藺文靜淺談我國地熱資源勘探開發(fā)利用歷史、問題及建議

摘  要：作為一種重要的可再生能源，我國自建國以來以來就進行了系統(tǒng)地地熱資源勘查、開發(fā)與研究工作，先后經(jīng)歷了初創(chuàng)階段、初步發(fā)展階段、重要進展階段以及地熱資源市場化等幾個發(fā)展階段，本文在查閱國內(nèi)地熱資源調(diào)查、評價相關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發(fā)展階段的相關工作，重點對我國目前地熱資源勘查和開發(fā)中存在的主要問題進行了系統(tǒng)的總結(jié)，后，提出了今后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多年的悠久歷史。歷*對地熱資源的開發(fā)利用大多限于對溫泉的直接利用上，且主要用于醫(yī)療和洗浴方面。新中國成立以后我國進行了系統(tǒng)地地熱資源勘查與開發(fā)，將我國的地熱資源開發(fā)利用推向了一個新階段。然而，自上世紀九十年代以后，由于對地熱資源勘探等研究經(jīng)費減少，地熱資源的形成機理研究、地熱資源勘探方法、開發(fā)利用規(guī)劃、熱儲工程學研究等幾乎處于停滯狀態(tài)。近些年來，隨著我國經(jīng)濟持續(xù)續(xù)高速增長，為應對能源危機、促進我國可再生能源事業(yè)的發(fā)展，地熱資源的勘查、開發(fā)、利用又一次引起了國家相關部門的重視，一些全國性的地熱資源調(diào)查評價項目紛紛上馬，地熱資源的開發(fā)利用即將掀起新一輪的熱潮。本文將在查閱國內(nèi)地熱資源調(diào)查、評價相關報告以及文獻的基礎上，回顧我國以往地熱研究工作，并試圖對我國目前地熱資源勘查和開發(fā)中存在的主要問題進行全面的分析，提出今后一段時間內(nèi)我國地熱工作的重點工作方向，為即將開始的全國地熱資源調(diào)查、評價及其開發(fā)利用區(qū)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量較大的國家之一，尤其是中低溫地熱資源，廣泛分布于我國東南沿海、西南地區(qū)、膠東半島、遼東半島和大面積分布的沉積盆地。新中國成立以后我國進行了系統(tǒng)地地熱資源勘查與開發(fā)，將我國的地熱資源開發(fā)利用推向了一個新階段。根據(jù)1999年國土資源部地質(zhì)環(huán)境司組織全國各省、自治區(qū)、直轄市區(qū)國土資源部門開展的“中國地熱資源開發(fā)利用規(guī)劃”提供的資料（表1），全國現(xiàn)有溫泉約2710余眼，地熱井約2239余眼，地熱田約275余處，地熱水開采量約3.5億m3/a，主要用于采暖、洗浴、醫(yī)療、旅游、養(yǎng)殖、種植以及發(fā)電等，為區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展做出了重要的貢獻。

　　我國地熱資源勘探與大規(guī)模開發(fā)利用始于上世紀中葉，關于其發(fā)展階段，陳墨香等[1]曾做過系統(tǒng)地總結(jié)，大致將我國地熱資源勘查與開發(fā)利用的過程劃分為初創(chuàng)、初步發(fā)展、重要進展等幾個階段，各階段的主要工作簡要回顧如下。

　　1.1 初創(chuàng)階段

　　我國是溫泉廣布和熱水利用歷史悠久的國家，1949年之后，隨著地質(zhì)普查找礦工作的開展，為建立和擴建溫泉療養(yǎng)院，我國開始對溫泉進行調(diào)查，在若干溫泉區(qū)進行了地質(zhì)勘探，根據(jù)所獲得的資料對某些地區(qū)溫泉分布特點和其形成機制作了初步的分析和討論，并新編了全國溫泉分布圖。為配合大地構(gòu)造的研究，中國科學院地質(zhì)研究所和地礦部地質(zhì)力學研究所于20世紀60年代初期先后開始研制巖石熱物理性質(zhì)測試和鉆井測溫裝置，地質(zhì)力學所在包括房山花崗巖巖體在內(nèi)的若干地點測得了較準確的傳導地溫梯度數(shù)據(jù)，地質(zhì)所估算得松遼盆地3個熱流值。這個時期，投入地熱工作的力量有限，工作進展緩慢，處于起步階段。

　　1.2 初步發(fā)展階段

　　由于地熱能作為一種新能源在上逐漸興起以及我國著名地質(zhì)學家李四光教授的倡導，地熱資源于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(qū)域地熱資源普查、地熱資源開發(fā)利用、地熱基礎理論方面都取得了顯著的進展。

　　上世紀70年代以來，我國在20多個省區(qū)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于1973-1976年對西藏高原地熱活動地表熱顯示的考察為系統(tǒng)而全面[2]。在地下熱能的開發(fā)利用方面，在這一階段開始進行地熱發(fā)電站的建設。1975年開始布鉆勘探的西藏羊八井地熱田，是我國大陸經(jīng)勘探證實的*個高溫地熱田，于1977年建立了一座裝機容量為1MWe的示范性電站。羊八井地熱電站的成功運行，鼓舞了國家和地方的能源決策部門，加速該熱田的開發(fā)過程。在地熱其他利用方面，北京、天津和西安等地區(qū)相繼開展了低溫熱水溫室種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、療養(yǎng)－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面，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制，發(fā)表了我國*批大地熱流數(shù)據(jù)并作出相應的解釋[3]；以板塊構(gòu)造觀點，討論了西藏高原現(xiàn)代強烈水熱活動的機制，提出喜馬拉雅地熱帶的概念性模式；用流體力學方法，探討了海底擴張的驅(qū)動機制，大陸巖石圈的熱模式和地饅熱柱上涌等問題。

　　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(xiàn)為：（1）在地熱上有重要意義的地區(qū)或地質(zhì)構(gòu)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?qū)ζ錆摿ψ髁朔治龊驮u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

　　由于地熱資源的自身優(yōu)勢和我國社會發(fā)展與經(jīng)濟技術(shù)進步，上世紀90年代以來，掀起地熱資源開發(fā)熱潮，地熱井的深度越來越大(深已過4000m)，范圍也遠遠超出了“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，未進行全面系統(tǒng)的區(qū)域性勘查評價工作。由于地熱資源勘查與開采的市場化，造成了不科學的無序開采局面和資源的極大浪費。雖然天津、北京、西安等主要開發(fā)區(qū)采取的必要的政府干預手段，效果仍不十分明顯。因此，通過地熱資源與開發(fā)利用區(qū)劃勢在必行。

　　據(jù)相關統(tǒng)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33283.473×104m3/a，初步評價的熱田214個，D+C級熱水可采資源量約5×108m3/a。

　　1999年國土資源大調(diào)查開展以來，中國地質(zhì)調(diào)查局先后組織實施了寧夏銀川平原、北京市城區(qū)陜西關中盆地,魯北地區(qū)等地地熱資源勘查評價工作。
 

　　2 存在的問題

　　自上世紀九十年代以后，由于對地熱資源勘探等研究經(jīng)費減少，地熱資源的形成機理研究、地熱資源勘探方法、開發(fā)利用規(guī)劃、熱儲工程學研究等幾乎處于停滯狀態(tài)。地熱資源勘查和開發(fā)中存在以下主要問題：

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

　　目前，全國大部分地區(qū)尚未開展系統(tǒng)全面的地熱資源勘查評價工作，特別是我國西部及華北平原地區(qū)的中低溫地熱資源，基本未開展正規(guī)的地熱勘探。全國地熱資源總量是個概數(shù)，至今尚未取得*的統(tǒng)一數(shù)據(jù)。經(jīng)過資源儲量管理部門審批可作為進一步勘查或開發(fā)利用規(guī)劃的地熱田103處，約占已發(fā)現(xiàn)地熱田的1/3。勘查評價滯后于開發(fā)利用，嚴重影響了地熱資源勘查開發(fā)規(guī)劃的制定、資源的利用以及地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展。尤其是自上世紀90年代以來，國家在地熱資源勘查方面基本上沒有投入。近年來地熱勘查開發(fā)是由各種所有制經(jīng)濟主體參與和推動，基礎地熱地質(zhì)勘查工作薄弱，后備資源不足，地熱市場供需矛盾日益突出。因市場機制追求的是直接經(jīng)濟利益，對于服務于各級政府的地熱資源規(guī)劃的評價、論證和區(qū)域性地熱田資源勘查評價等基礎性、區(qū)域性、全國性勘查工作，單憑市場無法解決。地熱資源開發(fā)是高風險、高投入、高收益的產(chǎn)業(yè)，如果不將區(qū)域資源論證清楚，把地熱資源的地質(zhì)基礎做好，就不能正確地引導地熱資源開發(fā)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(shù)十眼，形成相當?shù)拈_發(fā)規(guī)模，但整個地熱田資源狀況尚未進行評價，開發(fā)管理缺乏科學依據(jù)，處于盲目開采狀態(tài)。

　　另外，在地熱基礎理論研究方面，如地熱回灌技術(shù)、干熱巖開發(fā)利用技術(shù)、地熱資源綜合開發(fā)利用技術(shù)以及深部地熱勘探技術(shù)等都幾乎處于停滯狀態(tài)。

　　2.2 地熱資源開發(fā)利用水平低，資源浪費現(xiàn)象嚴重

　　地熱資源開發(fā)利用規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化水平不高，熱能利用率低、資源浪費比較嚴重。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。由于梯級開發(fā)利用和“一采一灌”的開采回灌制度沒有得到普遍實施，廢棄了大量的高溫、高礦化度地熱水，不僅造成資源浪費，還由此產(chǎn)生了周圍環(huán)境和地下水的熱污染和化學污染。在一些采取直供、直排供暖方式的單位，其熱能利用率僅為20%-30%，嚴重浪費了地熱資源。

　　2.3 地熱資源評價方法有了長足的發(fā)展，但需進一步完善

　　沉積盆地傳導型地熱資源評價方法有了長足的發(fā)展，這些方法有熱儲法、解析模型法、類比法和數(shù)值模型方法等，這些方法各有長處，但也存在一些不足之處。如熱儲法過去只考慮了靜儲量，對于彈性儲量的考慮偏少，雖然目前有不少學者已經(jīng)在考慮彈性儲量，但是彈性儲量與允許開采量之間的關系仍缺乏認識，但在實際中，所開采的地熱資源絕大部分應屬于彈性儲量的。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，使得評價結(jié)果與實際有一定的出入，尤其在大型地熱田評價中，出入較大。類比法屬于經(jīng)驗方法，缺乏理論基礎。數(shù)值模型方法屬于評價精度較高的一種方法，但其要求比較清楚地掌握熱儲層結(jié)構(gòu)、物理參數(shù)、熱物理參數(shù)、水位（壓力）和開采動態(tài)的情況，多數(shù)地方實施起來比較困難，也不利于進行實時的資源評價。在允許開采量的評價中，大合理降深的確定存在著不同的觀點和認識，對評價結(jié)果的準確性有較大影響。經(jīng)濟社會環(huán)境效益評估是一項較新的工作，在一些地方，如溫泉之鄉(xiāng)，有較成功的經(jīng)驗，但在區(qū)域上推廣還需要進一步探索。另外，傳統(tǒng)的地熱資源評價方法僅從資源量角度對地熱資源進行評價，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，作為一種可再生能源，除了在能源角度具有巨大的開發(fā)利用潛力外，地熱資源越來越顯示了其在醫(yī)療、景觀以及旅游等行業(yè)的利用前景，現(xiàn)行的地熱資源評價結(jié)果已不能滿足社會各行業(yè)對地熱資源開發(fā)的需求，因此，對傳統(tǒng)地熱資源評價方法進行梳理和總結(jié)，形成一套切合實際的評價方法，是當務之急。

　　2.4 地熱資源開發(fā)缺乏科學指導，嚴重影響地熱資源的可持續(xù)利用

　　部分地區(qū)地熱井過于集中，過量開采現(xiàn)象嚴重，只采不補，造成地熱水位、水溫持續(xù)下降，嚴重影響地熱資源的可持續(xù)利用，局部地區(qū)還出現(xiàn)地面沉降等問題(圖1)。根據(jù)天津塘沽、大港的監(jiān)測資料，地熱開采造成的地面沉降約為6-10mm/a。因此，必須加強熱礦水開發(fā)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(xù)發(fā)展。

　　2.5 對地熱資源開發(fā)利用的監(jiān)督管理力度及技術(shù)支撐力度不夠

　　地熱資源是一種礦產(chǎn)資源，應由國土資源地礦行政主管部門統(tǒng)一管理。但在有些地區(qū)，地熱資源管理設在其它部門。有些地區(qū)把地熱資源混同于普通水資源進行管理，重復發(fā)證，造成地熱資源管理的混亂。目前，全國僅有北京、天津、西安等市在國土資源部門設立了專門的地熱管理處，負責對地熱資源進行統(tǒng)一監(jiān)管。有相當一部分地區(qū)的地熱管理工作偏重于發(fā)證和收費，而對地熱資源的科學開采和合理利用方面的監(jiān)管不力。

　　2.6 缺乏科學的松散孔隙型熱儲回灌技術(shù)，制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（一個開采井對應一個回灌井）是目前世界上實施地熱資源保護和可持續(xù)開發(fā)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(jié)果表明，實施地熱棄水回灌對維持熱儲壓力、減少污染具有較好效果，天津和西安管理部門甚至已經(jīng)制定了地熱開采井施工與回灌井必須配套的政策。然而，回灌的持續(xù)時間較短，尤其是松散孔隙熱儲層的回灌，由于產(chǎn)生的物理、化學和生物化學堵塞問題難于解決，從而使回灌量減少，終無法實施。因此，需要盡快開展地熱棄水回灌技術(shù)示范與試驗工作，為我國地熱資源科學有序開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

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

　　存在于地下巖土空間的淺層地熱溫度能，是一種可再生能源，無任何污染，利用水或其他流體作為載體運輸和利用淺層地溫能，不僅可以供熱、取暖，還可用來制冷，應鼓勵開發(fā)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，可以得到相當于4度電左右的熱量或冷量，其采暖運行費用比傳統(tǒng)能源利用方式低60%以上。據(jù)相關統(tǒng)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(fā)利用起步較晚，20世紀90年代開始推廣和研究地源熱泵系統(tǒng)淺層地溫能的開發(fā)利用技術(shù)[14]。2000年以來淺層地溫能開發(fā)利用的熱泵技術(shù)在全國得到普遍推廣，京津地區(qū)發(fā)展快。北京每年以15%-20%的速度增長，目前全市采用這種技術(shù)的供暖建筑面積已超過500萬m3，在“十一五”期間，北京市計劃再增加3000萬m3淺層地熱供暖建筑面積。目前，在已有的熱泵應用工程的基礎上，制訂了國家標準《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50366－2005），迫切需要國土資源部門制定相關規(guī)程、規(guī)范與之配套。

　　2.8 由于資金、技術(shù)等原因，干熱巖利用技術(shù)方面的研究尚沒有起步

　　干熱巖是埋藏于地面1km以下、溫度大于200℃的、內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的巖體。干熱巖技術(shù)就是開發(fā)利用干熱巖來抽取地下熱能的技術(shù)，其原理是從地表往干熱巖中打一眼井，注入溫度較低的水，注入的水沿著裂隙運動并與周邊的巖石發(fā)生熱交換，產(chǎn)生高溫高壓超臨界水或水汽混合物，然后從生產(chǎn)井中提取高溫蒸氣，用于地熱發(fā)電和綜合利用。干熱巖的研究始于20世紀70年代，迄今為止只近30年。在這短短30年里的研究與開發(fā)過程中，干熱巖的利用技術(shù)也已日趨成熟，顯現(xiàn)出了巨大的利用價值，開發(fā)前景十分看好。然而，目前干熱巖的研究開發(fā)工作主要在一些發(fā)達國家展開，我國由于資金和技術(shù)等原因，僅由國家地震局地殼應力研究所和日本中央電力研究所于1993-1995年期間在北京西南房山區(qū)開展過部分干熱巖開發(fā)利用的試驗研究工作。

　　另外，缺少統(tǒng)一的地熱資源信息系統(tǒng)，管理手段落后，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(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，為科學規(guī)劃與指導我國地熱資源勘查開發(fā)有序發(fā)展提供基礎資料。
 

　　3 建議

　　改革開放以來，我國經(jīng)濟持續(xù)續(xù)高速增長、外貿(mào)大幅躍進、貿(mào)易順差持續(xù)擴大，與此同時，困擾中國經(jīng)濟長遠發(fā)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我國社會經(jīng)濟發(fā)展必須面對的一項課題。作為一種可再生能源，地熱資源具有廣闊的開發(fā)利用前景。開展相關地熱基礎理論研究以及調(diào)查評價工作對于從根本上解決上述問題，加快我國地熱新能源的勘查開發(fā)和利用的步伐，促進我國可再生能源事業(yè)的發(fā)展，緩解所面臨的能源危機具有重要的意義。為促進我國地熱資源的合理開發(fā)利用，建議在今后幾年內(nèi)重點開展以下工作：

　　（1）開展區(qū)域地熱資源調(diào)查評價與區(qū)劃工作，通過區(qū)域地熱資源調(diào)查，查明我國地熱資源分布和開發(fā)利用現(xiàn)狀，進行區(qū)域地熱資源現(xiàn)狀評價及開發(fā)利用區(qū)劃，提出地熱資源可持續(xù)開發(fā)利用和保護區(qū)劃意見。

　　（2）開展區(qū)域淺層地溫能開發(fā)利用適宜性調(diào)查評價工作，充分分析研究我國區(qū)域氣候特征、水資源條件、地質(zhì)環(huán)境等基礎條件，以重點經(jīng)濟帶或人口密集區(qū)為重點工作區(qū)，確定不同水資源及地質(zhì)背景下地下水水源熱泵與土壤源熱泵系統(tǒng)的應用條件與適用范圍，進行適宜性分析。

　　（3）開展地熱資源科學利用關鍵技術(shù)及基礎理論研究，如地熱資源評價方法、沉積盆地型熱儲地熱回灌技術(shù)、中低溫地熱資源梯級綜合利用模式、干熱巖開發(fā)利用科學鉆探及試驗、淺層地熱能開發(fā)利用環(huán)境響應，等。
 

　　4 結(jié)語

　　我國是世界上地熱資源儲量較大的國家之一，作為一種清潔能源，地熱資源的開發(fā)利用對于緩解我國能源緊張的局面、保護環(huán)境等都具有重要的意義。隨著國家《可再生能源法》的頒布實施，以及《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》等相關文件的發(fā)布，我國即將掀起地熱資源調(diào)查評價和勘查的新熱潮，以上有關問題的解決將會大大促進我國熱儲工程學的發(fā)展，為地熱資源在我國實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略過程中發(fā)揮巨大作用奠定基礎。

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