鄭桂森，欒英波，白凌燕

（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195；2.北京市地質(zhì)調(diào)查研究院,北京 102206）

我國淺層地溫能資源分區(qū)探討

鄭桂森1，欒英波1，白凌燕2

（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195；2.北京市地質(zhì)調(diào)查研究院,北京 102206）

淺層地溫能資源蘊(yùn)藏在地下巖土體內(nèi)，其儲(chǔ)藏、運(yùn)移及開采利用均受到地質(zhì)和水文地質(zhì)等條件的嚴(yán)格制約。本文依據(jù)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形地貌、氣候、第四紀(jì)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，利用mapgis軟件空間分析功能，對(duì)全國淺層地溫能資源進(jìn)行了概略區(qū)劃，共分為5個(gè)大區(qū)、16個(gè)亞區(qū)。

中國；淺層地溫能資源；區(qū)劃

能源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等備受世界各國關(guān)注。目前我國采取了強(qiáng)有力措施發(fā)展清潔可再生能源，積極倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)行動(dòng)，作為清潔可再生資源的淺層地溫能得到了迅速發(fā)展。目前，全國應(yīng)用淺層地溫能供暖、制冷的建筑物面積近8000 104m2，對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約資源和保護(hù)大氣環(huán)境，將起到示范作用。

淺層地溫能是一種積蓄在地下（0～200m）的自然資源，是地球深部的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流與太陽輻射共同作用的產(chǎn)物[1-3]。它分布廣泛、埋藏淺、可持續(xù)利用，并可作為化石能源的替代資源，減少溫室氣體排放[2]。雖然我國淺層地溫能資源開發(fā)利用起步較晚，但是在資源評(píng)價(jià)、適宜性區(qū)劃、回灌技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析等方面取得了一定成果[1-8],在資源開發(fā)前必須進(jìn)行地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)。我國幅員遼闊，氣候差距較大，資源需求不同，為合理高效利用各地區(qū)的地?zé)豳Y源，有必要對(duì)我國地溫能資源進(jìn)行區(qū)劃。

1 地溫能資源分區(qū)目的及區(qū)劃考慮因素

（1）地溫能資源分區(qū)目的

揭示淺層地溫能資源區(qū)域分布規(guī)律，客觀反映各地區(qū)淺層地溫能資源區(qū)性質(zhì)和特征，展示資源分布與地質(zhì)條件的關(guān)系，標(biāo)明各地區(qū)對(duì)地溫能資源的需求情況，為勘查開發(fā)利用指明方向。

（2）地溫能資源區(qū)劃考慮的因素

淺層地溫能資源是存在地下巖土體中的一種可再生的新型能源。在不同的地質(zhì)條件下，淺層地溫能開發(fā)利用規(guī)模、方法不同。本文以新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形地貌、氣候、第四紀(jì)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等為依據(jù)，對(duì)全國淺層地溫能資源進(jìn)行分區(qū)。

①新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。地球上所有的地質(zhì)體無一不被地質(zhì)構(gòu)造分割和連接，也是各地質(zhì)體之間能量傳遞的界面。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)直接影響和決定地貌的發(fā)育過程及其形態(tài)特征（圖1），同時(shí)也決定著一個(gè)地區(qū)的大地?zé)崃骱偷販靥荻确植继卣鳌?/p>

圖1 中國大陸新構(gòu)造期構(gòu)造略圖[9]

②地形地貌。我國內(nèi)陸地形呈階梯狀分布，以青藏高原為核心，自西向東呈臺(tái)階式下降，把中國陸地分成了3級(jí)階梯。我國這種地形地貌特征對(duì)水文、氣候、淺層地溫都有深刻影響，它們共同構(gòu)成了淺層地溫資源的自然地理背景。

③氣候。我國地域廣闊，不同地區(qū)年平均氣溫有很大差異，人們對(duì)資源需求不同，如暖溫帶地區(qū)人們制冷需求大于供暖。

④第四紀(jì)地質(zhì)。地表以下0～200m范圍內(nèi)巖土體是地殼中地溫能儲(chǔ)藏、傳遞、散失的物質(zhì)基礎(chǔ)。熱導(dǎo)率是巖石地層熱物理性質(zhì)重要參數(shù)之一，不僅決定地溫場(chǎng)的展布形態(tài)，而且也是淺層地溫能資源量計(jì)算和工程設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵因素。影響松散堆積物熱導(dǎo)率因素要比固相巖石復(fù)雜的多，其中顆粒的大小、形狀、排列方式，孔隙度，含水率，物質(zhì)成分等都是影響熱導(dǎo)率的因素。

⑤水文地質(zhì)條件。水的各種物理性質(zhì)使其具有獨(dú)特的功能，它既能搬運(yùn)又能儲(chǔ)存一定能量，能影響淺層地溫能資源賦存、儲(chǔ)量和開采潛力，制約淺層地溫能資源利用。淺層地下水不僅對(duì)垂向溫度有影響，在水平方向上影響也非常明顯，地下水可把巖層或松散層中熱量帶出或帶入，形成溫度重新分布。

2 地溫能資源區(qū)劃

以新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造就的地形地貌巖土體分布特征將我國地溫能資源劃分為5個(gè)大區(qū)；在大區(qū)劃分基礎(chǔ)上，以氣候帶分布范圍為主，以第四紀(jì)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件為輔，進(jìn)一步分為16個(gè)亞區(qū)，表示在同一個(gè)大區(qū)不同氣候帶內(nèi)不同第四紀(jì)地質(zhì)、水文地質(zhì)、地溫梯度和熱流值等特征。

利用GIS軟件空間數(shù)據(jù)分析功能能，將影響淺層地溫能資源分布的新構(gòu)造邊界、地形地貌、第四紀(jì)地質(zhì)等單要素圖層進(jìn)行相互疊加，生成綜合地溫能資源區(qū)劃圖。我國共劃分5大區(qū)16個(gè)亞區(qū)（圖2），其資源分區(qū)特征如下（見表1）。

圖2 中國淺層地溫能資源分區(qū)略圖

表1 中國淺層地溫能資源分區(qū)特征表

Ⅰ區(qū)：包括東北平原、華北平原、長(zhǎng)江中下游平原。該區(qū)是我國地勢(shì)的第三階梯，地勢(shì)平坦開闊，區(qū)內(nèi)第四系松散堆積物主要由沖洪積粗 細(xì)碎屑物組成，少量海積和殘積物；水文地質(zhì)條件各具特色；全區(qū)跨3個(gè)溫度帶，全區(qū)按照氣候帶劃分為3個(gè)亞區(qū)。

Ⅱ區(qū)：包括蒙古高原、黃土高原、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地等區(qū)域。從地勢(shì)上看屬我國的第二階梯，區(qū)內(nèi)有流水、風(fēng)成、剝蝕、冰川地貌等；松散沉積物有殘坡積、風(fēng)積、冰積、沖洪積等多種類型；區(qū)內(nèi)平均降水量500mm，但分布極不均勻；全區(qū)跨3個(gè)溫度帶，按松散堆積物特征和氣候分帶將全區(qū)分為5個(gè)亞區(qū)。

Ⅲ區(qū)：東南沿海地區(qū)。區(qū)內(nèi)松散層土層主要以殘積為主，沿水系分布沖洪和湖積物，濱海區(qū)發(fā)育海積物；基巖主要是結(jié)晶巖類，裂隙發(fā)育。按所處氣候帶劃分為2個(gè)亞區(qū)。

Ⅳ區(qū)：云貴高原和四川盆地地區(qū)。區(qū)內(nèi)主要松散堆積物為殘坡積、沖洪積物；基巖為古生代至中生代碳酸鹽巖類。由于降水量豐富，廣泛發(fā)育巖溶洞穴裂隙水，形成了強(qiáng)烈對(duì)流條件下地溫場(chǎng)。淺層地溫能資源豐富，但其開發(fā)利用有一定難度與風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)氣候帶分布，將Ⅳ劃分為2個(gè)亞區(qū)。

Ⅴ區(qū)：主要是青藏高原分布區(qū)。地勢(shì)上是我國第一階梯，平均海拔4000m以上。地貌類型繁多，河流湖泊、冰川、高山、溝谷均發(fā)育。跨中溫帶、高原寒帶、亞熱帶和邊緣熱帶4個(gè)氣候帶，空氣稀薄，日照時(shí)間長(zhǎng)。松散堆積物主要是沖洪積、湖積、冰積和殘坡積。根據(jù)氣候帶將本區(qū)劃分4個(gè)亞區(qū)。

3 結(jié)語

本文從新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地質(zhì)條件、巖土體熱物性條件、氣候、水文地質(zhì)條件的角度，對(duì)全國淺層地溫能資源進(jìn)行了概略區(qū)劃，為規(guī)劃合理利用淺層地溫能資源，提供了一定的地質(zhì)基礎(chǔ)。全國區(qū)域淺層地溫能應(yīng)用調(diào)查研究是不夠的，作者希望有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門予以支持。

[1] 韓再生，冉偉彥，佟紅兵等.淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)[J].中國地質(zhì)，2007，34（6）: 1115～1121.

[2]衛(wèi)萬順，鄭桂森，冉偉彥等編著.北京淺層地溫能資源[M].北京:中國大地出版社,2008.

[3]國土資源部.淺層地?zé)崮?-全國地?zé)幔\層地?zé)崮埽╅_發(fā)利用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集[M].北京:地質(zhì)出版社,2007.

4］孫曉光，林 豹，王新北.地源熱泵工程技術(shù)與管理.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[5]衛(wèi)萬順，鄭桂森，欒英波等，淺層地溫能資源地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)體系探討.城市地質(zhì)，2010,5（1）:1～6.

[6]許苗娟，姜 媛， 謝振華等.基于層次分析法的北京市平原區(qū)水源熱泵適宜性分區(qū)研究. 城市地質(zhì) , 2009，4（1）：18～21.

[7]衛(wèi)萬順，李寧波，冉偉彥等.淺層地溫能開發(fā)利用中的關(guān)鍵問題研究.城市地質(zhì)，2009，4（3）:1～5.

[8] 王 均,黃尚瑤,黃歌山.中國地溫分布的基本特征[M]. 北京：地震出版社, 1990:80～100.

[9]萬天豐著，中國大地構(gòu)造學(xué)綱要. 北京：地質(zhì)出版社，2004：200～205.

[10] 陳善雄, 陳守義. 砂土熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)研究[J ]. 巖土工程學(xué)報(bào), 1994, 16 (5): 47～53.

[11] 胡圣標(biāo),何麗娟,汪集旸. 中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯編（第三版）[J].地球物理學(xué)報(bào)，2001,44(5):611～623.

[12] 肖 琳,李曉昭,趙曉豹等.含水量與孔隙率對(duì)土體熱導(dǎo)率影響的室內(nèi)試驗(yàn) [J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,9(3):241～246.

[13]蘇天明,晏長(zhǎng)根,俞 縉等，南京地區(qū)土體熱導(dǎo)率性質(zhì)測(cè)試分析.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，212～215，2006.

[14] 胡玉祿,胡紅文，邱希青等.華北地溫場(chǎng)垂向變化[J].地質(zhì)與可持續(xù)發(fā)展-華北六省一市地選科技論壇文集. 2003,124～126.

Discussion on the Zonations of Shallow Geothermal Energy Resources in China

ZHENG Guisen1，LUAN Yingbo1，BAI Lingyan2

(1.Beijing Geology Prospecting & Developing Bureau, Beijing 100195; 2.Beijing Geology Survey, Beijing 102206)

The shallow geothermal energy resources are contained in the ground. Their storage, migration and exploitation are strictly restricted in the geological and hydrological conditions. Based on the theories of the new tectonic movement, topography, climate, Quaternary geology and hydrological conditions, using the spatial analysis software of MapGIS, we study the shallow geothermal energy resources in China，and divide the zones of geothermal energy resources into fve major areas, sixteen sub-areas.

China；Shallow geothermal energy resource；Zoning

TK521

A

1007-1903(2011)01-0012-05