1自然地理

洛陽市是聞名中外的九朝古都,市區人口有142.2萬人,面積544.00km2,其中平原面積363.40km2,山地面積23.70km2,丘陵面積156.90km2。

張莊地熱井位于河南省洛陽市西南高新技術開發區,地理坐標東經112°21′40″～112°25′00″,北緯34°35′38″～34°37′21″,面積11.2km2。地理位置優越,交通方便。

洛陽盆地屬暖溫帶大陸性季風氣候區,具有春季溫暖、夏季炎熱、秋季涼爽、冬季寒冷四季分明的特點。多年平均降水量601mm,年最大降水量(1964年)1047.8mm,年最小降水量(1965年)355.3mm,降水多集中在6～8月份,占全年降水量的51%左右。多年平均氣溫14.9℃,年日照時間2227.2h,太陽年輻射總量113～125KC/cm2。

水系屬黃河水系,主要河流為洛河,注入黃河,全長410.1km。河道寬500～800m,多年平均流量66.8m3/s,洛陽橋1958年洪峰流量9800m3/s,枯水季節不斷流。

2地熱水化學特征

張莊地熱水化學類型為SO4·Cl-Na型,溶解性總固體9.61g/l,總硬度714.57mg/l,PH值7.1。

3地熱井資源儲量

張莊地熱井深度1500m,井口水溫60.2℃,初始壓力水頭高度+28.10m,自流量9.0m3/h,抽水試驗水位降深83.0m時的涌水量464m3/d,單位涌水量5.59m3/d·m。

張莊地熱井地處張莊地熱異常區,是該地熱異常區內唯一地熱井。地熱異常區面積11.2km2,熱儲層為新近系、古近系砂巖、粘土巖,熱儲平均厚度430m,熱儲溫度58.46～72.17℃,平均溫度66.5℃。地熱異常區地熱資源儲量為108.44MW(3.42×1017J),地熱水資源儲量為34.46MW(1.15×1017J)。地熱流體可采資源儲量計算,采用“最大允許降深法”計算,擬定開采年限30年,最大允許降深150m。地熱水可采資源量為1.84×107m3,含熱量為1.18MW(3.73×1015J),屬小型地熱田。

4可采地熱資源評價

根據計算30年擬采地熱水總量只占地熱異常區地熱水彈性儲量的6.5%,所采熱量僅占地熱異常區地熱儲存量的1.09%,二者均是有充分保證的。雖然地熱水30年可開采量僅占地熱水儲存量的6.5%,但開采末期的壓力降深已近150m。說明地熱異常區熱儲層富水性較差,滲透性和導水性不好,如增大開采量,勢必會縮短地熱水資源的開采使用年限,造成地熱水資源的快速枯竭,所以為保護地熱資源,應科學合理的開發利用。

5地熱流體質量評價

張莊地熱井水樣通過檢驗,并從地熱水開發利用方向、方式的角度出發,按照有關水質標準對地熱水進行了各種用途水質評價及有害成份最高允許排放濃度評價。其結果為,地熱水的利用方向、方式有一定局限性。作為醫療、洗浴用水為復合型醫療礦泉水。其中微量元素氟(F)、鐳(Ra)、溴(Br)、碘(I)、偏硅酸(HSiO3)五項指標達到醫療礦泉水標準,鍶(Sr)、鋰(Li)兩項指標接近醫療礦泉水標準。利用方式為直接利用;作為采暖用水,對供暖管道有一定腐蝕性;作為生活飲用水和飲用天然礦泉水均有多項指標超標,不適宜;作為農田灌溉和漁業用水有部分指標超標,需作處理后方可利用。尾水排放時,有害成分中氟含量超過最高允許排放濃度,礦化度也較高,要避免氟和鹽分污染水源和造成土壤鹽漬化。

6地熱水資源的合理開發利用

張莊地熱異常區是洛陽首次發現并基本探明的沉積盆地型地熱資源。通過初步勘探基本查明了地熱異常區地熱水資源的埋藏分布規律及其質與量的分布特征。合理地開發利用這一新能源,將為洛陽經濟發展帶來重大影響。

對張莊地熱異常區有限的地熱(水)資源的開發利用,要本著“科學布井,探采結合;梯級開發,綜合利用;保護資源,持續發展”的原則,提高資源綜合開發利用率,使這一潔凈能源盡快轉化為經濟優勢,促進當地經濟發展。

6.1 合理開發地熱水資源

張莊地熱異常區熱儲類型在廣義上屬沉積盆地型層狀熱儲,但地熱異常與地熱流體的儲集與運移受活動性斷裂控制。熱儲層主要由古近系粉砂巖、中-細粒砂巖及少量砂礫巖構成,沉積速度快,搬運距離短,分選性差,泥質含量高,從而造成富水性、導水性較弱,面上的分布不均一。從地熱資源計算結果分析,地熱資源和地熱水資源儲量不小,但可采資源量不大,地熱水可采資源量僅占彈性儲存量的6.5%,說明張莊地熱水資源是有限的,也是極為珍貴的。

從張莊地熱井實際抽水試驗資料來看,單位涌水量為5.59m3/d·m,擬定開采的單井流量560m3/d也是適宜的。若減小單井流量,勢必增大開采相關費用,增大單井流量,從地熱異常區熱儲富水性、導流性來分析又是不可行的。日采量1680m3開采第20年末的開采井最大壓力水頭降深為143.20m,第30年末為148.45m,處于緩慢下降的相對穩定狀態,足以保證地熱水資源的持續長期開采和開采方案的良性運行。如盲目開采必將導致熱儲壓力的持續快速下降,甚至資源枯竭。

6.2 合理利用地熱水資源

從水質分析結果可以看出,張莊地熱水含鹽量較高,礦化度達9.61g/l,水化學類型為SO4Cl-Na型水,PH值7.1,屬中性水。常量元素以Na、Cl-、SO42-為主,微量元素有F、Ra、Br、I、H2SiO3五項達到醫療熱礦水標準,其中F-達到命名標準,Sr、Li兩項接近有醫療價值熱礦水含量標準。地熱流體質量評價結果表明,可直接用于醫療、洗浴,并且較高醫療價值;用于采暖、種植、養殖等方面,有指標不同超標,需要相應處理后才可利用;不宜作為生活飲用水和飲用天然礦泉水利用。

6.2.1 用于醫療、洗浴

張莊地熱水有多項指標達到或接近醫療熱礦水國家標準,具有很強的醫療及保健功能,利用熱礦水洗浴,由于水中的化學成份、溫度及機械刺激因子對身體神經末稍產生刺激,通過神經體液的反射作用,產生對疾病的非特異性治療作用。熱礦水的醫療、洗浴保健功能主要表現在水溫、水的浮力、水的靜壓力作用。水溫為38～43℃時,泡浴10～15分鐘,能增進人體全身新陳代謝,使血液循環加快,血壓降低;水的浮力作用使人體運動器官的負荷明顯減輕,四肢舒展,肌肉松馳,水的靜壓力作用有利于調節心臟功能。此外,熱礦水中氟含量較高,可命名為氟礦水。利用氟礦水洗浴,對多種皮炎、銀屑病等有良好的治療作用。熱礦水中所含的溴、鍶、鋰等都是對人體健康有益的元素。

熱礦水用于洗浴對人身有興奮刺激作用,舒經活血、改善體質、增加抵抗力和預防疾病,對治療多種皮膚病、風濕病、腰腿痛、軟組織損傷等均有一定療效。熱礦水中其它一些對人身有害元素和指標含量均不超標,滿足醫療、洗浴用水要求。其利用方式為直接利用,可建療養院、洗浴中心、游泳池等。

6.2.2 用于采暖

張莊地熱水井口水溫超過60.2℃,可用于冬季室內采暖。但地熱水腐蝕系數為8.32,屬半腐蝕性水,對管道和取暖設施有一定腐蝕性。因此,地熱水用于采暖,應做防腐蝕處理。

6.2.3 地熱干燥

根據我國地熱干燥的實踐,只要地熱水溫度大于70℃,就可通過熱交換機產生55℃以上的熱風,用于農副產品的烘干。如果地熱水溫度在70℃以下,則需和太陽能或其他能源互補進行干燥。張莊地熱水井口水溫(60.2℃)接近70℃,稍做能源互補就可進行干燥。結合當地實際情況,可用于蔬菜、水果、花卉(牡丹)等脫水,以及家具加工和制革等行業進行干燥。

6.2.4 用于種植、養殖

用來洗浴、采暖及干燥后排放的尾水溫度多在35～40℃,如不加以梯級利用,將造成這一部分地熱能的白白浪費。洗浴、采暖尾水用于水產養殖,不僅可提高養殖產量、還可用來養殖熱帶水產品種,提高養殖效益。用于溫室種植,不僅可在冬季用來種植反季節蔬菜、瓜果、花卉(牡丹)和蘑菇等,還可用于洛陽牡丹栽培、人為控制花期。既改善了當地冬季蔬菜副食供應、又發展了農業觀光旅游。地熱(水)資源還可用于雞、鴨、鵝等家禽的孵化。但根據水質評價結果,用于種植,全鹽量、氯化物、鎘、砷超標;用于養殖,氟化物、砷、鎘、銅類超標。地熱水不宜直接用于種植和養殖、做相應處理后可利用。

7地熱資源開發與環境保護

地熱資源是人類可以利用的較為潔凈的能源之一,它的開發利用在為環境保護提供有利條件的同時,也會在某些方面帶來負面影響。

7.1 高含鹽量問題

水質分析結果,礦化度高達9.61g/l,主要成份是Na+、CL-、SO42-。地熱水利用后的尾水排放,應妥善處理,否則遺留下的鹽分會污染水源、土壤,使土壤鹽漬化。所以使用洗浴、采暖排放的尾水進行溫室種植栽培時,應將利用后的尾水進行回灌處理為宜,避免熱水鹽分對環境造成污染。

7.2 高氟問題

地熱水中氟含量2.2mg/l,超過醫療熱礦水標準,達到命名標準。用醫療洗浴用水標準衡量,適當高的含氟量,對治療一些疾病并非無益,但不僅不宜作為飲用水飲用,就是其尾水用于為人類提供食品的種植灌溉和水產養殖,也要加以除氟處理,因為高氟是人體氟中毒的根源。尾水的隨意排放也可造成氟污染。

7.3 地面沉降問題

根據經驗,地熱資源開發引發的地面沉降問題,不單是由地熱流體的開采所引起的,較大的熱儲壓力降也可造成地面沉降。張莊地熱異常區熱儲埋藏較深,可采地熱水資源量不大,如科學布井,合理開發,限量開采,避免超強度開采形成較大的熱儲壓力降低,不會引發地面沉降問題。

8結論與建議

1) 根據張莊地熱井地熱地質條件,計算地熱資源儲量和地熱流體可采資源儲量。地熱資源儲量為108.44MW(3.42×1017J),地熱流體彈性儲量2.82×108m3。按最大允許降深150m,開采30年計算,地熱流體可采資源量為1.84×107m3,含熱量1.18MW(3.73×1015J)。屬小型地熱田。擬定開采的單井流量為560m3/d。

2) 地熱流體質量特征為礦化度9.61g/l,總硬度714.57mg/l,PH值7.1屬中性水,水化學類型為SO42-·Cl-—Na+型水。

3) 地熱流體質量評價為微量元素氟、鐳、溴、碘、偏硅酸五項指標達到醫療熱礦水標準,鍶、鋰兩項指標接近有醫療價值濃度,屬復合型優質醫療熱礦水;生活飲用水評價為不宜飲用;農業灌溉及漁業用水評價為不宜直接利用;鍋爐用水評價為不宜直接作鍋爐用水;氟含量超過最高允許排放濃度,不可直接排放。

4) 張莊地熱水資源可直接用于醫療、洗浴、干燥;間接用于采暖、種植及養殖等行業。

5) 張莊地熱水應早日開發利用,服務于社會,發展經濟。

6) 張莊地熱水開發利用后的最終尾水排放時,應做相應的除鹽、除氟處理,避免高鹽、高氟造成環境污染。