张少华
山东省物化探勘查院 山东济南 250013
摘要：本文对山东省地热能勘查与开发利用状况与存在问题进行了分析，通过对山东省地热水资源4种类型、浅层地热能、干热岩等分布与赋存特征进行了详细叙述，提出了山东省地热能的开发利用提出了合理的建议，对山东省地热能的开发利用起到了很好的指导和借鉴作用。
关键词：地热能；浅层地热能；地热水；干热岩
引言
地热能是新能源的一种，包括：地热水、干热岩、浅层地热能等。作为绿色能源，可以代替煤炭、石油、天燃气的应用，节约资源，又能起到良好的环保作用，具有很好的开发利用前景。开发地热能可用于发电、供暖、洗浴休闲理疗、农业种植、水产养殖、工业烘干等，将大大减少以往燃烧煤炭等对环境中CO2、SO2、NOX及粉尘的排放，是良好的新型清洁、绿色能源。
1.地热能勘查与开发利用状况与存在问题
1.1地热能勘查历史
山东省地热（水）资源专项勘查工作始于二十世纪五十年代。1958年山东省地矿局在胶东半岛招远、文登、威海、即墨等地开展了地热勘查工作，在原来温泉出露点的基础上发现了一些热水点。1964-1965年对胶东14处温泉进行了动态观测，对温泉的涌水量、水温、水化学动态做过研究。进入二十世纪七十年代，地热地质工作得到进一步发展，勘查各种地下矿产时，在济南油坊赵村及鸭旺口、临沂新王北村、胜利油田等地区发现地热水，但没有进一步研究评价。到1978年，山东省地矿局第一水文地质队进行了全省性地热调查，并将全省划成四个地热区，三个成因类型，粗略构划了山东省地热温度场的基本形态，提交了《山东省地热资源初步研究》报告及1：100万山东省地热地质图。二十世纪八十年代，对威海、济南、淄博等地开展了重点地热勘探和评价。自九十年代开始，除了对省内如临沂汤头、威海、招远、济南、淄博傅家镇、牟平龙泉、肥城安驾庄、德州等重点地热田（点），进一步勘查研究外，逐步对山东省地热水点，温泉进行统计划分，对四个地热区的地热地质条件深入分析，初步计算了全省地热资源量。进入二十一世纪，地热勘查工作开始转向区域性地热区进行研究，先后对黄河三角洲地区，鲁北地热区，济南北部等重点地区以及数十个有地热前景的县区的重点地段进行了地热调查研究工作。2007年12月，山东省地矿工程勘察院初步查明了全省地热资源开发利用现状，预测了鲁东和鲁西及沂沭断裂带地热勘查远景区共44处，首次编制了全省性地热资源系列图件。2008年1月，青岛地质工程勘察院预测了胶东地区各地热田热水的最大可开采量；对鲁东地区15处温泉热水进行了水质评价。至今，山东省地热能的勘查，除了对地热水的调查研究外，对浅层地热能，干热岩的勘查也有了进一步的研究。
1.2地热能开发利用史
山东省开发利用地热（水）的历史十分悠久，据有关资料记载最早可追溯到1000年以前，但对地热资源的开发利用大多限于对温泉的直接利用上，主要用于温泉洗浴方面。新中国成立以后我国进行了系统的地热资源开发，将我国的地热资源开发利用推向了一个新阶段。20世纪90年代以来地热温泉开始用于温泉洗浴、采暖、游泳、生活供热水、种植、养殖及旅游度假等。山东省地热井的开发利用一直处于不断的发展阶段，据统计，2008年全省地热水开采总量3269.84万吨（2007年为2437.6万吨），地热井268眼；2010年全省地热水开采总量约3000万吨，利用地热能总热量19.56×1014J，地热采暖面积由2001年开始，至2010年末达到近400万m2；2014年地热井达到800余眼。目前德州市、东营市等地用地热采暖效果较好，威海的洪水岚汤、栖霞艾山温泉、招远金都温泉及人工揭露的聊城天沐温泉、沂南智圣汤泉、商河温泉、临沂观唐温泉等作为洗浴、理疗、旅游的温泉度假村得到了充分的开发利用。浅层地热能的开发利用始于1999年，2009年以后规模迅速增大，据统计，2010年调查全省地源热泵项目177个（地埋管143个，地下水源34个，海水源7个，水源4个），供暖面积1000万m2。2013年底全省浅层地热能供暖（冷）建筑面积达4000万m2，节约燃烧煤120万吨，减少CO2排放260万吨。目前，仅在东营市利津县开展干热岩调查试验，井深2500m，井底105℃左右。
1.3存在问题
1）勘查评价工作精度低，手段单一。地热资源调查中没有展开高精度的地热勘查研究。采用的工作手段多限于调查和浅部测温，实施的物探及深部钻探手段较少，以致资源数量精度差，对于深层地热资源的情况了解不精确。
2）生产井的施工对技术的积累很少，一味取水利用。地热利用研究水平偏低。
3）井距布置不合理，局部开采量没有控制，一些地区出现严重的地下水位下降、温度下降、资源枯竭等问题。
4）地热水利用方式单一，梯级利用缺乏。地热水利用程度偏低，造成资源浪费。
5）尾水回灌程度低。山东省地热资源开发中没有全面实施弃水回灌，造成资源减少，局部产生环境污染。
6）对土壤岩石的热物性参数研究程度低，对浅层地热能的开发利用缺乏统一规划。
7）缺乏对干热岩、页岩气勘查研究利用的系统规划。
2.地热能的分布与赋存特征
2.1地热（水）
山东省地热（水）资源的分布按其特征分为4种类型：鲁东开放·半开放-裂隙型地热区（Ⅰ区）；沂沭开放·半开放-裂隙或岩溶裂隙型地热区（Ⅱ区）；鲁中南半开放-岩溶及裂隙型地热区（Ⅲ区）；鲁西北封闭型-孔隙裂隙型地热区（Ⅳ区）。详见图1。
图1 山东省地热水分区图
1）鲁东开放·半开放-裂隙型地热区
该区处于欧亚板块与菲律宾板块边缘北西一侧，大地热流值较高，龙口皇城测得62.587mw/㎡。该区东部主要分布花岗岩及变质岩，西部分布白垩系地层，全区出露天然温泉15眼，其中14眼温泉出露在花岗岩地区，另一眼出露在白垩纪地层区。水化学类型为Cl－Na型、Cl－Na·Ca型、SO4·Cl－Na型，水温49.7—93℃，矿化度0.76—16.68g/l，泉流量95—994m3/d。PH值6.5—8.28。地热水多为氟水（>2mg/l），硅水（H2SiO3>80mg/l），威海市如宝泉汤、大英汤、汤村汤（北汤）、小汤均为氟水、锶水、硅水，反映出鲁东地热（水）受降水补给，经过深部循环高温过滤加热而成。
鲁东地热温泉的形成一定程度上基于该区域的构造特征。断裂的交汇切割、不同时期不同岩体的侵入均使地壳深部的能量沿断裂破碎带或岩体接触带上升地表，而裂隙发育带是降水入渗储存地下水的空间，地下水得到上升的地壳深处的热流加温变形成了地热水。鲁东地区地热类型以开放—裂隙型地热田为主要特征，其次为埋藏于地下的半开放-裂隙型地热田，热储有一定的短距离降水入渗径流补给。主要成热带为栖霞复背斜和乳山—威海复背斜的轴部地带，划分为招远—栖霞、牟平—威海—文登—乳山及即墨温泉镇等三个温泉带，天然温泉场出露这三个带内。另外，西部靠近昌邑-大店断裂附近，次级断裂发育部位也是地热资源汇集区。五莲1号地热井即位于北北向昌邑-大店断裂与一条北西向断裂交汇处，井深1516m，水量3023.6m2/d，水温56℃，矿化度为4.999g/l，水化学类型为SO4-Na，热储层为白垩系王氏群、大盛群，水量为3023.6m3/d。
据统计，该区泉域热储总面积3.60km2，地热资源总量9.44 1016J，折合标准煤644万吨；可开采地热量0.76 1016J，折合标准煤51.20万吨。
五莲1号地热井年开采累计可利用的热储量为3.35 1014J，折合标准煤2.257万吨。
2）沂沭开放·半开放-裂隙或岩溶裂隙型地热区
沂沭断裂内大地热流值62—70.7mw/㎡，深构造活动及岩浆岩侵入使次级构造裂隙发育，为地下水深循环及地热的形成创造了条件。该区热储类型为裂隙带状局部为层状，热储岩性为前寒武系变质岩、寒武系-奥陶系灰岩、中生代砂岩及岩浆岩类。一般埋藏深度150-400m，其奥陶系灰岩埋藏深度1000-2000m。水温48-74℃，矿化度1.66-2.16g/l。典型的地热天然露头有临沂汤头温泉（52℃），半开放型地热田有铜井地热田，水温为43—75℃、松山地热田，水温为48℃，封闭型地热田有潍北地热田，水温为56—58℃等。
据统计该区热储面积10.4km2，地热资源总量16.62 1016J，折合标准煤554.60万吨；可开采地热量1.33 1016J，折合标准煤45.35万吨。
3）鲁中南半开放-岩溶及裂隙型地热区
该区位于沂沭断裂以西、齐河-广饶断裂以南、聊考断裂以东广大区域。分为鲁中丘陵区和鲁西山前平原区。区内天然温泉有泰安桥沟温泉，水温41℃。热储为花岗岩闪长岩、石灰岩，单井涌水量为36.37m2/h。水化学类型SO4-Na·Ca型，矿化度为0.765g/l。
鲁中丘陵区：大地热流值48—50mw/㎡，包括寒武系灰岩和变质岩热储、岩溶热储等，地热井井口水温25－60℃，单井涌水量1000－3000m3/d，矿化度0.85－7.58g/l，水化学类型SO4－Ca、SO4.Cl－Ca.Na型。如岱道庵地热田，热储为寒武系石灰岩，单井涌水量20m3/h，水化学类型HCO3-Ca·Mg型，水温45℃左右。
鲁西山前平原区：热储类型为新近系孔隙型和寒武奥陶系岩溶裂隙型，热储埋深300—3000m，水温38℃-69℃，单井涌水量大于1000m3/d，矿化度3.47－7.30g/l，PH6.9—7.4，水化学类型Cl.SO4－Na·Ca、SO4·Cl－Ca·Na型。地热田有济北-淄北地热田、聊东地热田及菏泽地热田等。如齐热1地热井井深1601.57m，涌水量2771.04m3/d，水温57℃，水化学类型SO4－Ca型，矿化度3.598g/l。为氟-锶型水。
该区热储面积25919.75km2，地热资源总量101893.23 1016J，折合标准煤347.537644亿吨。可利用的地热资源总量18379.29 1016J，折合标准煤611267.27吨。
4）鲁西北封闭型-孔隙裂隙型地热区
分布于齐河-广饶断裂以北，聊考断裂以西广大区域。地热资源较丰富，热储类型为层状孔隙裂隙型。热储层为新近系馆陶组和古近系东营组等。降水渗入补给甚微。馆陶组热储底板埋深1000－2300m。水化学类型为Cl－Na型，水温45－60℃，矿化度4-10g/l。东营组热储水化学类型为Cl－Na型，水温50-83℃，矿化度10-20g/l。沙河街组热储底板埋深1200-3500m。水化学类型为Cl－Na型，水温65-90℃，矿化度10-25g/l，水量小于720m3/d。
该区热储面积90821.33km2，地热资源总量为272294 1016J，折合标准煤9321100万吨。可采地热资源总量26925.80 1016J，折合标准煤1531200万吨。
综上所述，山东省热储面积90821.33km2，地热资源总量为374213.29 1016J，折合标准煤1279.77亿吨。可采地热资源总量45307.17 1016J，折合标准煤214.26亿吨，可开采地热水694779.55万m3/a。开采100年排放的总热量为1.72 1016J，折合标准煤58.7万吨。
2.2浅层地热能
山东省内200m深度以浅范围内单位温差浅层地热容量为1.1768×1017KJ/℃，200m深度以浅范围内利用10℃温差浅层地热容量为1.1768×1018KJ/，相当于约401.6亿吨标准煤产生的热量。
2.3干热岩
山东省良好的干热岩主要分布在鲁北潜凸起区，以及沂沭断裂带中段及两侧内，目的层为前寒武纪变质岩类，埋藏深度一般大于3000m，在5000m-6000m深度，温度可达150℃。鲁东花岗岩区也是较好的干热岩分布区，但普遍增温率偏低。估计4000m深度，温度120℃左右。目前对山东省干热岩靶区的选择的初步工作已经完成。
3.地热能开发利用模式分析与建议
地热（水）在山东省分布相对丰富，类型多样，温度不一，合理开发利用既可服务于民，又可减少煤炭燃烧所造成的CO2排放量。
3.1背景分析
目前，山东省的地热能开发主要还集中在地热（水）的开发上。全省17个市均发现有地热（水），天然出露温泉18处，人工揭露地热钻孔800余个，可查询地热井605眼。省内地热（水）总计，可利用量折合214.26亿吨标煤，目前仅开采利用了81.23万吨。地热（水）开发利用的模式上，主要是供暖、洗浴及娱乐理疗、种植、养殖、生产用水等。
3.2地热（水）利用模式分析
鲁东开放·半开放型地热田，热储类型为带状或层状，温泉自溢为主要特征。降水补给径流途径短—较短，面积一般较小，循环较快，（五莲1号井例外）。地热水类型化学类型一般为CL-Na型、CL-Na·Ca型，SO4·CL-Na型，水温50-80℃，含锶、锂、氟、偏硅酸、偏硼酸等微量元素，非常适合洗浴、理疗游泳用水，建议洗浴，旅游度假中心常用此水，有助于促进人体血液循环，治疗皮肤病，缓解脑血管、肌肉酸痛、筋骨不爽等症状。可引温泉水到居民户内，方便用水，提高生活质量，促进身心健康。还可用于养殖、种植或烘干、绸丝洗涤等。
沂沭断裂带及鲁中丘陵区地热田为开放-半开放型，热储类型主要为基岩裂隙型以及裂隙岩岩溶型，前者为带状或点状，后者为层状或带状。水温48-74℃，矿化度1.68-2.16g/l，水化学类型主要为SO4-Ca型、SO4·CL-Ca·Na型，大气降水补给途径短或较短，动态受降水影响较为明显。地热水中微量元素主要有氟、锶、溴、偏硅酸及偏硼酸等。地热水适合洗浴、理疗、游泳，修建度假村用水。适合引进用户洗浴用水，水量大的井可用于冬季供暖。
鲁中南地热区为半开放型，热储类型为裂隙岩溶型，层状带状特征，受南部山区降水渗入后径流补给岩溶热储层，水温33℃-58℃不等，水化学类型CL·SO4-Na·Ca型，SO4·CL-Ca·Na型等，矿化度3.5-7.3g/l，含有锶、偏硅酸等很多微量元素，水清澈透明，质量好，水量一般较大，1000-10000m3/d。非常适合供暖，建大型游泳中心、洗浴理疗中心，可用于种植，适当水处理回水养殖等，个别可用于饮用水，经济效益颇佳。
鲁西北地热田为封闭型，热储类型为层状孔隙裂隙型，接受降水渗入补给甚微，人工的地热井方式开采地热。热水类型主要为CL-Na型，矿化度沿海区增大，区间值为4-20g/l。水温适中，一般45℃-74℃，水量较大，一般40-100m3/h。含有溴、碘、偏硅酸等微量元素。该区地热水适合建筑物供暖（水不进用户），注意梯级利用，减少洗浴理疗，游泳中心养殖等排出的高温尾水，选优质地热水含溴，碘等处理做饮用水。
近十几年来，山东省在地源热泵技术上不断努力研发，利用浅层地热能取暖与制冷，扩大浅层地热能温度调节系统的受益面积。据计算，全省地埋管的换热量为4.074×1013w，按50w/m2计算，可供8148.16×108m2的建筑面积；按城区可利用的面积考虑布孔系数为0.06计算，城区可利用的热功率为3.0552×1012w，可用611.04×108m2的建筑面积；全省200m以浅陆地区域地下水换热量为2.016亿kw，以50w/m2的热负荷计算，采用地下水换热方式供暖，可供40.323亿m2的建筑面积。城区采用地下水换热方式供暖的面积大概为2.419亿m2。
我省对干热岩的勘查才刚刚起步，发现的干热岩地区的温度也不是很高。2011年东营市国土资源局投资约1268万元，启动了山东省第一个干热岩调查项目——东营市利津县干热岩调查，施工干热岩深2500m，温度为104℃，按3.75℃/m梯度计，4000m时温度达150℃。
3.3开发利用建议
1）进行地热开发利用规划，分块分地热田进行地热资源的勘查研究，评价地热资源，提出开发利用方案。
2）合理设计地热田的开采，确定地热井距、井深、开采层位，允许开采量等。对地热水质进行研究，分析用途和防腐防垢措施。
3）针对工程应用，进行地热水的梯级多模式利用，如供暖-洗浴理疗休闲-种植-养殖等一条龙，最大化利用宝贵的地热资源。
4）施工回灌井，全面开展地热井的回灌工作。回灌井与抽水井可进行互换利用。尽早实现开采地热井的尾水100%回灌。
5）加强浅层地热能研究，对水介质提取技术不断创新，将其地下存储的温度大量提取出来，用于供暖、烘干等工业制造，山东省的干热岩开发利用还是有很大的发展前景的。
6）尽快组织地热相关单位及部门，对干热岩的进一步勘查开发工作进行系统的规划，并着手相关的研究工作。
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作者简介：张少华（1980—），女，山西文水人，工程师，工作单位山东省物化探勘查院，从事水工环地质和矿山环境地质工作。
论文作者:张少华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/5
标签：地热论文; 地热能论文; 山东省论文; 裂隙论文; 温泉论文; 矿化度论文; 开发利用论文; 《防护工程》2018年第18期论文;