洛阳市的地热资源及合理开发利用分析

2015-04-23梁龙豹

地下水 2015年6期

关键词：龙门山洛阳市洛阳

梁龙豹

(河南省地矿局第二地质环境调查院，河南郑州450046)

1 洛阳地热形成的地质条件

1.1 地形地貌

洛阳市位于洛阳断陷盆地西部。在漫长的地质历史时期，经受了多次构造运动，尤其是燕山运动和喜马拉雅运动，使本区南部地区褶皱断裂隆起抬高，北西部邙山、小秦岭相继上升，其间(中部)凹陷，形成洛阳断陷盆地。

盆地北、西部的邙山、小秦岭为黄土覆盖丘陵，标高150～238 m，相对高差178 m;南部为嵩山余脉—龙门山，属低山，标高200～500 m，相对高差300 m;中部为平坦开阔的伊河、洛河冲积平原，地势西高东低，地面标高120～176 m，原面宽7～14 km。

1.2 地质构造

洛阳盆地系中生代末期生成的北东向断陷盆地，控制其发育的构造主要有东西向、北东向和北西向三组构造，这些构造少部分地段裸露，绝大部分呈隐伏地下(见图1)。

东西向构造主要为首阳山断裂(F1)，形成时间最早，规模大，切割深，断面南倾，垂直断距约2 000 m，倾角大于70°。断层北盘上升，主要由二叠系砂岩组成，上覆(Q2+3eol)黄土;南盘下降，主要为第四系河湖相沉积，厚度230余 m。断裂两侧地貌及地层岩性的差异，反映出断裂挽近期活动强烈。该断裂是构成洛阳盆地的北部边界，对新生代地层及地热形成具明显的控制作用。

北西向的断裂构造主要有:新安－平顶山(伊川)断裂(F4)、龙门－米庙断裂(F5)。新安－平顶山(伊川)断裂出露破碎带宽约20 m，走向310°，中部为强烈挤压带，主要为揉皱的下寒武系泥页岩及灰岩，北侧为一垂直的糜棱岩压性断裂面，南侧为一角砾岩张性断裂面;该断裂切断了小秦岭的东延，为洛阳盆地的西边界。龙门－米庙断裂亦为压扭性断裂。这两条断裂附近均有热水泉出露。

北东向断裂北部主要有石陵－孟津断裂(F2)、平乐－西虢断裂(F3)，南缘有连地－关林断裂(F6)。石陵—孟津断裂为洛阳盆地的西北部边界，连地－关林断裂为洛阳盆地的南部边界。

1.3 地层岩性

洛阳盆地地层可分为两大类，即前新生界地层和新生界地层。前新生界地层由一套海陆相沉积及中深变质岩系组成，新生界地层为陆相碎屑沉积。

1.3.1 前新生界地层

主要分布在龙门山一带。底部为太古界(Ar)中深变质岩系及元古界震旦系(Ptz)砾岩;中部为早古生界中上寒武系(2、 3)灰岩、泥灰岩;上部为晚古生界石炭(C)、二叠系(P)砂页岩及煤层沉积，局部可见中生界侏罗系(J)砂砾岩出露，并与元古界、太古界地层接触。

1.3.2 新生界地层

新生界地层分布广泛，主要见于邙山、小秦岭及盆地内。第三系(R)地层为一套河湖相沉积，棕红色、棕褐色、浅红色、黑灰色砂岩泥岩、泥质砂岩夹砾岩，半胶结状态或微胶结状态，岩层面倾角较缓，上部含有绿色花斑。第四系(Q)地层为黄褐色、黄灰色、灰黄色黄土、黄土状土及砂卵石。

图1 区域地质构造图

2 洛阳的地热系统、主要热储层及分布特征

2.1 对流型地热系统

这是由构造断裂形成的储热系统。洛阳盆地周边断裂较发育，这些断裂大多具张性特征，有多处交叉、切割，断裂深度大，破碎带较宽且相对松散，透水条件一般较好。地下水在地壳深处循环后经断层破碎带上升，成为地下热水。这种地热水一般为承压水，条件合适的地段，还可喷出地表，成为自流热水泉。

这部分地热，主要分布在南部龙门山地带，北部邙山及西部小秦岭有零星迹象。龙门山地带的地热储热层为寒武系灰岩岩溶构造裂隙，上覆盖层为新近系、古近系粘土、砂岩、砂砾岩;地热由深部循环形成，其特点是:补给途径较远，水温高，局部埋藏相对较浅，分布集中。

2.2 热传导地热系统

这是由地壳自然增温作用形成的储热系统。洛阳盆地内新生界地层沉积厚度大，最深达3 500 m以上。地下水的温度随着距地表距离的增加而增高，由于地壳厚度及岩性结构的差异，地热增高梯度值也有变化。根据现有资料分析，洛阳市地热增高梯度值在2.5～3.1℃/100m之间，其中西部高于东部、南部略大于北部。

这种类型的地热主要分布在洛阳盆地内及北、西部边缘地带，储热层为新近系下部及古近系砂岩、砂砾岩，上覆第四系岩层。地热靠地壳自然增温形成，其特点是:埋藏深，水温较低，补给缓慢且补给量较小，分布分散。

3 龙门山地热的差异原因分析

上述两种地热类型中，热传导型地热区内地域间差异不大，温度、水量的变化主要取决于开采井的深度(见表1);但热传导型差异较大，从龙门山目前的开采井看(见表2)，水温、水量均有变化。

综合分析，造成龙门山地段地热差异的原因有两个:一是龙门山地热由构造作用形成，从区域上看，控制龙门山地热构造的断裂主要为连地—关林断裂(F6，东北向)和龙门—米庙断裂(F5，北西向);从局部来说，形成龙门地热的构造主要是草甸断裂(F5－1)、魏湾断裂(F5－2)和寺沟断裂(F41)三条断裂，草甸、魏湾断裂为龙门—米庙断裂(F5)经过本区的主体和伴生部分，寺沟断裂则为其次生构造(见图2)。这三条断裂中，草甸断裂(F5－1)、魏湾断裂(F5－2)为平行的北西向正断层，倾向均为南西，燕山晚期由于北西向地质应力作用，发生了左行平移，从而使断裂具有压扭性质而成阻水断层;寺沟断裂(F41)为开裂性正断层，断层面倾向北北西，是导水断裂。龙门山地段的地热均与这三条断裂有关，处于这些断裂的主体部位或交接部位，储热构造规模大、裂隙发育、空间多，热水井多水温高、水量大;远离这个地段的储水构造为次生断裂，规模小、空间少，热水井多水温低、水量小。二是与地热井的开采深度有关，同样的部位，开采井越深，水温越高、水量越大;开采井越浅，水温越低、水量越小。另外，开采井水量的大小和水温的高低还与开采井是否穿过断层面和穿过断层面的深度有关，越是在最佳位置穿过断层面，开采井的出水量及水温会越理想。

图2 龙门山地热区构造图

4 地热资源开采现状

洛阳的地热开采经历过三个阶段:第一阶段在上世纪七十年代，主要是龙门山附近的单位将龙门山南部的几处自流热水泉加以改造形成开采井然后利用;第二阶段出现在上世纪九十年代，这期间，一是政府管理部门利用财政资金进行带有勘探性质的地热井施工，二是部分企事业单位自己打井取热水;第三阶段始于本世纪初一直到三年前政府干预控制结束，这期间，随着洛阳经济飞速发展，人们对地下热水的需求热情不断高涨，地热开发出现连续升温的局面，许多企业投入资金，打井开采热水。目前洛阳市已开凿的地热井20余眼，这些井大部分分布在龙门山，少部分分布在盆地内(见表1和表2)。

表1 洛阳盆地内地热开采井统计表

表2 龙门山地热井统计表

5 地热开采现状分析

洛阳地热开采目前尚处于无序状态。盆地中间的梯度增温型地热由于埋藏深度大、储存量小，开采投资风险比较大，所以开采相对较少。目前已施工的7眼地热井除了财政投资的带有勘探性质的两眼(高新区张庄、市节水办)施工效果比较好，还在使用外，其它企业投资的几眼地热井都不理想，要么水量小，要么成井有问题，多处于停用或报废状态。这使得后来的地热投资商更加谨慎。

目前，洛阳市的地热开采主要集中在龙门山一带，其地热开采量占整个洛阳市地热开采量的90%以上。但由于缺乏该地段地热的详细勘察资料，对地热的形成机理，储存、运移规律及资源状况缺乏明确的认识，更没有开采规划作指导，目前的开采极度混乱。个别地段、个别层位的开采井过于集中，使得开采量与补给严重失衡。据相关资料分析，局部地段地下热水水位(头)已下降数十米。如东山宾馆的热水井，原来是一眼自流井，随着开采时间的延续，水位(头)一直在下降，50年间热水水位(头)已下降了80多米，且仍处于下降的趋势。近几年市相关部门已认识到了这个问题，采取了一些管理措施，但因为缺乏科学的依据，针对性差，效果不是很明显。

地下热水资源的补给和储存是有限的，并非取之不尽、用之不竭。它需要经过远距离的补给、地壳深层位的循环才能形成，这需要一个漫长的过程。无序或过量开采地下热水只会使热水水位(头)不断降低，水量持续减小，甚至出现枯竭。