后利用Wt=4.1868Q（t-to）这一公式对热能进行计算和评估，其中Wt为热功率（kW）、Q为地热流体可开采量（L/s）、t为地热流体温度（℃）、to为当地年平均气温（℃）、4.1868为换算系数，经计算汤埔矿区地热水资源的热能为6020.25kW；③对地热水水质进行评价。对于汤埔矿区而言，地热水水质评价主要是指理疗热矿水评价。经权威机构对汤埔矿区理疗热矿水样品的科学分析，其各项数值如表2所示。依据《地热资源评价方法及估算规程》（DZ/T0331-2020）理疗热矿水水质标准，汤埔矿区地下热水中，偏硅酸、水温达到理疗热矿水命名标准，可命名为“硅酸水、温矿（泉）水”，具较好的医疗保健价值；其次是对地下热水腐蚀性、结垢等进行评价[3]。

表1 汤埔矿区地热水自流量、水位、水温动态观测表

2.3 依靠技术手段，落实示范区的建立

依托现代先进技术手段，走产业化道路，建立地热资源开发利用示范区是我国地热资源可持续开发利用的主导方向。因此，在进行地热资源开发利用的过程中，应积极主动地将现代高新技术手段应用于资源勘查、开发、利用、保护等各个环节，以此增强地热资源开发利用的科学性和规范性，有效落实地热资源的可持续开发和利用[4]。例如：将先进的深部地球物理勘查技术和钻探技术应用于地热资源勘查和地热井施工环节，以此提高控热构造与热储的勘查精确性；将自控、热泵、防腐等技术应用于地热资源开发环节，以此提高地热资源的综合利用水平；将地热尾水回灌技术应用于地热资源保护环节，以此提高地热资源开发的生态环保性等等。在“汤埔地热矿区地热资源勘查项目”中，开发单位主要采用以下开采模式对地热资源进行开采(见图1)：①以批准的地热开采量为开发利用依据，根据已建开采管井的水量、水温、水质情况以及输送距离、地形高差等配置抽水设备。将抽水泵放置一定深度进行地下热水开采，从而达到供水的目的；②选用热损失率0.8oC/km和防腐性能良好的外包橡塑保温管和彩钢板作为保温管道进行输送供水，将地下热水输送至保温蓄水池，然后再通过保温管道送至各用水区域，因输送管道、保温蓄水池保温性和密封性良好，所以，输送管道等设施满足供水、供热的要求；③在地热废水排放方面，采用统一收集，通过自然降温、物理、化学等方法处理，达到国家规定的排放标准后，接入市政管道进行排放。污水处理工艺合理，能达到国家规定的排放要求。

表2 汤埔矿区理疗热矿水水质标准及标价表

通过上述开采技术的实施，汤埔地热资源开采顺畅、稳定，输送方法及设施可靠性较好，开采方式、生产工艺较合理，满足各功能用水区供水的要求。

2.4 完善法律法规，保证开发的规范性

为保证地热资源开发利用的规范性，还应加强相关法律法规、政策制度的完善工作。例如：①基于对“节能降耗”“可持续发展”等发展理念的理解和把握，对现有地热资源开发利用相关法律法规进行优化调整，通过具体的法律条文引导人们对地热资源进行规范化、科学化、环保化的开发利用，以确保地热资源的可持续性利用；②遵循“综合利用”“梯级开发”等方针，制定“从量计征”税收制度，对于采灌平衡型地热资源开发利用项目，可收取较低的税率，对于消耗型地热资源开发利用项目则应收取较高的税率，以此对地热资源的开发利用进行有效的宏观调控；③在综合考虑地区发展规范、地域特色、市场发展趋势等因素的基础上，积极制定热资源开发利用扶持政策，基于政府推动和市场引导相结合原则，鼓励多元化投资、多元化开发，实现地热资源利用率的最大化[5-6]。

3 结语

综上所述，地热资源具有与矿产资源和水资源相类似的属性特征，同时具有清洁环保、可再生、可循环利用、不易受外界因素影响等显著特点。新时期背景下，各地区政府或相关企业应通过进行合理规划，做好基础勘查工作；做好勘查评价；依靠技术手段，落实示范区的建立；完善法律法规等策略，最大限度保障地热资源开发利用的科学性和规范性，以此实现地热资源的合理开发利用和可持续发展，更好地缓解资源紧缺问题。