石桂萍

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

山西省天鎮(zhèn)縣地熱水保護開發(fā)利用措施研究

石桂萍

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

地熱水資源是天鎮(zhèn)縣的一大資源，近年來，由于地熱水的無序開發(fā)，水溫、水量受到制約，為了使地熱水資源得到合理開發(fā)和利用，本文就地熱水資源的分布、保護范圍的劃定進行闡述，并就地熱資源的保護、利用提出具體措施和規(guī)劃，供相關(guān)部門參考。

地熱水資源 保護范圍 保護措施 利用規(guī)劃

1 項目的提出

天鎮(zhèn)縣擁有獨特的地熱資源優(yōu)勢，是全省首家發(fā)現(xiàn)的偏硅酸重碳酸——鈉型優(yōu)質(zhì)礦泉水，含有對人體有益的微量元素達28種，開采前景廣闊。

近年來，由于水資源管理混亂，地熱資源的使用處于無序狀態(tài)，得不到合理開發(fā)利用。為保證天鎮(zhèn)縣經(jīng)濟發(fā)展對地熱資源的需要，保證地熱水資源的穩(wěn)定性、可靠性，防止因水資源惡性開發(fā)引發(fā)的資源破壞，對天鎮(zhèn)縣地熱水保護開發(fā)進行研究非常必要。

2 現(xiàn)狀分析

天鎮(zhèn)縣的地熱水資源，以馬圈庠村西北為中心，向外輻射地下水熱量遞減。馬圈庠水資源以兩種地下水資源形式存在，一是地熱水資源，二是礦泉水資源。以馬圈庠村西南為中心的地下礦泉水資源被地礦部門專家稱為“塞北雪”，是少有的多稀有元素礦泉水，由于資金等原因，一直未能開發(fā)。根據(jù)地熱評價，以馬圈庠村西北為中心的地熱水資源保護范圍劃定界限為：西以水桶寺為界，東以馬圈庠為界，北以水桶寺附近鐵路北約1km為界，南以馬圈庠水桶寺一線為界。

在劃定保護范圍內(nèi)，現(xiàn)狀用地情況是，鐵路以北為荒坡，鐵路以南為耕地和商業(yè)用地；結(jié)合《山西省天鎮(zhèn)縣城總體規(guī)劃》，鐵路以南保護范圍內(nèi)土地，西側(cè)1000畝耕地規(guī)劃為經(jīng)濟林，東側(cè)約800畝地為旅游開發(fā)用地。為合理保護和開發(fā)利用地熱水資源，以馬圈庠村西北為中心，劃定熱田一級和二級保護范圍，一級保護區(qū)內(nèi)禁止地下水開采，一級保護區(qū)至二級保護區(qū)內(nèi)禁止深層地下水開采。保護范圍內(nèi)現(xiàn)有機井26眼，劃定地熱中心分布有6眼，一級保護范圍內(nèi)分布10眼，二級保護范圍內(nèi)分布10眼。

3 熱田地質(zhì)條件

3.1地質(zhì)構(gòu)造

馬圈庠熱田在區(qū)域上為斷陷凹地，熱田內(nèi)基巖埋深東南部淺，在300～500m深度變化；西北部較深，在500m左右。熱田中心形成兩個隆起，第一隆起為水桶寺北隆起，基巖埋深在200～300m之間，并與外圍落差較大，隆起周圍等值

線呈現(xiàn)密集下降。第二隆起在馬圈庠北部，基巖埋深在250m～300m間，周圍落差相對較小，在兩隆起之間基巖埋深約320m。馬圈庠北隆起偏西部構(gòu)造較發(fā)育，共有七條斷層，基底破碎。凹陷中的隆起，隆起周圍的階梯狀斷裂，是馬圈庠地下熱水形成的通道，推測北西-南東向斷裂為熱田控熱斷裂。

3.2水文地質(zhì)條件

3.2.1 熱儲層分布特征

低溫溫熱水熱儲層特征：在洪積扇部位100m以淺熱儲條件優(yōu)越，100～300m熱儲層孔隙率變小，熱儲層變??；低溫溫水熱儲層特征：熱儲層分布面積大，產(chǎn)出水溫25～33℃。該熱儲層特點為洪積扇部位含卵石層厚，到溢出帶附近顆粒變細，以粗砂為主要含水層，水位埋深25m左右，單位涌水量25m3/h·m。

3.2.2 熱水溫度邊界特征

就含水層而言，冷熱水為連通體系。在漫長的地質(zhì)時期里，松散層中地下熱水與外圍冷水形成相對平衡的溫度場，隨著地下熱水開采，平衡破壞溫度邊界發(fā)生相應(yīng)變化。因此，溫度邊界是移動邊界。該邊界的穩(wěn)定度與熱水的開采強度成反比。

3.2.3 熱礦水運移機制

地下熱水補給條件：地下熱水補給區(qū)為北峰山區(qū)，補給高程在1406～1544m，降雨通過徑流從北部云門山前大斷裂向深部垂直入滲。

地下熱水運動特征：在基巖中熱水垂直上涌，補給熱儲層后變?yōu)樗竭\移。含水層水溫變化特征：斷裂帶附近熱儲層水溫呈蘑菇狀增高，然后向四周擴散，達到平衡后繼續(xù)向頂部含水層滲流。

熱水排泄途徑：馬圈庠地熱田開發(fā)之前，下部熱水在靜水壓力作用下源源不斷地補給上部松散層，使松散層溫度逐漸增高，熱水體范圍增大，形成了較穩(wěn)定的天然層狀熱水體。隨著淺部冷水井開采，使熱流向淺部傳導(dǎo)，致使淺層冷水加熱，隨著開采將熱量帶上來，開始了地熱田的人工排泄。

熱礦水循環(huán)最大深度為1478m，熱水基礎(chǔ)溫度推算為138℃。

3.3熱田范圍的確定

熱田的范圍確定采用了幾種方法，有井口測溫圈定熱田范圍、根據(jù)地溫梯度圈定范圍、根據(jù)電阻法圈定以及綜合上述幾種方法的綜合手段。綜合井口測溫、地溫梯度、電法低阻值成果圈定熱田邊界，鐵路以北主要依靠電法低阻值圈定邊界。圈定的熱田范圍面積：0～100m深約2.2km2，100～300m深約8km2。

3.4熱田區(qū)取水的影響范圍

根據(jù)井口測溫統(tǒng)計，以25℃水溫圈定范圍2.2km2，水溫大于40℃熱田范圍0.35km2。故按水溫大于40℃熱田面積0.35km2為熱田開發(fā)范圍。

根據(jù)規(guī)范及抽水試驗資料綜合分析，確定熱田影響范圍：熱田以外一級保護范圍300m深，約1.6km2；二級保護范圍800m深，約4.0 km2。一級保護區(qū)內(nèi)禁止地下水開采，一級保護區(qū)至二級保護區(qū)內(nèi)禁止深層地下水開采。

3.5熱田區(qū)取水優(yōu)化方案

地熱田熱水循環(huán)特點及含水層水溫變化特征，基巖中斷裂帶附近深循環(huán)的地下熱水在壓力水頭作用下垂直上涌，源源不斷地補給松散層熱儲層后變?yōu)樗竭\移，熱儲層水溫呈蘑菇狀增高，然后向四周擴散，達到平衡后繼續(xù)向頂部含水層滲流，形成地下熱水庫。據(jù)電法剖面反映在100m以上含水地層主要為中、粗砂及卵礫石，熱儲條件優(yōu)越，在100～300m深熱儲層孔隙率變小，熱儲層變薄。馬圈庠地熱田地下熱水資源開采深度100～120m為宜，開采量按1000～1200m3/d較為合適。

保護范圍內(nèi)現(xiàn)有機井26眼，劃定地熱中心分布有6眼，一級保護范圍內(nèi)分布10眼，二級保護范圍內(nèi)分布10眼，根據(jù)調(diào)查，保護區(qū)內(nèi)單井出水量在45～50m3/h之間，根據(jù)計算的限定開采量，保護區(qū)內(nèi)保留井數(shù)1～2眼，其余的井需封井或限制采水。

4 保護措施及開發(fā)利用設(shè)想

4.1保護目標

通過對地熱保護范圍進行科學合理的劃定，對地熱保護范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)用水另辟灌溉水源，保證農(nóng)業(yè)灌溉用水；對劃定范圍內(nèi)的地熱水井實行集中管理，有序開采，實現(xiàn)資源最優(yōu)開發(fā)利用，促進當?shù)亟?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

4.2工程措施

保護范圍內(nèi)鐵路以南的1000畝經(jīng)濟林灌溉水源為水井，根據(jù)熱田取水優(yōu)化方案，保護區(qū)內(nèi)

保留水井1～2眼用于經(jīng)濟開發(fā)，因此對保護范圍內(nèi)既有的用水戶和農(nóng)業(yè)灌溉用水需另行開辟水源。而當?shù)負碛邢鄬^為豐富的潛流資源，可作為項目開發(fā)的替代水源。

替代水源擬在水磨口村東北沖溝中做截潛流壩，地形高程1292～1305m左右，溝谷呈“V”，底寬35m左右。截潛流工程采用防滲帷幕至基巖中隔斷地下水的形式。截水廊道長35m，寬5m，水位降深4.5m。截潛流涌水量為1614.22m3/d，年水量58.9萬m3。

4.3管理措施

地熱水資源是天鎮(zhèn)的一大資源，也是該縣招商引資的重要特色，天鎮(zhèn)縣是國家貧困縣，近年來，為盡早擺脫貧困走上富裕小康的道路，縣委、縣政府加大了招商引資力度，并提出以下管理措施：（1）根據(jù)計算的限定開采量，對保護區(qū)內(nèi)的井數(shù)保留1～2眼，其余的井進行封井或限制采水，對地熱水實現(xiàn)集中管理，有序開采；（2）大力提倡節(jié)約用水，嚴格控制興建耗水量大或?qū)λY源有污染的建設(shè)項目；（3）嚴禁無序排放生活污水及生活垃圾，以免污染地熱水資源。

4.4開發(fā)利用規(guī)劃

地熱水作為一種特殊的水資源，具有自身的價值優(yōu)勢，它既是一種熱能資源，又是一種醫(yī)療保健資源。為使地熱水資源最大限度合理開發(fā)和利用，充分利用地熱水的溫度及水化學成分，對地熱水資源進行梯級開發(fā)利用，按水溫由高到低依次進行“地熱供暖→溫泉療養(yǎng)及游泳→養(yǎng)殖花卉栽培→回灌地下水”的利用開發(fā)模式，做到一水多用；針對天鎮(zhèn)縣地熱水的獨特化學特性“偏硅酸重碳酸——鈉型”，也可據(jù)此開發(fā)出獨具特色的地熱礦泉水；另外，根據(jù)地熱水在紡織、印染、烤膠、制革、造紙、蔬菜脫水等方面的應(yīng)用，還可根據(jù)天鎮(zhèn)縣的實際縣情，開發(fā)一些支柱產(chǎn)業(yè)，進一步加快天鎮(zhèn)縣脫貧致富的步伐。

5 結(jié)語

本文對地熱保護區(qū)范圍采用多種科學手段進行劃定，并通過對地熱保護區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀用水分析，從工程和管理方面兩方面提出具體可行的保護措施。本工程的創(chuàng)新點在于，對當?shù)氐奶烊毁Y源進行了合理利用，改善了保護區(qū)水的利用格局，穩(wěn)定了地熱水源，保證了地熱水資源的可靠性，防止了水資源惡性開發(fā)引發(fā)的資源破壞，從根本上合理開發(fā)和利用地熱水資源，合理化解投資開發(fā)用水與農(nóng)業(yè)用水的矛盾，實現(xiàn)了資源的最優(yōu)開發(fā)利用，為天鎮(zhèn)縣今后招商引資、發(fā)展經(jīng)濟提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，是造福一方的大好事。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.07.011

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1672-2469(2014)07-0038-03

石桂萍（1967年—），女，高級工程師。