劉利平

（忻州市水文水資源勘測分局，山西 忻州 034000）

1 概述

1.1 地理位置

奇村地熱田位于山西省忻州市忻府區(qū)西北方向19 km處，處于奇村鎮(zhèn)與南高村之間，地面海拔844～860 m。

1.2 地質(zhì)地貌

從板塊構造上來看，忻定盆地屬華北板塊山西地塊之洪濤山一系舟山斷褶帶，并被汾渭裂谷帶所疊加。奇村地熱田地處忻定盆地，應歸屬于板內(nèi)地熱系統(tǒng)，它的熱源不是巖漿熱。汾渭裂谷帶邊緣構造發(fā)育，并達到一定深度，近南北向斷裂（云中山前隱伏斷層），總體呈現(xiàn)南北向展布于云中山前，形成了基巖山區(qū)與新生界的截然分界，南起奇村南，向北延伸到原平境內(nèi)，全長約60 km，地震剖面顯示，斷層向東傾，傾角為60°～70°G。這一深大斷裂為地下水深循環(huán)創(chuàng)造了條件。大氣降水由西部云中山補給區(qū)向忻定盆地的排泄區(qū)不斷運移的過程中，隨著深度的增大，地下水由巖石中獲取熱量，形成熱水，并在3.5～4 km深處達到115℃左右。奇村地熱田在區(qū)域重力場中表現(xiàn)為負異常，位于布格重力異常的梯度帶上。

1.3 水文氣象

奇村地熱田區(qū)屬溫帶半干旱大陸性氣候，降水量偏小，對地下水資源補給是個不利因素，多年平均氣溫在8℃～9℃，無霜期為150 d左右，多年平均降水量為515.8 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 800 mm左右。奇村地熱田位于海河流域子牙河水系滹沱河支流南云中河上，南云中河多年平均年徑流量4 300萬m3。

1.4 補徑排關系

奇村地熱系統(tǒng)屬對流型地熱系統(tǒng)。此系統(tǒng)是指由大氣降水補給，在區(qū)域熱流的熱機制下，地下水經(jīng)深循環(huán)加熱而形成。水循環(huán)深度大，途徑長，熱水排泄點多出現(xiàn)在斷裂破碎帶或其交會處附近，然后向第四紀孔隙含水層運移，冷熱水混合后形成現(xiàn)在所開發(fā)利用的低、中溫地下熱水。

地下水的含水構造，從垂向上大致可分為兩層結構，其上為水交替強烈?guī)Вê喎Q上帶），其下為水交替遲緩帶（簡稱下帶）。上帶主要指在盆地松散層覆蓋區(qū)的孔隙含水層和淺層裂隙巖溶潛水；這部分水埋深淺，與外界聯(lián)系密切，水交替強烈，受天然降水影響周期短，奇村地熱區(qū)多數(shù)熱水井屬于這種情況。

2 地熱田概況

奇村地熱田地熱資源規(guī)模性開采是從20世紀90年代開始的，其水溫、水位、開采量的觀測也是始于此時。截止2015年底，達到一定數(shù)量不同觀測類型的觀測井，積累了15年的水溫、水位、開采量的觀測資料。

根據(jù)井溫、電法、水化學和參考地溫梯度等綜合圈定，奇村地熱田的范圍為2.18 km2。熱田中心屬于低溫溫熱水熱儲，地熱田水溫度20℃～75.6℃，中心、外圍到熱田區(qū)邊緣，屬于低溫溫水熱儲。奇村地熱田循環(huán)深度達2 173 m，基礎溫度為115℃，年齡大于35年。

據(jù)有關分析研究資料，奇村地熱田地下熱水可開采量為15 00 m3/d（54.75萬m3/年）。根據(jù)歷年監(jiān)測資料分析，奇村地熱水田水溫由1993年的68.7℃下降到2000年的53.5℃，2000—2015年水溫變幅下降值為7.1℃。地熱田面積由1988年的2.5 km2縮至2005年的0.496 km2。

由于地熱水更新周期很長，短期難以恢復，如何合理開發(fā)利用地熱水，支撐當?shù)氐責崴Y源可持續(xù)利用，無疑成為目前迫切需要解決的一大問題。

3 降水與水位、水溫關系分析

3.1 降水與水位關系分析

搜集區(qū)域歷年降水量資料，分析降水與水位（埋深）的補給關系。奇村地熱田歷年平均地下水位與降水量統(tǒng)計見表1。

表1 奇村地熱田歷年平均地下水位與年降水量統(tǒng)計

奇村地熱田年平均地下水位（埋深）變化過程線如圖1?？梢钥闯?，隨著地熱資源開采的不斷增加，奇村地熱田水位（埋深）總體上呈現(xiàn)出持續(xù)下降的態(tài)勢。

奇村地熱田歷年降水量與年平均地下水位變化過程線對照如圖2?？梢钥闯?，奇村地熱田年平均水位與年降水量總體上存在著明顯的正相關關系。說明降水量對地下熱水補給明顯。從時間上也可以看到這種補給的滯后性，說明降水轉(zhuǎn)化為地下熱水是需要一定過程的。

圖1 奇村地熱田年平均地下水位變化過程線

圖2 奇村地熱田歷年降水量與年平均地下水位變化過程線對照

表2 奇村地熱田歷年地下水位變幅統(tǒng)計表

該地區(qū)歷年地下水位變幅見表2，歷年地下水位變幅與年降水量相關關系見圖3，從圖中可以看出其相關性較好，進一步論證了降水對地下熱水的補給作用。

圖3 歷年地下水位平均變幅與年降水量相關性

3.2 降水與水溫關系分析

奇村地熱田歷年平均水溫與年降水量統(tǒng)計見表3。分析奇村地熱田1991—2015年水溫觀測資料，從地熱田歷年水溫均值系列看，隨著時間的推移地熱田水溫總體呈下降趨勢。

表3 奇村地熱田歷年平均水溫及年降水

從圖4可以看到水溫的變化與年降水量無明顯的相關性。

圖4 奇村地熱田歷年平均水溫變化及年降水量過程線

4 開采量與水位、水溫關系分析

4.1 開采量與水位關系分析

本次分析了奇村地熱田1996—2015年的年開采量與地熱水水位變化幅度間的關系，統(tǒng)計分析表明，開采量與水位變幅呈顯著性負相關關系（奇村地熱田年開采量與平均水位變幅關系如圖5）。

圖5 奇村地熱田年開采量與年平均水位變幅關系圖

由于地下水位的升降不僅與開采量有關，同時，也與年降水量密切相關，所以從圖5中看到相關點相對散亂。

4.2 開采量與水溫關系分析

選取了奇村地熱田開采量、水溫同時監(jiān)測，且資料系列較長的數(shù)眼井，綜合分析地熱田年開采量、年平均水溫變化趨勢。結果表明，隨著地熱資源的逐年開采，其水溫總體呈下降趨勢，見圖6。從1999—2015年17年間，水溫從最高51℃下降到最低21℃，下降幅度接近60%。說明，人們對地熱資源的開采對地熱水溫的影響較大。

圖6 奇村地熱田年開采量與年平均水溫變化關系圖

從圖6可以看到，2007—2015年，地熱田開采量相對平穩(wěn)，地下水溫的變幅也穩(wěn)定在一個相對平穩(wěn)范圍內(nèi)，變幅不是太大，說明了開采量與水溫之間存在較為明顯的因果關系。地下熱水的補給源是大氣降水，大氣降水轉(zhuǎn)換為地熱資源需要一個漫長的過程，不僅是水溫的變化，水的成分也要發(fā)生改變。人類對地熱資源的需求不斷加大，打破了大氣降水與地下熱水轉(zhuǎn)換的平衡系統(tǒng)，加快了大氣降水向地下熱水轉(zhuǎn)換的速度，這樣勢必導致地下熱水水溫和水質(zhì)的改變。所以要想使得地下熱水（水溫、水質(zhì)）滿足人們的需求，必須合理控制量的開采，要適度開采，逐步建立滿足人們合理需求的大氣降水、水溫、水質(zhì)和開采量之間的平衡系統(tǒng)。

5 結論與建議

隨著奇村地熱田地熱資源開采的不斷增加，水位、水溫總體上呈現(xiàn)出持續(xù)下降的態(tài)勢。其中，降水與水位變幅相關性較好，說明降水量對地下熱水補給明顯；降水與水溫相關性較差，對應關系不明顯。開采量與水位變幅呈顯著性負相關關系，開采量變幅大，水位降幅相應增大；開采量與水溫之間存在較為明顯的因果關系，開采量變幅大，水溫的變幅也大，開采量趨于平穩(wěn)，水溫的變幅范圍減小。

地熱田地下水位（地熱資源）的變化與人類活動有關，與降水的補給有關。人們對地熱資源的需求量越大，其衰減的就越快。而地熱資源是由降水入滲補給形成的，降水入滲補給越多，地熱資源量就越豐沛。所以要把握好降水、地熱資源量、開采量三者之間的依存關系。大氣降水轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的地熱資源需要一個漫長的過程，如果無序、過度開采，會造成地熱資源量的減少、萎縮，同時也會降低地熱資源的質(zhì)量。

進一步加強奇村地熱田地下熱水水位、水溫、水量與水質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測，研究降水轉(zhuǎn)化為地熱水的機理和過程，為合理取水和科學管理提供技術依據(jù)。其次，各用水部門、行業(yè)及個人，都要樹立節(jié)約用水、從我做起的節(jié)水意識，營造良好節(jié)水氛圍。