英山县温泉镇芭茅街地热田地热地质条件及开发利用保护建议

2015-01-30刘学玺叶腾升

资源环境与工程 2015年6期

何春，刘学玺，叶腾升

(湖北省地质环境总站，湖北武汉 430034)

英山县位于湖北省东北部，大别山南麓，北接安徽金寨、霍山，东邻岳西、太湖，南连湖北蕲春、浠水，西与罗田接壤，是鄂豫皖三省边境的腹地中心和华中地区著名的旅游胜地。英山县地热资源丰富，开发历史悠久。近年来，随着社会经济的不断发展和环境保护的新常态，英山县将地热资源开发作为当地经济发展的战略重点，已钻凿地热井近40眼，对地热资源的开发利用扩展到农业、工业、医疗、旅游等8个领域，是“中国地热综合利用开发示范县”之一。随着地热资源在城区开发利用程度地提高及其可能引起的供需矛盾，必须寻找新的地热异常区，为英山县地热资源的可持续开发利用保护和总体规划提供地质依据。芭茅街地热田作为规划开发利用远景区，相关工作程度相对较低，查明芭茅街地热地质条件，对地热资源开发利用规划意义重大。

1 地热地质条件

英山县温泉镇芭茅街地热田为开放型断裂对流型中低温地热系统［1］。导热构造主要为N20°～30°E构造，其与近南北向构造、N60°E构造交汇形成的构造破碎带或裂隙发育带为地热流体的上涌通道。芭茅街地热田呈北东—南西向展布，面积为0．68 km2(图1)。

1．1 热储层

图1 芭茅街地热田范围图Fig．1 Map of Bamaojie geothemal fields

英山县芭茅街地热田热储层主要为早元古代雷家店、金家铺变质岩，受构造影响，岩体发育断层破碎带及裂隙带［2］。地热流体主要赋存在断层破碎带和裂隙带的空隙中，裂隙集中带和构造破碎带呈带状分布，受导热、导水构造的控制，使得地热流体具有典型的脉状裂隙承压水特征。断层破碎带和裂隙带厚度大时，地热流体丰富，温度较高，远离断层或裂隙的地段则地热流体量逐渐减少，温度降低。同一地热田内，由于控热主断裂与多组断裂交汇形成了导水导热通道，而且断裂切割深度不同，往往有多个相对高温中心。

1．2 盖层

英山县芭茅街地热田属断裂对流型地热系统，断裂破碎带为地热田热储盖层。地热田的基本地质结构比较单一，从上至下可分为三个主要层次，即第四系沉积物、基岩风化壳和新鲜基岩(图2)，地热田热储层埋藏于第四系沉积物与基岩风化壳之下。地热田尽管地表及近地表分布有第四系松散堆积层和基岩强风化层，但因其厚度较小，分布有限，对热储有一定的保温作用。

图2 英山县温泉镇芭茅街地热田地质剖面图Fig．2 Geologic section of Bamaojie geothermal field in hot spring town，Yingshan county

1．3 导水导热通道

芭茅街地热田热异常分布与出露受淮阳山字型构造和新华夏系构造控制，局部受近南北向、N60°E向构造的影响，主要导热构造为N30°E向构造，其与近南北向、N60°E向构造交汇形成的构造破碎带或裂隙发育带为地热流体的导水导热通道，地热流体运动方式主要表现为由深部至浅部的垂向运动，以及由出水断裂附近向周边运移的水平运动。

1．4 热源及水源

(1)热源。芭茅街地热田属断裂对流型中低温地热系统，地热田热源为正常的地热增温率增温，热水温度主要取决于地下水的循环深度及径流排泄条件，热水的赋存及分布严格受构造断裂裂隙控制。地热田受淮阳山字型和新华夏系构造影响，北东向深大断裂发育，具备深循环条件，断裂带附近岩层节理裂隙发育，具有较好的渗透性，地下水在渗流过程中将分散在较大范围地壳中的热量集中到渗透性较好的断层破碎带和裂隙带的空隙中，从而形成热储。在储热、导热破碎带内，地下水在补给径流过程中，依靠水的对流不断吸取岩层中的热量，使得地下水不断增温形成地热流体，热水沿断裂破碎带上涌至排泄区，以对流型为主。在地热田外围远离断层破碎带地段以热传导为主，主要依岩石的导热性能传递热能(图3)。

图3 英山县温泉镇地热田地质模式示意图Fig．3 Schematic diagram of gedogical model of geothemal field in hot spring town，Yingshan county

(2)水源。地热田地热流体来源于大气降水，补给区位于英山县北部、东部的中低山区，大气降水由补给区向地热田不断运移的过程中，随着深度的增大，吸收岩体中的热量，形成地热流体，并在1．4～1．5 km深处达到97℃，热储中的地热流体在地质条件有利的部位，即沿着因各组断裂交汇而形成的高渗透率带上涌至地表，形成高温中心及断裂对流型中低温地热系统(图3)。

2 地热资源量和流体质量

芭茅街地热田总面积0．68 km2，资源总量7．559 2×1016J。地热流体中氟、硅含量均达到《地热资源地质勘查规范》(GB11615—2010)之附录E——理疗热矿水水质标准的命名矿水浓度，属理疗热矿水，温度、矿化度满足医疗价值浓度标准，命名为氟水、硅水、温水、淡水。

2．1 地热资源量

利用热储法计算的芭茅街地热田储存的地热流体量为2．251 0×106m3，利用解析法(插值法、井流公式法)计算的英山县芭茅街地热田地热流体可开采量为1 565．94 m3/d，地热流体温度45～49℃，为小型地热田(表1)。

表1 英山县温泉镇芭茅街地热田地热资源基本情况Table 1 Basic situation of geothemal resources of Bamaojie geothemal field in hot spring town，Yingshan county

2．2 地热流体质量

英山县温泉镇芭茅街地热田地热流体pH值基本上呈中性偏碱性，水化学类型为SO4—HCO3—Na型，少量为 SO4—HCO3—Na—Ca或 SO4—Na型，地热流体的气体组分以氮气(N2)为主离子、Na+离子、Mg2+离子、F-离子和SiO2为地热流体的标型元素，地热流体锅垢很少水，为非腐蚀性水。芭茅街地热田地热流体温度45～49．0℃，属低温地热资源，为中性偏碱性软或极软淡水、氟水、硅水、温热水。

3 开发利用保护建议

地热资源作为一种清洁的绿色新能源，具有广阔的开发利用前景，其不仅是经济发展的新型能源，而且是一种集水、热、矿于一体，具有独特、不可替代的复合型资源，将成为推动经济发展独特的优势资源。

保证地热资源能够持续稳定发展的前提条件是本着客观科学、优化配置、科学先导、集约利用的原则，使地热开发与管理走向统一规划、合理布局、总量控制、计划开采、综合利用、高效节能、合理配置、持续发展的健康之路。

3．1 地热资源开发利用可行性

芭茅街地热田主要位于河谷区，地形较为平坦，地层结构较简单，地热井施工地质条件较简单。地热田地热流体一般压力较高，有温泉出露，地热井成井后出现自流现象，目前深井潜水泵的抽水能力可满足地热流体利用需求。地热流体达到理疗矿水水质标准，为氟水、硅水、淡水，属温热水，可用于理疗洗浴、采暖、农业等。

3．2 地热资源开发利用环境影响

地热流体的开发利用，可以减缓化石能源的消耗，减少大气污染物的排放，芭茅街地热田地热流体开发利用一年，相当于节约标准煤1 075．75 t，减少二氧化碳排放 2 566．75 t、二氧化硫排放 18．29 t、氮氧化物排放 6．45 t、悬浮质尘土排放 8．61 t、煤灰渣废弃物 1．08 t，节省治理经费25．67万元。地热流体中各项污染指标均低于第一类污染物最高允许排放浓度，在不添加其它污染组分的情况下开发利用地热流体，废地热流体的排放不会对地表水、地下水水质造成污染。

3．3 地热田开发技术经济评价

英山地热资源应用广泛，由英山地热开发管理公司专项管理经营，为地热资源的开发利用提供了良好的条件。芭茅街地热资源丰富，并且地热资源埋藏较浅，便于开发利用;武汉英山高速公路从东汤河、芭茅街、杨柳等地通过，为开发利用地热资源提供了得天独厚的环境条件。若按设想的开采量进行生产和销售，地热田开发的全部成本回收期较短，经济效益好。

3．4 地热资源开发利用保护建议

为使英山县温泉镇地热田资源更好地可持续开发，梯级综合利用，避免浪费和引起环境地质问题，建议在组织、政策和技术方面采取必要的保护措施:

(1)组织措施。建议对地热资源开发利用进行严格的管理，实行科学规划，统一集中开采，统一供热，并进行取配资源全时空调控管理。

(2)政策性措施。在地热资源开采方面制定相应的政策性限制和规定，严格遵守国家矿产资源法和已颁布的《英山县地热资源管理办法》进行审批、勘探、开采与保护。

(3)技术性措施。根据英山县地热田目前的开采现状、地理位置、交通条件、开采技术条件等，结合经济建设规划和城镇建设规划，对芭茅街地热田进行分区开发利用，规划为二个区，即综合利用区和农业区，以达到开发利用保护的目的。芭茅街地热田外围(传导区)规划分区为农业区，为远期开发利用区;芭茅街地热田中心(对流区)为综合利用区，为近期开发利用区(图4)。

(4)保护措施。开采区即40℃等值线范围为Ⅰ级保护区，在该地段适当调整开采井的开采量;Ⅰ级保护区外围200～300 m宽的地带为Ⅱ级保护区，在该区内布设新的地热井时，必须由有资质的地勘单位论证，国土资源行政主管部门审批确定;加强地热田开采量的控制和管理，地热田的地热流体开采量不得大于可开采量。

4 结论

英山县温泉镇芭茅街地热田虽然属小型低温地热资源，但是其开发利用技术经济条件较好，经济效益、社会效益和环境效益显著。

地热流体排放一般不会对地表水、地下水水质造成污染，但在今后的开发利用过程中应控制和管理地热田开采量，同时注意避免由于地热资源开发引起的一些地质环境问题，如地热流体温度下降、地热流体水质变异等，建议进一步加强地热流体动态变化特征的监测，建立系统监测网，观测地热流体及其在开采条件下的水质、温度、水量、水位的变化情况。