王 奎，徐澤棟

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊，安徽 六安 237000)

傳統(tǒng)的能源主要是煤炭、石油等化石類礦產(chǎn)資源，在使用過程中既一次性消耗能源又產(chǎn)生大量的污染，能源危機和環(huán)境污染已給人們的生存環(huán)境帶來嚴重影響和威脅，因此，節(jié)能減排、尋找并利用新型能源是當務之急，大勢所趨[1-2]。地熱資源是一種潔凈的可再生能源，具有熱流密度大、容易收集和輸送、參數(shù)穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點，在供暖、供熱、制冷、醫(yī)療、洗浴、康樂、水產(chǎn)、溫室等行業(yè)有著廣泛的利用前景[3]。淺層地熱能是指蘊藏在地表以下一定深度范圍內(nèi)巖土體、地下水、地表水中具有開發(fā)利用價值的熱能，是一種清潔的可再生資源，其開發(fā)利用對節(jié)能減排，保護環(huán)境具有重要作用[4]。本文通過對研究區(qū)現(xiàn)有水工環(huán)地質(zhì)資料進行分析，并補充鉆探、現(xiàn)場測試等工作，查明研究區(qū)淺層地熱能蘊藏的地質(zhì)能條件、分布規(guī)律。同時進行淺層地熱能開發(fā)利用適宜性分區(qū)和區(qū)域淺層地熱能評價，為淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)劃和布局提供依據(jù)[5]。一方面，可以加快推動六安市地熱資源的科學勘查、有序開發(fā)、合理利用和有效保護。另一方面，可以更好地服務于六安市城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對六安市的經(jīng)濟社會發(fā)展起到積極作用[6]。

1 研究區(qū)地熱地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

六安市位于安徽西部的大別山北麓，亦稱皖西地區(qū)，是大別山區(qū)域中心城市。六安東經(jīng)116°00′～116°50′，北緯31°17′～32°07′。

金安、裕安區(qū)地貌趨勢為南高北低，從南向北依次為高起伏低山、低起伏低山、高丘、中低丘、平原，地形標高由南向北逐漸降低，平原、丘陵標高一般為30～250 m，具有明顯的山地、丘陵、平原的地貌單元特征[7]。

1.2 地層

區(qū)內(nèi)地層多為第四系松散層覆蓋，基巖僅出露侏羅系周公山組(見圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖

第四系全新統(tǒng)主要分布于五里橋、城北一帶，部為粘土、亞粘土、亞砂土、下部為中粗砂及砂礫石層，為河漫灘相及河床相沖積物，厚度小于20 m。

第四系上更新統(tǒng)主要分布于市區(qū)平橋鄉(xiāng)、先生店鄉(xiāng)一帶，巖性為灰黃色、棕黃色粘土、亞粘土，結(jié)構(gòu)中密，塊狀構(gòu)造，含鐵、錳質(zhì)結(jié)核，局部有薄層鐵、錳質(zhì)富集層，核徑一般在2～4 mm，網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，總厚0～30 m。

侏羅系主要分布于市區(qū)中南部，勘查區(qū)西南也有少量露頭，為侏羅系周公山組，為一套紫紅色、磚紅色礫巖、砂巖、粉砂巖等，中細粒、粉細粒結(jié)構(gòu)，薄層、中厚層、厚層狀構(gòu)造。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)第四系之下為巨厚層的“紅層”，為一單斜構(gòu)造，巖層傾角5°～15°。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，未同見規(guī)模較大的斷層。緊臨勘查區(qū)南、北均有規(guī)模較大的區(qū)域性斷層，走向近東西。

研究區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅少量巖脈，為中生代侵入巖，巖性為閃長巖、正長巖。

1.4 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

1.4.1 含水巖組劃分

研究區(qū)位于江淮丘陵區(qū)南部，江淮分水嶺西側(cè)，為貧水區(qū)，主要由以下含水巖組組成。

1)松散巖類孔隙含水巖組

第四系全新統(tǒng)孔隙含水巖組主要分布于老淠河一級階地區(qū)，一般具雙層結(jié)構(gòu)，上部5～15 m為粘土、亞粘土、粉土。下部為中粗砂、礫(卵)石層，該層含水較豐富，通過對一些有機井的單位走防調(diào)查，一般地段單井涌水量100～200 m3/d，少部分有礫(卵)石層(古河道)地段，單井涌水量大于1 000 m3/d。水位埋深0.5～2 m，隨季節(jié)性變化顯著，居民用水一般為壓水井。

第四系上更新統(tǒng)裂隙、孔隙含水巖層分布于二級階地區(qū)，厚度0～30 m，由粘土、亞粘土、含礫亞粘土等組成，富水性及滲透性均較差，局部粘土網(wǎng)狀裂隙較發(fā)育，含裂隙、孔隙潛水及上層滯水，水位埋深2～10 m，隨季節(jié)性變化顯著，單井出水量一般小于5 m3/d，枯水期民井水量較少，大旱之年大部分民井瀕于干涸。

2)碎屑巖類裂隙、孔隙含水巖組

隱伏于第四系之下，廣布全區(qū)，城區(qū)出露地表的主要為侏羅系周公山組，厚度大，分布穩(wěn)定，巖性為紫紅色、淺棕色、灰白色長石石英砂巖、長石石英細砂巖，夾泥巖、泥質(zhì)頁巖和礫巖，水位埋深3～10 m，單井涌水量一般小30 m3/d，為弱富水含水層，但局部受斷層影響，節(jié)理、裂隙發(fā)育地段，巖性破碎，滲透性較好，單井出水量100～300 m3/d。

1.4.2 研究區(qū)地下水補給、徑流、排泄條件

松散巖類孔隙水直接接受大氣降水滲透補給，豐水期受地表水體滲流補給，多具潛水性質(zhì)，地下水徑流小范圍受地形、地貌影響。但總的徑流方向與地表徑流基本一致?？傮w向老淠河方向排泄，即由東向西排泄，另外排泄方式為大氣蒸發(fā)及人工開采。

查區(qū)內(nèi)碎屑巖類裂隙、孔隙水補給、徑流、排泄條件同區(qū)域深層地下水補給、徑流、排泄條件基本一致[8]。

1.4.3 研究區(qū)地下水化學特征

城區(qū)一級階地區(qū)地下水化學類型主要為HCO3·Cl-Ca型或HCO3·Cl--Ca·Na型水，pH值7.4～7.8，礦化度0.548～0.591 g/L，有機物磷、酚及重金屬元素含量均符合標準。其中NO3-含較高，說明淺層地下水受化肥輕度污染。二級階地區(qū)水質(zhì)類型為HCO3--Ca·Na，礦化度均為小1 g/L的淡水[9]。

2 研究區(qū)地溫場條件

2.1 地溫場垂向分布特征

地溫變化是巖土體熱導率效應，恒溫帶以下地溫主要受地球內(nèi)部熱能控制。根據(jù)地溫場溫度隨深度的變化，將200 m以淺自上而下劃分為變溫帶、恒溫帶和增溫帶。如圖2所示。據(jù)地溫監(jiān)測資料，研究區(qū)內(nèi)地溫場垂向變化特征為：

圖2 地溫垂向變化圖

2.1.1 變溫帶

變溫帶是指地溫場靠近地表的部分，主要受太陽輻射的影響，其溫度變化幅度隨深度的增加呈現(xiàn)規(guī)律性遞減。本區(qū)10～20 m以淺年內(nèi)地溫隨氣溫變化明顯。地下3.2 m深處年內(nèi)最高20.9℃，最低14.2℃，變幅6.7℃；地下5 m深處年內(nèi)最高19.3℃，最低15.9℃，變幅3.4℃。區(qū)內(nèi)變溫帶下限深度10～12 m。

2.1.2 恒溫帶

恒溫帶是指地表以下溫度常年基本保持不變的地帶，該層熱能受地球內(nèi)熱形成的增溫帶與上覆變溫帶影響達到相對平衡。本區(qū)溫度一般16.1℃～18.2℃，恒溫帶上限埋深10～12 m，下限深度約為20～45 m，厚8～25 m。

2.1.3 增溫帶

增溫帶是指恒溫帶以下主要受地球內(nèi)部熱能影響的地帶。本區(qū)增溫帶上限深度約為20～45 m，其下由淺到深溫度漸增為增溫帶。本區(qū)增溫帶平均增溫率為1.5℃/100左右。

2.2 地溫場平面分布特征

研究區(qū)由于地層巖性、地層結(jié)構(gòu)及地下水動力等地質(zhì)條件在平面上存在較明顯的差異，其地溫場特征也有不同。區(qū)內(nèi)西部沿淠河地帶，恒溫帶上限深度較東部地區(qū)淺，上限深度一般10～18 m。在區(qū)內(nèi)中部及東部地區(qū)，恒溫帶上限埋深一般20 m左右。區(qū)內(nèi)中心城區(qū)及東部地帶恒溫帶平均溫度一般大于17.7℃，北部部地區(qū)恒溫帶平均溫度一般小于17.2℃，其余大部分地區(qū)恒溫帶平均溫度一般17.2℃～17.7℃。恒溫帶厚度厚8～25 m。如圖3所示。

圖3 地溫場平面分布圖

2.3 地溫場季節(jié)性變化特征

本區(qū)按候平均氣溫(每5 d為一候，每5 d的平均氣溫為候平均氣溫)劃分四季：候平均氣溫<10℃為冬季、>22℃為夏季，10℃～22℃為春秋。本地春、秋季各2個月，冬、夏季各4個月；其冬夏長、春秋短。降雨量夏多冬少，春秋適中。從氣象資料直觀地看出地溫場受外界影響的因素及其影響程度，在夏季主要受強烈的光輻射和大氣高溫影響，其次為降水；冬季主要受低溫影響[6]。如圖4所示。

區(qū)內(nèi)5 m處年內(nèi)地溫15.9℃～19.3℃，變幅達3.4℃，10～15 m處平均溫度17.7℃～18.5℃，變幅0.5℃～0.7℃，地溫年變幅歲地層深度增加而減?。坏販仉S季節(jié)性氣候變化影響較小。研究區(qū)夏季月平均氣溫最大值為29.3℃(8月)，地表溫度高于氣溫及恒溫帶地溫。夏季0.8 m、1.6 m和3.2 m深處的地溫值均小于氣溫值，1.6 m、3.2 m深處地溫最大值分別為23.5℃(8月)和20.9℃(10月)分別滯后氣溫最大值1個月和2個月。而5m深處年內(nèi)最高溫度多發(fā)生在11月份，年內(nèi)變幅可達5℃，滯后氣溫最大值3個月；10～15m深處最高溫度多發(fā)生在11、12月份，與氣溫最高值約滯后3～4個月。0.4 m深處地溫值與氣溫值動態(tài)變化基本一致，區(qū)內(nèi)恒溫帶地溫隨季節(jié)變化影響反應比較滯緩。

研究區(qū)冬季月平均氣溫最小值為3.6℃(1月)，變溫帶地溫均高于地表溫度和大氣溫度。1.6 m、3.2 m深處地溫最小值分別為11.3℃(3月)和14.2℃(4月)，分別滯后氣溫最小值2個月和3個月。地溫場5～10 m深處最低溫度15.9℃～18.9℃，多發(fā)生在3、4月份。區(qū)內(nèi)恒溫帶溫度最低溫度均發(fā)生在4、5月份，溫度值18.1℃～18.2℃。

3 地熱資源開發(fā)利用潛力評價

本文結(jié)合利用方式適宜性分區(qū)和可利用土地系數(shù)分區(qū)，對本區(qū)淺層地熱能資源潛力進行分析評價。資源潛力評價直接采用單位面積可利用量的供暖和制冷面積表示。適宜性分區(qū)為基本計算區(qū)，可利用土地系數(shù)為計算亞區(qū)，在適宜性分區(qū)的基礎(chǔ)上按可利用土地系數(shù)分區(qū)計算資源潛力。通過可利用資源量，得到計算區(qū)冬季和夏季的換熱功率；根據(jù)當?shù)仄胀ㄗ≌竟┡⑾募局评湄摵煞謩e50 w/m2，70 w/m2，換熱功率分別除以供暖、制冷負荷計算出冬季可供暖、夏季可制冷面積。根據(jù)不同可利用土地系數(shù)分區(qū)的面積，計算出各分區(qū)單位面積內(nèi)的可供暖、可制冷面積，即資源潛力[10]。根據(jù)計算所得的潛力數(shù)值并結(jié)合適宜性分區(qū)和可利用土地系數(shù)分區(qū)，繪制資源潛力評價分區(qū)圖，如圖5所示。

圖4 不同深度地溫年內(nèi)變化圖

圖5 地源型、地表水源型利用方式資源潛力分區(qū)

綜合統(tǒng)計分析，地源型資源按單U統(tǒng)計，六安市淺層地熱能總可利用功率為18.39×106kw；冬季總供暖面積148.62×106m2，夏季制冷面積為156.44×106m2，地源型冬季供暖面積70.40×106m2，占總可利用功率的82.41%，夏季制冷面積100.57×106m2，占總可利用功率的90.37%；六安市淺層地熱能開發(fā)利用面積624.33 km2，平均每平方公里冬季可供暖面積為2.38×105m2，平均每平方公里夏季可制冷面積2.51×105m2。

本區(qū)地源型利用方式冬季/夏季資源潛力較水源型的大，地源型利用方式冬季/夏季資源潛力雙U型的略大于單U型的，適宜性分區(qū)范圍分布幾乎全區(qū)。從經(jīng)濟效益和環(huán)境影響程度綜合考慮，本區(qū)淺層地熱能開發(fā)利用主要適宜地源型利用方式，其次為地表水源型[11]。

4 開發(fā)利用建議

4.1 開發(fā)利用適宜性

結(jié)合研究區(qū)淺層地熱資源賦存條件，采用層次分析法分別對淺層地熱能開發(fā)利用的地源型、地下水源型和地表水源型方式進行了適宜性分區(qū)。

(1)本區(qū)地源型方式劃分較適宜和差適宜兩類，較適宜區(qū)分布于區(qū)內(nèi)絕大部地區(qū)，其進一步分為較固結(jié)巖類亞區(qū)和固結(jié)巖類亞區(qū)。較固結(jié)巖類亞區(qū)松散層厚度一般10～30 m，固結(jié)巖類亞區(qū)松散層厚度小于10 m；差適宜區(qū)主要為高丘地區(qū)，分布在區(qū)內(nèi)東南部三十里鎮(zhèn)和南部九公寨兩地，面積較小[12]。

(2)地表水源型方式適宜區(qū)主要為淠河和淠河總干渠2處地表水體兩側(cè)外延0.5 km的區(qū)域。部分地段使用時應考慮河流岸崩可能對工程造成的危害。

(3)從淺層地熱能資源開發(fā)利用并結(jié)合經(jīng)濟技術(shù)和環(huán)境影響條件綜合評價，本市遠期城市規(guī)劃區(qū)淺層地熱能開發(fā)利用主要適宜地源型方式，其次為地表水源型[13]。

4.2 開發(fā)利用建議

通過對六安市淺層地熱資源進行調(diào)查，對地熱能分布特征進行研究，對其開發(fā)利用做出如下建議：

(1)需要依據(jù)相關(guān)規(guī)范對淺層地熱能開發(fā)利用工程進行前期評估論證及場地淺層地熱能勘查，為工程設(shè)計、施工提供技術(shù)依據(jù)。

(2)研究區(qū)開發(fā)利用淺層地熱能資源需要因地制宜，根據(jù)適宜性分區(qū)進行不同的開發(fā)利用方式，同時可與六安市其他可再生能源結(jié)合，做到綜合利用。

(3)對研究區(qū)進行淺層地熱能地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作，在利用地熱資源的同時注意保護地質(zhì)環(huán)境，開發(fā)利用和保護淺層地熱能資源及其地質(zhì)環(huán)境需要技術(shù)依據(jù)進行支撐[14]。

(4)目前六安市內(nèi)淺層地熱能開發(fā)利用尚處起步階段，建議開展淺層地熱能開發(fā)利用及保護相關(guān)知識的宣傳普及，采取相應的政策激勵扶持，以推進該地區(qū)淺層地熱能開發(fā)利用[15]。

5 結(jié)語

本文通過對六安市地熱能的賦存特征和潛力評價進行簡要論述，得出如下相關(guān)結(jié)論。

(1)研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造對淺層地熱能條件起控制作用，松散層厚度小于30 m，下伏地層主要為古近系、白堊系、侏羅系，地層巖性主要為紫紅、棕紅色厚層礫巖及泥巖等。為單一較固結(jié)巖類及固結(jié)巖類地層結(jié)構(gòu)。

(2)研究區(qū)內(nèi)淺層地熱能地溫場分布。西部沿淠河地帶，恒溫帶上限深度較東部地區(qū)淺，上限深度10～13 m。恒溫帶平均溫度17.5℃～17.8℃。區(qū)內(nèi)中部及東部地區(qū)，恒溫帶上限深度15～17 m，厚度25 m左右，恒溫帶平均溫度17.7℃～18.3℃。增溫帶分布45 m以深，平均增溫率為2～3℃/100m。

(3)六安市地層巖性、地下水、地層結(jié)構(gòu)及氣候條件是淺層地熱能時空分布的主要影響因素，具有良好的淺層地熱能賦存條件，一年內(nèi)約8個月可對淺層地熱能開發(fā)利用有需求。

(4)工作區(qū)淺層地熱總熱容量為16.77×1013kJ，工作區(qū)淺層地熱能資源可利用總量19.06×1013kJ/a，地源型按單U計，工作區(qū)淺層地熱能冬季總供暖面積148.62×106m2，夏季總制冷面積為156.44×106m2，平均每平方公里冬季可供暖面積為2.38×105m2，平均每平方公里夏季可制冷面積2.51×105m2。

(5)研究區(qū)淺層地熱能資源豐富，資源開發(fā)利用潛力較大，適宜地源型方式，沿淠河及淠河總干渠兩側(cè)適宜于地表水源型。