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孙立勇 朱智勇 柴建林
（山东省鲁北地质工程勘察院，德州253015）
作者简介：孙立勇（1970—），男，工程师，主要从事水工环地质工作。
摘要：本文通过对高唐县热储层特征的描述及地热资源形成条件的分析，进行了地热资源储量的评价，提出了开发利用及环境保护措施。
关键词：地热；资源；开发利用；保护
随着国民经济的不断发展和科学技术的不断进步，人们对各种矿产资源的需求量也越来越大。在各种资源日趋贫乏，能源危机日趋迫近的今天，地热作为一种可供人们开发利用并有着巨大发展前景的新型能源，越来越受到人们的重视。地热资源具有分布面广，易于开发，费用低廉等特点，在供暖、卫生洗浴、理疗、游泳及农业养殖等领域有着广阔的应用前景。合理利用地热资源，可以缓解能源紧张状况，同时可以改善当地投资环境，促进经济的可持续发展。
1 热储层水文地质特征
高唐县地热资源类型属低温地热资源（温热水），地下热矿水赋存于新生界碎屑沉积岩中，属层状孔隙-裂隙型热储。本区热储层主要为明化镇组下段热储层、馆陶组热储层、东营组热储层。
1.1 明化镇组下段热储层
明化镇组下段热储层是指明化镇下部692～870m含水层组，厚度178m，含水层厚度79m，单层厚度大于14m，岩性以中砂岩为主，地下水化学类型为 SO4·HCO3-Na型。
1.2 馆陶组热诸层
本区馆陶组不整合于东营组之上，顶板埋深 870.0m，底板埋深 1296.0m，厚度426.0m，储热含水层厚度146.5m，占地层总厚度34%，单层厚度大，（最大单层厚度23m）。其岩性为灰白色细-中砂岩和砂砾岩，垂向上呈上细下粗的正旋回沉积，底砾岩明显。储热含水层孔隙度大，一般为25%～35%，具有良好的储水空间。水化学类型为Cl·SO4-Na型，水温55℃，水量1920m3/d。
1.3 东营组热储层
东营组热储层岩性主要以砂岩、含砾砂岩及细砾岩为主。东营组地层部厚度为370m，含水层厚度约50m，单层厚度小。地下水化学类型为Cl-Na型。
2 地热资源形成条件分析
2.1 热储盖层
本区地热资源属热传导型低温热水，可将第四系松散层和新近系明化镇组上段视为热储盖层，总厚度692m，岩性由粘性土、砂性土、砂层及半固结的粘土岩组成，其特点是密度小，导热性差，热阻大，是良好的天然保温盖层。
2.2 热源
本区热源主要来自地壳深部的正常热流传导。本区位于临清坳陷之内，在喜马拉雅运动时期，发生了众多的同生断裂，这些断裂具有继承和复活的特点，并伴有岩浆活动，对地壳深部的热源起了重要的沟通和传导作用。
3 热水资源量计算与评价
3.1 可利用资源量
依据DZ40-85《地热资源评价方法》的规定，采用热储法计算。
QR＝c·A·h（tr-tj）
式中：QR为地热资源量（J）；A 为热储面积（m2），取1.45×107m2；h 为热储层厚度（m），取146.5m；tr为热储层温度（℃），取 55℃；tj为基准（当地平均气温），取12.5℃；c为热储层平均比热容（J/（m3·℃）），计算得2511895.39 J/（m3·℃）。
其中：c＝ρc· cc（1-ψ）＋ρw·cw·ψ
式中：ρc为热储层岩石的密度（kg/m3），取 2103kg/m3；cc为热储层岩石的比热容（J/（kg·℃）），取894J/（kg·℃）；ρw为热储层水的密度（kg/m3），取988kg/m3；cw为热储层水的比热容（J/（kg·℃）），取4186.8J/（kg·℃）；ψ 为热储层的孔隙度（无量纲），取0.28。
经计算本区地热资源总量为2.2687×1017J，折合标准煤3.15×1017t。按回收率25%计，其可利用资源量折合标准煤为7.87×106t。
3.2 全区热水可采资源量计算
根据目前地下热水水文地质条件，取水设备能力及规范要求，确定地热开采年限为100年，其可采资源量按下式计算：
Q可＝ε·F
式中：Q可为地下热水可采资源量（m3/d）；ε为允许开采强度（m3/（d·m2）），经计算为0.0003445m3/（d·m2）；F为工作区的面积（m2），1.45×107m2。
经计算，Q可＝4995.25m3/d。
高唐县现存地热井其单井涌水量1920m3/d，工作区范围内地下热水可采资源量可以满足这一要求。
4 地热资源开发利用与环境保护
4.1 地热资源的开发利用
4.1.1 地热资源的开发利用条件
本区地热为新生界碎屑岩深埋型热储系统，地热资源类型为温热水型低温地热资源。热储层组主要为新近系馆陶组，地下热矿水水温（井口温度）为55℃，可溶性总固体为4.6g/L，水化学类型为Cl-SO4—Na型，具有水温较高、埋藏浅、水量较大的特点（单井涌水量80m3/h）。开采成本低，开发利用条件良好。
4.1.2 地热资源开发利用方向
本区馆陶组热储的地下热矿水中含有多种对人体有益的化学成分。因此，可建立一个集洗浴、疗养、游泳于一体的地下热矿水浴疗中心。也可直接用于供暖，还可开发温室种植和水产养殖等产业。
4.1.3 潜在经济价值估算
潜在经济价值是指工作区内可利用的地热资源完全回收条件下，获得的热量的总价值，按下列公式计算：
Vei＝Pr×Qi/Qb
式中：Vei为区内馆陶组热储能的潜在价值（元）；Pr为标准煤的价值，以240元/t计；Qi为区内馆陶组热储可利用的地热资源量（J）；Qb为标准煤的燃烧值，以7.2×109J/t计。
经计算，本区馆陶组热能的潜在价值为1.89×109元。
4.2 地热资源的保护
地热资源是在特定的地质、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的。要保护其资源的长期连续稳定开采，不致形成环境地质问题，必须十分重视其资源的保护工作。为了做到有计划开发，合理利用地热资源，严禁盲目无秩序地乱采乱开，造成资源的浪费，要加强以下几个方面的工作。
（1）地热资源的开发利用应遵循开源、节流和保护并举的原则。由于地热资源埋藏深、补给途径远、再生能力弱，其资源量是有限的，并非取之不尽，用之不竭。防止因过量开采导致资源枯竭进而产生地面沉降等环境地质问题。
（2）要根据不同用途，合理的分层开采、分层管理开发地热资源。特别是新近系明化镇组和馆陶组热储层，要根据经济发展所需的不同目的、用途，选择开采不同的热储层的地热资源。
4.3 地热资源开发利用中的环境保护
（1）建立地热资源环境保护区。依据经济发展和人民生活的需要制定地热资源开发规划方案。在开发过程中，必须按热资源的埋藏与分布状况合理布置开采方案。加强地热信息监测，及时调整方案。
（2）防止热污染环境。地热资源开发过程中，由于开发利用地热水所排放的废弃热水，因温度较高，水质复杂，矿化度较高，易造成地表水、地下水及农业生态环境的热污染。因此，在开发利用中，要加强废热水的排放管理，以保护周围环境。
（3）加强地热资源开发中的动态监测工作。地热资源量是有限的，在开采利用过程中，其水位、水量、水质、水温将会随开采的过程而发生变化。为了防止因过量开采产生地面沉降、水源枯竭等环境地质灾害，应加强开发中的动态监测工作。
（4）加强地热资源开发利用的管理。为了更合理的利用好、管理好地热资源，保护地质环境，应建立健全地热资源的开发管理机构，建立地热项目和地热井开采的审批制度，完善探矿权和采矿权授予的有关手续与制度。
能源意义物质基础、工业粮食、社会经济命脉问题对能源的需求日益增大，能源资源日渐枯竭环境意义人类赖以生存，关系人类生存和发展 问题环境污染严重。中国已进入了世界能源大国的行列。然而在能源开发和利用的生命周期过程中，从能源资源的开采、加工和运输，到二次能源的生产（发电），以及电力的传输和分配，直至能源的最终消费，各阶段都会对环境造成压力，引起局部的、区域性的、乃至全球性的环境问题。我国长期以来对能源的安全供应非常重视，相对来说忽视了能源发展对环境所产生的负面影响，导致环境问题日益严重。随着我国全面建设小康社会步伐的加快，对能源生产和能源消费会有更高的要求，能源需求的持续快速增长必将使我国的环境保护面临更加沉重的压力。由能源开发利用导致的能源环境问题既是我国当前面临的现实问题，也是影响我国长远发展的战略问题，是我国实现可持续发展的基础和重要保障之一。法律作为现代社会最权威、最有效的社会调整方式，在此问题的解决上理应发挥重要作用。因此，研究我国的能源环境问题，并在立法中进行恰当规制，对我国能源与环境保护事业无疑具有重要的现实意义。人类利用能源的历史已非常久远，能源对人类发展的巨大贡献是显而易见的。
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