陳夢(mèng)源, 羅莉威, 何 春

(湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢 430034)

咸寧市地處華中腹地,位于幕阜山脈北緣丘陵地帶,與江漢平原南緣相接。咸寧市地?zé)豳Y源的主要表現(xiàn)形式為溫泉、地?zé)峋?溫泉開(kāi)發(fā)利用歷史悠久,地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,是“中國(guó)溫泉之城”、“全國(guó)第二批可再生能源建筑應(yīng)用示范市”、“湖北省首批低碳經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)市”。

咸寧市溫泉地?zé)崽镂挥谙虒幨袦厝?jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)中心,重點(diǎn)區(qū)為月亮灣—潛山—高屋呂一帶(圖1),先后進(jìn)行過(guò)不同精度、不同目的的勘查工作,對(duì)咸寧溫泉地?zé)岬刭|(zhì)研究較深的有:咸寧市溫泉地?zé)釁^(qū)初勘階段水文地質(zhì)勘察(1980-1983年);湖北省咸寧市溫泉地?zé)崽镌敳?2004-2006年);咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)豳Y源深部普查(2006-2008年);咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)豳Y源深部普查(續(xù)作)(2010-2011年);咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)豳Y源儲(chǔ)量核實(shí)工作(2015年)。

根據(jù)以往的勘查工作及成果,咸寧市溫泉地?zé)崽飳俪练e巖地區(qū)斷裂深循環(huán)地?zé)嵩鰷匦蚚1],熱儲(chǔ)為巖溶熱儲(chǔ),含水巖層主要為奧陶系地層,熱儲(chǔ)蓋層主要為志留系地層,主要控?zé)釋?dǎo)熱構(gòu)造為北東向斷裂,為斷裂對(duì)流型地?zé)嵯到y(tǒng);地?zé)崃黧w溫度為40～54℃,屬低溫水熱型地?zé)豳Y源;地?zé)崃黧w整體上為含氟、偏硅酸的理療熱礦水,局部存在含鍶的熱礦水。

隨著咸寧市溫泉地?zé)豳Y源的廣泛應(yīng)用,地?zé)崃黧w開(kāi)采量的大幅增加,地?zé)崽飪?nèi)產(chǎn)生了一系列環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題:如井泉、井孔之間的互相干擾,地?zé)崃黧w溫度降低,地?zé)崃黧w水質(zhì)變化及區(qū)域地下水位下降等。

1 井泉、井孔之間的互相干擾

咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)峋幌鄬?duì)集中,主要集中分布在月亮灣一帶,開(kāi)采強(qiáng)度較大,2004、2011-2014年咸寧溫泉地?zé)崽镩_(kāi)采井?dāng)?shù)、開(kāi)采企業(yè)及開(kāi)采量見(jiàn)表1。

表1 咸寧市溫泉地?zé)崽镩_(kāi)采井?dāng)?shù)、開(kāi)采企業(yè)及開(kāi)采量[2]Table 1 The number of mining wells,mining enterprises and mining amount in hot spring geothermal field in Xianning

2004、2011-2014年用水量高峰期為每年的1-4月和9-12月兩個(gè)時(shí)間段,開(kāi)采量每年變化較大;用水低谷期為每年的5-8月,在取水低谷期大部分井處于停采狀態(tài)(圖2)。

綜合以前監(jiān)測(cè)資料,1983年以來(lái),咸寧市溫泉地?zé)崃黧w水位普遍下降,不僅開(kāi)采井水位下降,未開(kāi)采井水位也出現(xiàn)下降,部分泉點(diǎn)干涸消失,泉流量大幅減少。表明地?zé)崽飪?nèi)井與井之間、井泉之間聯(lián)通較好;一個(gè)井開(kāi)采而造成周邊井、泉水位降低,井孔、井泉之間存在干擾。

溫泉地?zé)崽锸褂玫纳a(chǎn)井,大多數(shù)集中分布在月亮灣一帶,該區(qū)內(nèi)巖石破碎,巖石裂隙連通性好,井間間距過(guò)小,2014年開(kāi)采井5口,密度達(dá)到13口/km2,高峰期日均開(kāi)采量為3 044 m3,互相干擾嚴(yán)重。

如果區(qū)內(nèi)大規(guī)模開(kāi)采,對(duì)開(kāi)采量不加以控制,其井孔之間的干擾將加劇。

圖1 咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)豳Y源分布范圍Fig.1 Distribution range of geothermal resources in hot spring geothermal fields in Xianning1.地?zé)崽锓植挤秶刂平缇€(xiàn);2.地?zé)崽锓植挤秶茢嘟缇€(xiàn);3.t≥40 ℃地?zé)崃黧w分布范圍;4.25 ℃≤t≤40 ℃地?zé)崃黧w分布范圍。

圖2 咸寧市溫泉地?zé)崽?011-2014年月開(kāi)采量曲線(xiàn)圖Fig.2 Diagram of monthly mining volume of hot spring geothermal field in Xianning from 2011 to 2014

2 地?zé)崃黧w溫度降低

咸寧溫泉地?zé)崃黧w經(jīng)過(guò)近40年的開(kāi)采,地?zé)崃黧w溫度有所下降,1983年以來(lái),特別是2004年以來(lái),地?zé)崃黧w溫度普遍降低,平均降幅4.3℃,在開(kāi)采井集中的月亮灣一帶,最大降幅達(dá)6.5℃,地?zé)崃黧w溫度降低1～4.5℃,這與2004年以來(lái)地?zé)崃黧w開(kāi)采量的急劇增加密切相關(guān)(表2)。

導(dǎo)致上述問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因是:自1983年以來(lái),特別是2004年以來(lái),地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的發(fā)展,區(qū)內(nèi)地?zé)嵘a(chǎn)井?dāng)?shù)量增加,開(kāi)采量增加,開(kāi)采井水位降低,導(dǎo)致了地表冷水混入,造成了溫度的降低。

表2 咸寧溫泉地?zé)崽锷a(chǎn)井水溫變化表[2]Table 2 Water temperature change table of the production well of hot spring geothermal field in Xianning

咸寧市溫泉地?zé)釣閿嗔焉钛h(huán)地?zé)嵩鰷匦?為單一相水熱系統(tǒng)。利用生產(chǎn)井作為該系統(tǒng)內(nèi)地?zé)豳Y源的上涌通道,即在熱對(duì)流處抽出地?zé)豳Y源,必將造成該水熱系統(tǒng)內(nèi)的壓力下降,壓力下降又將激發(fā)來(lái)自熱田側(cè)翼邊界一定深度內(nèi)的徑流循環(huán)。開(kāi)采地?zé)豳Y源,改變了水熱系統(tǒng)中地?zé)豳Y源原有的交替循環(huán)條件,地?zé)崃黧w的交替循環(huán)速度、徑流速度增大,其熱交換時(shí)間縮短,導(dǎo)致流體與熱儲(chǔ)層的原有熱平衡改變,進(jìn)而表現(xiàn)出地?zé)豳Y源溫度有所下降。

另外,在月亮灣一帶的地表冷水的影響亦相當(dāng)重要,這種影響對(duì)地?zé)崃黧w出口溫度的影響尤為明顯。由于地?zé)豳Y源開(kāi)采量的增加,造成局部地下水位埋深的降低,冷水的混入,尤其地?zé)崃黧w出露的地方巖石破碎,冷水容易混入,造成了地?zé)崃黧w溫度降幅大于生產(chǎn)井地?zé)崃黧w溫度降幅的局面。

隨著開(kāi)采強(qiáng)度的增大,其淺層地下冷水補(bǔ)給地?zé)豳Y源的趨勢(shì)增大,地?zé)豳Y源的溫度將受到更大的影響,導(dǎo)致地?zé)崃黧w的溫度進(jìn)一步降低,特別是在月亮灣集中開(kāi)采區(qū)一帶,更應(yīng)該控制地?zé)崃黧w的開(kāi)采量和降深。

3 地?zé)豳Y源水質(zhì)變化

咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)崃黧w中含有多種對(duì)人體有益的化學(xué)組分,如氟、鍶、偏硅酸等。經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采,地?zé)崽锏責(zé)崃黧w化學(xué)組分發(fā)生了一定程度的變化,本文選取了其中3個(gè)生產(chǎn)井不同階段水質(zhì)分析結(jié)果來(lái)說(shuō)明地?zé)崃黧w化學(xué)組分的變化情況(表3)。

與1983年初勘時(shí)相比,部分井孔地?zé)崃黧w有益組分含量降低,有的生產(chǎn)井在詳查時(shí)命名氟水、鍶水、硅水,核實(shí)評(píng)價(jià)命名氟水、有醫(yī)療價(jià)值硅水,鍶水不達(dá)標(biāo),其他兩項(xiàng)雖達(dá)標(biāo),但含量均下降,表明生產(chǎn)井地?zé)崃黧w中有用礦物組分有所降低。

在地?zé)崽镩_(kāi)采量強(qiáng)度逐漸增加的情況下,地?zé)崃黧w徑流循環(huán)速度加快以及地表水和淺層冷水的混入,地?zé)崃黧w中二氧化硅、硫酸根離子、鉀離子、鈉離子、鎂離子等特征離子的含量將下降,特別是對(duì)人體有益的微量元素的減少將大大降低地?zé)崃黧w的可利用價(jià)值。

4 地?zé)崃黧w水位的下降

根據(jù)咸寧市溫泉地?zé)崽镏?3口生產(chǎn)井的監(jiān)測(cè)資料顯示,1983年至今,地?zé)崃黧w開(kāi)采量顯著增大,致使地?zé)崃黧w水位呈下降趨勢(shì),降幅0.67～2.24 m,平均降幅1.17 m(表4)。

地?zé)崃黧w水位的下降,造成泉水枯竭,部分泉點(diǎn)干涸,溫泉出露點(diǎn)明顯減少,由20世紀(jì)80年代的14處減少至目前的4處,并且流量也呈明顯地減少。

水位降低的主要原因是經(jīng)過(guò)數(shù)十年的開(kāi)采,開(kāi)采量大于補(bǔ)給量,造成了地下水位埋深的降低。

隨著地?zé)豳Y源應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大、地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,地?zé)崃黧w開(kāi)采量進(jìn)一步擴(kuò)大,地?zé)崃黧w水位還將繼續(xù)降低。

表3 咸寧市溫泉地?zé)崽锏?個(gè)生產(chǎn)井不同階段水質(zhì)變化表[2]Table 3 Water quality change table at different stages of 3 production wells in hot spring geothermal field in Xianning

表4 咸寧市溫泉地?zé)崽锷a(chǎn)井水位變化表[2]Table 4 Change table of water level of production well in hot spring geothermal field in Xianning

為防止地?zé)崃黧w水位的持續(xù)下降,保護(hù)溫泉景觀(guān),應(yīng)控制開(kāi)采量并合理規(guī)劃開(kāi)采布局,保證地?zé)豳Y源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用。

另外,地?zé)崃黧w主要用于理療洗浴,一般利用后直接排入城市管網(wǎng),廢地?zé)崃黧w的直接排放會(huì)造成熱污染,地?zé)崃黧w中的有害組分對(duì)地表水、地下水水質(zhì)可能造成污染,企業(yè)應(yīng)保證廢地?zé)崃黧w達(dá)標(biāo)排放。

5 資源保護(hù)措施與建議

為使咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)豳Y源更好地可持續(xù)開(kāi)發(fā),梯級(jí)綜合利用,避免浪費(fèi),引起環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題,應(yīng)在組織、政策和技術(shù)方面采取必要的保護(hù)措施。

5.1 組織措施

建議對(duì)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行嚴(yán)格的管理,實(shí)行科學(xué)規(guī)劃,統(tǒng)一集中開(kāi)采,統(tǒng)一供熱,并進(jìn)行取配資源全時(shí)空調(diào)控管理。

政府相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控與管理,嚴(yán)格地?zé)峁こ痰膶徟贫?強(qiáng)調(diào)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和回灌系統(tǒng)建設(shè)以及綜合開(kāi)發(fā)利用,使地?zé)豳Y源能夠合理有序地開(kāi)發(fā)利用,減少盲目開(kāi)采對(duì)地?zé)豳Y源造成的浪費(fèi)以及過(guò)量開(kāi)采所導(dǎo)致的潛在地質(zhì)災(zāi)害影響的積累。

5.2 政策性措施

地?zé)豳Y源作為一種清潔能源,并不是取之不盡、用之不竭的,在地?zé)豳Y源開(kāi)采方面制定相應(yīng)的政策性限制和規(guī)定,依法辦事,已是刻不容緩。

(1) 嚴(yán)格遵守國(guó)家礦產(chǎn)資源法。

(2) 制定與頒布地?zé)豳Y源相關(guān)管理辦法。

(3) 嚴(yán)格地?zé)豳Y源開(kāi)采審批制度。

(4) 遵循地?zé)豳Y源勘探和開(kāi)采程序,嚴(yán)格控制地?zé)豳Y源的局部開(kāi)采量和開(kāi)采強(qiáng)度。

(5) 定期編制與更新開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃。

5.3 技術(shù)性措施

針對(duì)溫泉地?zé)崽锏責(zé)衢_(kāi)采現(xiàn)狀,提出以下環(huán)境保護(hù)措施:

(1) 加強(qiáng)地?zé)豳Y源勘查、開(kāi)發(fā)和保護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)研究,如加強(qiáng)地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)和地?zé)嵛菜幚硌芯?強(qiáng)化熱能利用效率和傳熱管道保溫措施,降低地?zé)嵯暮臀菜疁囟?改進(jìn)地?zé)徙@井、綜合開(kāi)發(fā)利用和地?zé)岱栏确矫娴募夹g(shù),提高地?zé)豳Y源的綜合利用效率和經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。

(2) 針對(duì)不同的環(huán)境問(wèn)題,以“預(yù)防為主,防治結(jié)合”為原則,逐個(gè)擊破,將問(wèn)題最小化,并針對(duì)具體環(huán)境問(wèn)題采取適宜的解決方案。

① 針對(duì)熱污染,采用梯級(jí)多次利用,如利用地?zé)嵛菜B(yǎng)殖、洗浴或溫室種植和尾水回灌,但是值得注意的是,尾水回灌對(duì)地層條件有一定要求,同時(shí)由于地?zé)嵛菜疁囟鹊母淖兪鼓承┑V物質(zhì)發(fā)生沉淀,會(huì)對(duì)熱儲(chǔ)層或回灌井造成破壞;

② 針對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題,鉆井完成后要及時(shí)恢復(fù)當(dāng)?shù)刂脖患凹訌?qiáng)尾水回灌,不能回灌的地區(qū)則采取必要的地?zé)嵛菜幚泶胧?如可在廣大農(nóng)村地?zé)釁^(qū)利用水生植物系統(tǒng)(如三棱草、蘆葦和香蒲等)凈化地?zé)嵛菜?而凈化后達(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)的尾水再用于農(nóng)業(yè)灌溉;

③ 針對(duì)大氣環(huán)境問(wèn)題,地?zé)嵴羝袑?duì)環(huán)境影響較大的為H2S、CO2氣體,可采用物理或化學(xué)的方法將其去除,如用蒸汽轉(zhuǎn)化法、燃燒法、生產(chǎn)商業(yè)性硫等方法去除H2S,通過(guò)地?zé)峋羝蛛x生產(chǎn)商業(yè)性的CO2用于溫室蔬菜栽培。

(3) 建立完善的地下熱水開(kāi)采量、水溫、水位及水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),利用系統(tǒng)信息結(jié)合鉆井成果和前期工作成果進(jìn)行綜合分析,使得對(duì)熱儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí)盡可能地接近儲(chǔ)層分布的客觀(guān)實(shí)際。資源評(píng)價(jià)就是在開(kāi)采動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)下不斷完善、不斷修正的過(guò)程,對(duì)地?zé)崃黧w運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)過(guò)程。這部分資料將對(duì)地?zé)崽锏目茖W(xué)利用和環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)信息,對(duì)優(yōu)化開(kāi)采布局提供依據(jù)。

(4) 每5年對(duì)地?zé)崃黧w可開(kāi)采量及開(kāi)采后對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。

6 結(jié)語(yǔ)

咸寧市溫泉地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中,產(chǎn)生了井泉、井孔之間的互相干擾,地?zé)崃黧w溫度降低,地?zé)崃黧w水質(zhì)變化及區(qū)域地下水位下降等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。通過(guò)采取必要的組織、政策和技術(shù)性措施,樹(shù)立生態(tài)觀(guān)念,完善生態(tài)制度,維護(hù)生態(tài)安全,優(yōu)化生態(tài)環(huán)境,形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式,促進(jìn)咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)豳Y源更好地可持續(xù)開(kāi)發(fā)和梯級(jí)綜合利用。

[1] 徐世光,郭遠(yuǎn)生.地?zé)釋W(xué)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

[2] 何春,羅莉威,陳剛,等.湖北省咸寧市溫泉地?zé)崽锏責(zé)豳Y源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告[R].武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,2015.