董寒杰，孫健，王冠華，馬暢

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì)， 河南 鄭州 450016； 2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心， 河南 鄭州 450016； 3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)， 河南 鄭州 450016； 4.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)， 河南 鄭州 450016)

0 引言

地?zé)崮苁且环N儲量豐富、分布較廣、穩(wěn)定可靠的可再生能源。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用有助于調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、提高環(huán)境質(zhì)量和治污防霾，大力開發(fā)利用地?zé)崮?，對深入貫徹?xí)近平生態(tài)文明思想，落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義(黃建軍等，2021)。河南省位于華北平原南部，中深層地?zé)豳Y源熱儲分布面積約占整個省內(nèi)國土面積的四分之一，主要分沉積盆地傳導(dǎo)型和隆起山地對流型兩大地?zé)豳Y源類型，多以地?zé)崴姆绞匠霈F(xiàn)(周強(qiáng)，2018)。目前已探明的經(jīng)濟(jì)型地?zé)豳Y源總量折合115億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可減少CO2排放301億噸、SO2排放9770萬噸。積極開發(fā)利用地?zé)崮?，既可以作為清潔能源在發(fā)電、供暖、洗浴、生態(tài)種養(yǎng)殖等方面直接利用，又可以在治理霧霾、節(jié)能減排等方面起到巨大的作用，為大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)提供能源替代，對促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和黃河流域高質(zhì)量發(fā)展等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義(張維等，2020)。

河南地?zé)豳Y源豐富，但勘查程度較低，開發(fā)利用方式較為單一，嚴(yán)重制約地?zé)豳Y源規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。筆者立足河南地?zé)豳Y源稟賦條件，總結(jié)河南中深層地?zé)豳Y源分布規(guī)律和資源潛力，詳細(xì)分析了雄安模式和天津經(jīng)驗(yàn)的借鑒意義，探討適合河南地?zé)岙a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的開發(fā)利用模式，對河南中深層地?zé)岷侠黹_發(fā)和可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

1 河南省中深層地?zé)豳Y源及潛力

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

河南省位于華北陸塊南部，處于我國第二階梯向第三階梯的過渡地帶。以欒川—確山—固始深大斷裂為界，可分為中朝準(zhǔn)地臺和秦嶺褶皺系兩個一級大地構(gòu)造單元。在基底構(gòu)造及深大斷裂控制作用下，形成了一系列的次級坳陷盆地和斷塊隆起。以近東西向的新鄉(xiāng)—商丘深大斷裂為界，斷裂以北凹陷和凸起多呈北北東向相間分布，自西向東分別為湯陰斷陷、內(nèi)黃凸起、東明斷陷等。新商斷裂以南地區(qū)，由于受近東西向基底構(gòu)造線方向影響和深大斷裂控制，凹陷和凸起多呈東西向或北西向展布，自北向南分別為濟(jì)源—開封凹陷、通許凸起、周口凹陷等(圖1)(魏慶龍等，2018；王現(xiàn)國，2020)。在凸起區(qū)大部分地段缺失古近系地層，而凹陷區(qū)古近系厚度最厚可達(dá)4000 m以上。古近系以后，本區(qū)繼續(xù)大幅度下降接受沉積，堆積了厚度500～1000 m 不等的新近系、第四系松散堆積物(宇潔等，2011)。本區(qū)熱儲地層由老至新主要為古生界寒武系、奧陶系，新生界新近系(王現(xiàn)國，2020)。

圖1 河南省構(gòu)造單元簡圖(據(jù)龔曉潔等，2019修改)

地質(zhì)構(gòu)造對地?zé)豳Y源具有明顯控制作用，特別是一些深大斷裂往往成為導(dǎo)水、導(dǎo)熱的地下熱源通道。研究區(qū)對地?zé)豳Y源影響較大的主要控?zé)?、?dǎo)熱斷裂有青羊口斷裂、太行山東麓斷裂、聊城—蘭考斷裂、盤古寺—新鄉(xiāng)斷裂、新鄉(xiāng)—商丘斷裂、五指嶺斷裂、三門峽—魯山斷裂等。

據(jù)《河南省地?zé)豳Y源調(diào)查與開發(fā)利用保護(hù)區(qū)劃報(bào)告》資料，全省大地?zé)崃髦底畹忘c(diǎn)為21.9 mw/m2，位于駐馬店凹陷區(qū)的確山縣；大地?zé)崃髦底罡唿c(diǎn)為92.1 mw/m2，分布在菏澤凸起區(qū)的范縣。全省大地?zé)崃髌骄?3.97 mw/m2，略低于華北盆地大地?zé)崃髦?8.6 mw/m2。河南省大地?zé)崃髦悼傮w分布趨勢為：在坳陷盆地內(nèi)，凸起區(qū)大地?zé)崃髦蹈哂诎枷輩^(qū)，構(gòu)造發(fā)育部位大地?zé)崃髦迪鄬^高；而隆起區(qū)和山前地帶除局部地段外，一般大地?zé)崃髦递^低。

圖2 河南省主要熱儲特征簡圖

1.2 地?zé)豳Y源成因類型及分布

根據(jù)地?zé)崽锼幍拇蟮貥?gòu)造環(huán)境、沉積相特征及地溫場成因機(jī)制，地?zé)崽镱愋涂煞譃槌练e盆地傳導(dǎo)型和隆起山地對流型兩種。另外，在隆起山地和沉積盆地的局部地區(qū)存在受沉積盆地和斷裂構(gòu)造雙重作用控制的對流—傳導(dǎo)混合型地?zé)崽?王現(xiàn)國，2020)。

(1)沉積盆地型地?zé)豳Y源分布規(guī)律：主要分布在河南省東部的黃淮海沖積平原及西部的山間盆地，為河南省主要地?zé)豳Y源類型(王繼華等，2009；黃光壽等，2019)，其熱儲介質(zhì)為膠結(jié)較弱的砂巖和碳酸鹽巖(圖2)，多呈層狀產(chǎn)出，地?zé)崴酁榭紫端驇r溶裂隙水，深大斷裂往往構(gòu)成地?zé)崽锏倪吔?。在沉積盆地區(qū)，新生界熱儲層主要分布在凹(斷)陷區(qū)。華北斷坳盆地的湯陰斷陷、東明斷陷、濟(jì)源—開封凹陷、周口凹陷、駐馬店凹陷及洛陽盆地均有新生界熱儲分布且厚度巨大。其中東明斷陷、濟(jì)源—開封凹陷、周口凹陷內(nèi)，新生界最大厚度超過4000 m，根據(jù)地溫梯度推算，4000 m深度熱儲溫度一般大于90 ℃；新生界熱儲層在凹(斷)陷、凸起區(qū)分布差異明顯。東部沉降平原新生界儲層的厚度、涌水量均優(yōu)于山間盆地區(qū)，東部沉降平原內(nèi)的凹(斷)陷區(qū)又優(yōu)于凸起區(qū)，凹陷盆地與凸起的過渡地帶尤其較好，如周口凹陷南北部的周口、上蔡等地，地?zé)峋克肯鄬ωS富。

(2)隆起山地型地?zé)豳Y源分布規(guī)律：主要分布在河南省西部隆起的基巖山區(qū)，地表多以溫泉的形式出露或顯示。熱儲介質(zhì)主要由巖漿巖、變質(zhì)巖和古生代沉積巖組成，蓋層較薄，隔水性能稍差。地?zé)崴ǖ乐饕蓴嗔鸭捌浯紊严稑?gòu)成，熱源主要通過地下水深循環(huán)后沿?cái)嗔淹ǖ阑蛉芟读严秾α鱾鬟f，局部地區(qū)深部斷裂和次生裂隙將地殼深部的熱水直接導(dǎo)出地表，與地表冷水混合后溢出成為溫泉(黃光壽等，2019)。

1.3 地?zé)豳Y源潛力

河南省中深層(水熱型)地?zé)峥刹少Y源主要分布于沉積盆地、隆起山地，呈帶(點(diǎn))狀分布。在不考慮回灌前提下，按100年開采年限計(jì)，估算全省地?zé)峥刹闪黧w量為9.15×108m3a-1，可利用熱能量為198.73×1012KJ a-1，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為1151.84×104t a-1。其中，沉積盆地型地?zé)峥砷_采流體量為9.09×108m3a-1，可利用熱能量為197.78×1012KJ a-1，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為1146.44×104t a-1；隆起山地型地?zé)峥砷_采流體量為569.2×104m3a-1，可利用熱能量為0.95×1012KJ a-1，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為5.40×104t a-1。

河南省中深層地?zé)豳Y源分布廣泛，全省25%的國土面積均蘊(yùn)藏水熱型地?zé)豳Y源(蘇燦民，2016)。中東部平原地區(qū)新近系孔隙性熱儲厚度穩(wěn)定，水溫水量均能滿足開發(fā)利用需要，周口凹陷之鄲城凸起最高地溫梯度為3.81 ℃/100 m，最高水溫可達(dá) 85 ℃，水量60～80 m3d-1；北部和中東部平原區(qū)中生界以下奧陶—寒武系灰?guī)r埋藏深度適中(多不超過3000 m)，厚度大，在近構(gòu)造部位巖溶裂隙更為發(fā)育，易于回灌，是較為理想的熱儲層，在通許凸起西部新鄭市五指嶺斷層附近一地?zé)峋?，最高出水溫度可達(dá)89 ℃。天津市利用地板采暖、熱泵等相關(guān)技術(shù)，多級次地從地?zé)崃黧w中提取熱能，使熱能得到充分利用。目前已形成以地?zé)峁┡癁橹黧w，集溫泉理療、旅游度假、生活洗浴、種植養(yǎng)殖等多領(lǐng)域綜合利用(王安民等，2014)。據(jù)此推斷，河南省中深層地?zé)豳Y源開發(fā)利用前景十分廣闊。

2 河南省地?zé)豳Y源勘查開發(fā)現(xiàn)狀

中深層地?zé)峥辈?012年之前，河南省主要以區(qū)域性及重點(diǎn)城市的地?zé)岬刭|(zhì)勘查為主，典型的地?zé)豳Y源勘查區(qū)主要集中在熱儲條件較好、分布集中穩(wěn)定且民采利用較為密集的區(qū)域進(jìn)行，未能形成全面的、系統(tǒng)的摸底排查，且勘查層位大多以新近系孔隙型熱儲為主，勘查精度低，地?zé)豳Y源勘查技術(shù)手段單一，沒有針對地?zé)崽镞M(jìn)行詳細(xì)的勘查工作，地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)工作較為滯后。2011—2018年省財(cái)政共安排地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查項(xiàng)目22項(xiàng)(圖3)，地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查項(xiàng)目主要以巖溶熱儲為重點(diǎn)，一般都設(shè)計(jì)實(shí)施了地?zé)峋こ?，對中深層地?zé)豳Y源的分布規(guī)律和賦存條件以及地?zé)崃黧w產(chǎn)量，有了進(jìn)一步的了解，但尚難滿足產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；_發(fā)的需要。

河南省目前中深層地?zé)衢_發(fā)形式分為溫泉利用和井采，全省總體以開采新近系松散巖熱儲層地?zé)崴疄橹?，開采總量約為6781.03×104m3a-1。地?zé)峋疃仍?00～3318 m之間，以開采低溫地?zé)豳Y源為主，開采深度多為800～1300 m，深度大于 1500 m 的地?zé)峋當(dāng)?shù)量較少(龔曉潔等，2019)。主要分布在鄭州、開封、濮陽、新鄉(xiāng)、漯河、許昌、洛陽、安陽等主要城市城區(qū)及東部平原中部的部分縣市。地?zé)衢_發(fā)用途除部分地區(qū)用于城市供水外，其它地區(qū)主要利用于洗浴及浴療，其次為養(yǎng)殖、礦泉水生產(chǎn)、旅游、供暖(如濮陽市清豐縣、開封市蘭考縣等)等方面(圖4，圖5)。河南地?zé)峥辈殚_發(fā)存在勘查投入不足、資源家底不清(王繼華，2009)、開發(fā)利用模式單一、地?zé)岙a(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；潭鹊?、管理體制不順，制約著地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，無統(tǒng)一規(guī)劃，難以形成良性發(fā)展等主要問題。

圖3 河南省地?zé)峥辈椴渴鸪潭葓D(據(jù)張維等，2020修改)

圖4 地?zé)豳Y源可采量和折合標(biāo)準(zhǔn)煤對比圖

圖5 地?zé)峁┡娣e和利用率對比圖

3 中深層地?zé)豳Y源勘查開發(fā)模式探討

3.1 雄安模式

以地?zé)峁┡弦?guī)模、資源開發(fā)利用取熱不取水、尾水百分百回灌為標(biāo)志，河北雄縣開創(chuàng)了“政府主導(dǎo)、政企合作、技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好、造福百姓”的地?zé)衢_發(fā)利用“雄縣模式”(朱樹源等，2018)。2014年，國家能源局把雄縣作為北方地區(qū)地?zé)峁┡氖痉秴^(qū)。2016年，雄縣縣城人口9萬，擁有地?zé)峋?8口，其中回灌井24口，形成供暖能力450×104m2，基本實(shí)現(xiàn)了地?zé)峒泄┡采w。實(shí)現(xiàn)了近100%回灌，做到了“取熱不取水”。通過充分發(fā)揮示范區(qū)的帶動作用，充分發(fā)揮地質(zhì)勘查的先行作用和把地?zé)崮芸沙掷m(xù)利用融入雄安新區(qū)規(guī)劃等措施，科學(xué)利用區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源，建設(shè)清潔環(huán)保的供熱系統(tǒng)。

3.2 天津經(jīng)驗(yàn)

天津市位于華北平原東北部，地?zé)犷愋蛯儆谥械蜏爻练e盆地型。天津市因地?zé)豳Y源豐富、開發(fā)利用和保護(hù)成果顯著以及國土資源管理部門的創(chuàng)新管理工作，被自然資源部命名為全國首批“中國溫泉之都”(茹洪久等，2019)。天津市建設(shè)中國溫泉之都的主要經(jīng)驗(yàn)有以下4點(diǎn)：

(1)高度重視地?zé)豳Y源勘查，以政府資金在勘查上的投入拉動社會資金在開發(fā)上的投入。至2015年原國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局、天津市累計(jì)投入地?zé)峥辈橘Y金超過4億元。截至2016年天津市已經(jīng)勘查評價(jià)并經(jīng)礦產(chǎn)資源儲量管理部門評審備案的8個地?zé)崽锟偣蔡峤坏責(zé)崃黧w可采量 7606×104m3a-1，折合標(biāo)準(zhǔn)煤44.3×104t a-1(茹洪久等，2019)。

(2)高度重視地?zé)衢_發(fā)規(guī)劃，促進(jìn)地?zé)豳Y源開發(fā)利用的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。天津市組織編制了多輪地?zé)釋ｍ?xiàng)規(guī)劃，強(qiáng)化對地?zé)豳Y源開發(fā)利用的宏觀控制，提出了地?zé)豳Y源勘查、開發(fā)的原則和目標(biāo)，以總量控制為主線，提高地?zé)豳Y源的保障能力和節(jié)約集約利用水平，效果較為明顯(李波，2016)。

(3)高度重視地?zé)豳Y源管理，充分發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用。天津市建立了較為完善的地?zé)豳Y源管理制度，發(fā)布實(shí)施了《天津市地?zé)豳Y源管理規(guī)定》和《天津市礦產(chǎn)資源管理?xiàng)l例》，進(jìn)一步明確了地?zé)峁芾淼穆氊?zé)分工。

圖6 天津市地?zé)豳Y源開采與回灌示意圖

(4)高度重視地?zé)豳Y源保護(hù)，形成了“以灌定采”的開發(fā)體系(圖6)。天津市是全國最早進(jìn)行地?zé)嵛菜毓嘌芯康牡貐^(qū)之一，自1996年開始研究基巖地?zé)峄毓嘌芯浚⒅鸩酵茝V使用對井采灌技術(shù)，確保地?zé)豳Y源在保護(hù)中開發(fā)和綜合利用。目前，天津市采取的“以灌定采”和“對井采灌”等保護(hù)措施，取得了良好的效果，回灌技術(shù)水平和規(guī)模在全國居于領(lǐng)先地位。

3.3 河南中深層地?zé)豳Y源勘查開發(fā)模式探討

隨著國家地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃和推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖等一系列政策的出臺，地?zé)崮苡瓉須v史性重大發(fā)展機(jī)遇期(韓二帥等，2019)。中石化在濮陽清豐、中石油在開封、萬江集團(tuán)在周口開展了中深層地?zé)峁┡膰L試和示范，特別是在開封市蘭考縣，中石化和浙江綠特聯(lián)合對整個縣城實(shí)施清潔能源供暖，是河南規(guī)?；_發(fā)中深層地?zé)岬拈_端。但由于新近系孔隙型熱儲回灌較為困難以及未能開展梯級利用技術(shù)，存在地?zé)豳Y源利用不盡充分等問題。2018年5月河南省發(fā)改委等四部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于開展地?zé)崮芮鍧嵐┡?guī)?；迷圏c(diǎn)工作的通知》(豫發(fā)改能源【2018】406號)指出為緩解環(huán)境資源壓力，有序推進(jìn)河南省地?zé)崮芾贸掷m(xù)健康發(fā)展，決定組織開展地?zé)崮芮鍧嵐┡?guī)?；迷圏c(diǎn)工作，將優(yōu)先選擇在地?zé)豳Y源較為富集的地區(qū)，創(chuàng)建一批地?zé)崮芮鍧嵐┡?guī)?；迷圏c(diǎn)區(qū)域。出臺了縣域清潔能源供暖特許經(jīng)營權(quán)和能源補(bǔ)貼等一系列政策措施，力求加快推進(jìn)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；M(jìn)程。

因此，應(yīng)當(dāng)在編制地?zé)豳Y源勘查開發(fā)專項(xiàng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，開展重點(diǎn)城市、縣(市)地?zé)峁┡_發(fā)區(qū)及高溫地?zé)崽菁夐_發(fā)試驗(yàn)區(qū)地?zé)豳Y源可行性勘查，以滿足供暖開發(fā)選區(qū)和指導(dǎo)商業(yè)性地?zé)岬刭|(zhì)工作的需要。應(yīng)設(shè)立地?zé)豳Y源勘查開發(fā)基金，出臺鼓勵性政策，支持有條件的地區(qū)在推進(jìn)地?zé)豳Y源規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化開發(fā)中先行先試，建設(shè)省級地?zé)豳Y源勘查開發(fā)示范區(qū)，探索形成可復(fù)制推廣的開發(fā)模式，如地?zé)峁┡B片開發(fā)、溫泉小鎮(zhèn)建設(shè)。借鑒天津經(jīng)驗(yàn)和雄安模式，開展以地?zé)峁┡癁橹黧w，發(fā)展集溫泉理療、旅游度假、生活洗浴、種植養(yǎng)殖等多領(lǐng)域綜合利用，為合理、有效、全面的開發(fā)利用地?zé)崮苜Y源，實(shí)現(xiàn)河南省調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、治理大氣污染、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)提供政策與技術(shù)支撐。

4 結(jié)論與建議

河南省中深層地?zé)崽N(yùn)藏豐富，開發(fā)潛力巨大，與雄安新區(qū)和天津市有著極為相似的地?zé)衢_發(fā)條件和地?zé)衢_發(fā)需求，非常適合借鑒“雄安模式”和“天津經(jīng)驗(yàn)”。為合理、有效、全面的開發(fā)利用地?zé)崮苜Y源，實(shí)現(xiàn)河南省調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、治理大氣污染、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略目標(biāo)提供政策與技術(shù)支撐，現(xiàn)提出河南省中深層地?zé)豳Y源勘查開發(fā)建議如下：

(1)提高地?zé)豳Y源勘查程度，以政府資金在勘查上的投入拉動社會資金在開發(fā)上的投入，盡快查明地?zé)豳Y源家底；

(2)鼓勵有條件的地區(qū)先行先試，選擇不同的利用領(lǐng)域類型，培養(yǎng)建立起集約化利用方式的地?zé)崾痉豆こ蹋浞职l(fā)揮示范引領(lǐng)作用；

(3)制定全省地?zé)峥辈殚_發(fā)統(tǒng)一規(guī)劃，促進(jìn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化利用；

(4)大力開展回灌技術(shù)應(yīng)用研究，加強(qiáng)地?zé)豳Y源保護(hù)，建立“以灌定采”的開發(fā)體系；

(5)建立適合河南發(fā)展的地?zé)豳Y源管理制度，形成權(quán)責(zé)清晰的管理體系。