石桂萍

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

山西省天镇县地热水保护开发利用措施研究

石桂萍

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

地热水资源是天镇县的一大资源，近年来，由于地热水的无序开发，水温、水量受到制约，为了使地热水资源得到合理开发和利用，本文就地热水资源的分布、保护范围的划定进行阐述，并就地热资源的保护、利用提出具体措施和规划，供相关部门参考。

地热水资源 保护范围 保护措施 利用规划

1 项目的提出

天镇县拥有独特的地热资源优势，是全省首家发现的偏硅酸重碳酸——钠型优质矿泉水，含有对人体有益的微量元素达28种，开采前景广阔。

近年来，由于水资源管理混乱，地热资源的使用处于无序状态，得不到合理开发利用。为保证天镇县经济发展对地热资源的需要，保证地热水资源的稳定性、可靠性，防止因水资源恶性开发引发的资源破坏，对天镇县地热水保护开发进行研究非常必要。

2 现状分析

天镇县的地热水资源，以马圈庠村西北为中心，向外辐射地下水热量递减。马圈庠水资源以两种地下水资源形式存在，一是地热水资源，二是矿泉水资源。以马圈庠村西南为中心的地下矿泉水资源被地矿部门专家称为“塞北雪”，是少有的多稀有元素矿泉水，由于资金等原因，一直未能开发。根据地热评价，以马圈庠村西北为中心的地热水资源保护范围划定界限为：西以水桶寺为界，东以马圈庠为界，北以水桶寺附近铁路北约1km为界，南以马圈庠水桶寺一线为界。

在划定保护范围内，现状用地情况是，铁路以北为荒坡，铁路以南为耕地和商业用地；结合《山西省天镇县城总体规划》，铁路以南保护范围内土地，西侧1000亩耕地规划为经济林，东侧约800亩地为旅游开发用地。为合理保护和开发利用地热水资源，以马圈庠村西北为中心，划定热田一级和二级保护范围，一级保护区内禁止地下水开采，一级保护区至二级保护区内禁止深层地下水开采。保护范围内现有机井26眼，划定地热中心分布有6眼，一级保护范围内分布10眼，二级保护范围内分布10眼。

3 热田地质条件

3.1地质构造

马圈庠热田在区域上为断陷凹地，热田内基岩埋深东南部浅，在300～500m深度变化；西北部较深，在500m左右。热田中心形成两个隆起，第一隆起为水桶寺北隆起，基岩埋深在200～300m之间，并与外围落差较大，隆起周围等值

线呈现密集下降。第二隆起在马圈庠北部，基岩埋深在250m～300m间，周围落差相对较小，在两隆起之间基岩埋深约320m。马圈庠北隆起偏西部构造较发育，共有七条断层，基底破碎。凹陷中的隆起，隆起周围的阶梯状断裂，是马圈庠地下热水形成的通道，推测北西-南东向断裂为热田控热断裂。

3.2水文地质条件

3.2.1 热储层分布特征

低温温热水热储层特征：在洪积扇部位100m以浅热储条件优越，100～300m热储层孔隙率变小，热储层变薄；低温温水热储层特征：热储层分布面积大，产出水温25～33℃。该热储层特点为洪积扇部位含卵石层厚，到溢出带附近颗粒变细，以粗砂为主要含水层，水位埋深25m左右，单位涌水量25m3/h·m。

3.2.2 热水温度边界特征

就含水层而言，冷热水为连通体系。在漫长的地质时期里，松散层中地下热水与外围冷水形成相对平衡的温度场，随着地下热水开采，平衡破坏温度边界发生相应变化。因此，温度边界是移动边界。该边界的稳定度与热水的开采强度成反比。

3.2.3 热矿水运移机制

地下热水补给条件：地下热水补给区为北峰山区，补给高程在1406～1544m，降雨通过径流从北部云门山前大断裂向深部垂直入渗。

地下热水运动特征：在基岩中热水垂直上涌，补给热储层后变为水平运移。含水层水温变化特征：断裂带附近热储层水温呈蘑菇状增高，然后向四周扩散，达到平衡后继续向顶部含水层渗流。

热水排泄途径：马圈庠地热田开发之前，下部热水在静水压力作用下源源不断地补给上部松散层，使松散层温度逐渐增高，热水体范围增大，形成了较稳定的天然层状热水体。随着浅部冷水井开采，使热流向浅部传导，致使浅层冷水加热，随着开采将热量带上来，开始了地热田的人工排泄。

热矿水循环最大深度为1478m，热水基础温度推算为138℃。

3.3热田范围的确定

热田的范围确定采用了几种方法，有井口测温圈定热田范围、根据地温梯度圈定范围、根据电阻法圈定以及综合上述几种方法的综合手段。综合井口测温、地温梯度、电法低阻值成果圈定热田边界，铁路以北主要依靠电法低阻值圈定边界。圈定的热田范围面积：0～100m深约2.2km2，100～300m深约8km2。

3.4热田区取水的影响范围

根据井口测温统计，以25℃水温圈定范围2.2km2，水温大于40℃热田范围0.35km2。故按水温大于40℃热田面积0.35km2为热田开发范围。

根据规范及抽水试验资料综合分析，确定热田影响范围：热田以外一级保护范围300m深，约1.6km2；二级保护范围800m深，约4.0 km2。一级保护区内禁止地下水开采，一级保护区至二级保护区内禁止深层地下水开采。

3.5热田区取水优化方案

地热田热水循环特点及含水层水温变化特征，基岩中断裂带附近深循环的地下热水在压力水头作用下垂直上涌，源源不断地补给松散层热储层后变为水平运移，热储层水温呈蘑菇状增高，然后向四周扩散，达到平衡后继续向顶部含水层渗流，形成地下热水库。据电法剖面反映在100m以上含水地层主要为中、粗砂及卵砾石，热储条件优越，在100～300m深热储层孔隙率变小，热储层变薄。马圈庠地热田地下热水资源开采深度100～120m为宜，开采量按1000～1200m3/d较为合适。

保护范围内现有机井26眼，划定地热中心分布有6眼，一级保护范围内分布10眼，二级保护范围内分布10眼，根据调查，保护区内单井出水量在45～50m3/h之间，根据计算的限定开采量，保护区内保留井数1～2眼，其余的井需封井或限制采水。

4 保护措施及开发利用设想

4.1保护目标

通过对地热保护范围进行科学合理的划定，对地热保护范围内的农业用水另辟灌溉水源，保证农业灌溉用水；对划定范围内的地热水井实行集中管理，有序开采，实现资源最优开发利用，促进当地经济可持续发展。

4.2工程措施

保护范围内铁路以南的1000亩经济林灌溉水源为水井，根据热田取水优化方案，保护区内

保留水井1～2眼用于经济开发，因此对保护范围内既有的用水户和农业灌溉用水需另行开辟水源。而当地拥有相对较为丰富的潜流资源，可作为项目开发的替代水源。

替代水源拟在水磨口村东北冲沟中做截潜流坝，地形高程1292～1305m左右，沟谷呈“V”，底宽35m左右。截潜流工程采用防渗帷幕至基岩中隔断地下水的形式。截水廊道长35m，宽5m，水位降深4.5m。截潜流涌水量为1614.22m3/d，年水量58.9万m3。

4.3管理措施

地热水资源是天镇的一大资源，也是该县招商引资的重要特色，天镇县是国家贫困县，近年来，为尽早摆脱贫困走上富裕小康的道路，县委、县政府加大了招商引资力度，并提出以下管理措施：（1）根据计算的限定开采量，对保护区内的井数保留1～2眼，其余的井进行封井或限制采水，对地热水实现集中管理，有序开采；（2）大力提倡节约用水，严格控制兴建耗水量大或对水资源有污染的建设项目；（3）严禁无序排放生活污水及生活垃圾，以免污染地热水资源。

4.4开发利用规划

地热水作为一种特殊的水资源，具有自身的价值优势，它既是一种热能资源，又是一种医疗保健资源。为使地热水资源最大限度合理开发和利用，充分利用地热水的温度及水化学成分，对地热水资源进行梯级开发利用，按水温由高到低依次进行“地热供暖→温泉疗养及游泳→养殖花卉栽培→回灌地下水”的利用开发模式，做到一水多用；针对天镇县地热水的独特化学特性“偏硅酸重碳酸——钠型”，也可据此开发出独具特色的地热矿泉水；另外，根据地热水在纺织、印染、烤胶、制革、造纸、蔬菜脱水等方面的应用，还可根据天镇县的实际县情，开发一些支柱产业，进一步加快天镇县脱贫致富的步伐。

5 结语

本文对地热保护区范围采用多种科学手段进行划定，并通过对地热保护区内现状用水分析，从工程和管理方面两方面提出具体可行的保护措施。本工程的创新点在于，对当地的天然资源进行了合理利用，改善了保护区水的利用格局，稳定了地热水源，保证了地热水资源的可靠性，防止了水资源恶性开发引发的资源破坏，从根本上合理开发和利用地热水资源，合理化解投资开发用水与农业用水的矛盾，实现了资源的最优开发利用，为天镇县今后招商引资、发展经济提供了物质基础，是造福一方的大好事。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.07.011

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B

1672-2469(2014)07-0038-03

石桂萍（1967年—），女，高级工程师。