即墨温泉地热资源成因及开发利用与保护对策研究_邱大鲁.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 005即墨温泉地热资源成因及开发利用与保护对策研究邱大鲁，吕思学(青岛市即墨区自然资源局，山东 青岛 266200)摘要青岛市即墨区地热资源独具特色，为青岛地区唯一温泉产地。近年来随着旅游业不断发展，温泉旅游成为青岛旅游新热点。本文在对即墨区域地热地质背景、地热资源成因及开发现状分析基础上，针对地热资源开发利用中存在问题，提出保护对策。结果表明:(1)研究区大地构造背景条件是温泉形成的先决条件，温泉区地层为白垩系莱阳群陆相碎屑岩及侵入岩类，岩性为长石砂岩、粉砂岩、含砾砂岩及正长斑岩等，裂隙孔洞发育，为地热水的贮存提供了有利场所，构成地热田热储。(2)研究区地热资源主要集中于温泉街道东温泉村一带，主要为医疗用水，矿化度达 10 809 g/L，是少见的矿化温泉，具较高医用保健价值，地热井水温一般 70 80，最高达 90，断裂带两侧水温降低，一般 60 70，再外向逐渐变为冷水，地热田可采量 1 87 亿 m3，资源总量 2 639 1015J，可利用资源量 1 847 1014J。2015 年热水开采量达 608 273 m3。(3)为对有限的地热资源进行科学开发利用和有效保护，可通过回灌补源，防止资源枯竭和地面沉降、杜绝热污染等环境问题发生，实现温泉资源有序管理，坚持“梯级开发，综合利用”原则，科学合理地开发利用地热资源，提高其利用率和综合利用水平，加强地热资源梯次开发利用，最大限度地发挥地热资源多种属性功能，以取得最佳资源利用效益。关键词即墨温泉;地热资源;成因;开发利用;保护对策中图分类号P314 1文献标识码A文章编号1004 1184(2023)03 0013 04收稿日期2022 07 07作者简介邱大鲁(1969 )，男，山东青岛人，高级工程师，主要从事地热资源和矿产管理方面工作。Study on the causes of geothermal resources in Jimo hot springsand countermeasures for their development，utilization and protectionQIU Da lu，LV Si xue(Bureau of Natural esources，Jimo District，Qingdao 266200，Shandong)Abstract:The geothermal resources of Jimo District in Qingdao are unique，being the only source of hot springs in theQingdao area With the continuous development of tourism in recent years，hot spring tourism has become a new hot spot inQingdao Based on an analysis of the geological background of geothermal heat in the Jimo region，the causes of geothermal re-sources and the current situation of development，this paper proposes protection countermeasures against the problems existingin the development and utilization of geothermal resources The results show that:(1)the geotectonic background of the studyarea is a prerequisite for the formation of hot springs，and the stratigraphy of the hot spring area is terrestrial clastic rocks andintrusive rocks of the Laiyang Group of the Cretaceous System，with feldspathic sandstones，siltstones，conglomeratic sand-stones and orthogonal porphyries，etc The fissures and pores are developed，providing a favourable place for the storage of ge-othermal water，which constitutes the thermal reserve of the geothermal field(2)Geothermal resources in the study area aremainly concentrated in the area of East Hot Spring Village of Hot Spring Street，mainly for medical water，with a mineralizationdegree of 10 809 g/L，which is a rare mineralized hot spring with high medical and health care value，the water temperatureof geothermal wells generally ranges from 70 to 80，up to 90，the water temperature on both sides of the fracture zonedecreases，generally from 60 to 70，and then outward gradually becomes cold water，the recoverable volume of geother-mal fields is 187 million m3，with a total resource of 2 639 1015J，and the available resource is 1 847 1014J，the total a-mount of resources is 2 639 1015J，and the available resources are 1 847 1014J In 2015，the amount of hot water ex-traction reached 608 273 m3(3)In order to scientifically develop，utilise and effectively protect limited geothermal re-sources，it is possible to prevent resource depletion and ground subsidence，prevent thermal pollution and other environmentalproblems by recharging and replenishing sources，achieve orderly management of hot spring resources，adhere to the principleof“graded development and comprehensive utilisation”，scientifically and reasonably develop and utilise geothermal re-sources，improve their utilisation rate and comprehensive utilisation level，strengthen the graded development and utilisation ofgeothermal resources，and maximise the function of multiple attributes of geothermal resources in order to achieve the best re-source utilisation benefitsKey words:Jimo hot spring;geothermal resources;causes;development and use;Protection response312023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.30引言地热资源是继太阳能、风能之后又一重要绿色新能源，它易于开发、费用低廉、无环境污染，广泛应用于供暖、生活洗浴、热水理疗、温池游泳、温水养殖、温室种植、纺织印染、食品加工等领域，经济潜力巨大，开发前景十分广阔。青岛市即墨区温泉街道地热资源丰富，泉眼数量众多，直径小者如豆，大者至拳头大小，被称为“国内唯一海水溴盐温泉”，在汉代时就已相当有名。其水温最高可达 93，水内含有十余种矿物质及元素，如盐(NaCl)、硫(S)、溴(Br)、砷(As)等，对皮肤病、风湿病、关节炎、早期心血管病等具有一定的医疗价值，因而有“医疗矿泉”的美誉。东汉科学家张衡、明代名医李时珍对其均有治病记载。早期，即墨地热资源利用范围小，效率低。近年来，随着经济结构的调整，尤其是国家对小城镇建设的大力支持，温泉街道经济发展迅速，越来越需要培植新的经济增长点，作为经济发展的后续动力，地热资源亟待科学有序开发利用。1区域地热地质背景1 1地形地貌即墨区东部温泉街道在区域上属剥蚀丘陵区，东南部与崂山山脉的支脉相连，中部地势平坦，西部低洼少丘陵，呈东高、中平、西低的阶梯状地貌。1 2区域地质构造特征1 2 1区域地层区域隶属华北地层大区，鲁东地层分区。出露地层有中生代白垩系青山群和第四系松散堆积层等。1 2 2区域侵入岩区域内岩浆侵入活动较强烈，所形成的侵入岩主要分布于区域东部，以中生代燕山晚期侵入岩为主。1 2 3地质构造区域大地构造归属于华北板块胶辽隆起区，跨越胶莱盆地及胶南隆起 2 个三级构造单元。区域上主要以沿北北东北东走向展布的断裂为主，主要有沧口断裂、辛岛断裂、劈石口断裂和王哥庄断裂等。除个别断裂的局部地段外，区域内绝大部分断裂在第四纪晚期后未见其活动性(图 1)。图 1区域地址构造略图2区域深循环对流型热储特征及地热出露概况本区域呈现出深循环对流型的热储特征，热储埋藏深度一般较浅，有些甚至直接溢出地表。其主要储存于中生代花岗岩及早寒武纪变质长英质类岩石的带状裂隙中。各热储多为相对独立的热水构造单元系统，各热储单元间无明显的补、径、排关系1。相邻热储单元的水化学成分较为相似，但水温和化学组分呈现出一定的差异性。热储成因为大气降水由地表入渗，而后沿断裂、不同岩体接触带间的空隙下渗至温度较高的深部，受到围岩的加热作用后温度升高，沿上述通道上升至浅部，并贮存在渗透性较好的岩层中而形成。热储空间受断裂控制，水温在 55 88。热储空间形态分布不规则，在平面上呈带状或椭圆形展布，其长轴方向追溯控热断裂，前者走向与后者走向较为一致2。鲁东地区温泉包括即墨温泉均出露于两组断裂交汇处或不同岩体接触带。热储一般分布于沟谷、山间盆地及山前平原等地下水排泄区。热储的补给区则处于丘陵地带等地形地势较高处。热储构造断层受到新构造运动的作用而常常表现为张开状态，故为地下水的深循环提供了畅通的通道条件3。3地热形成机理分析多种地质条件的共同作用决定并控制了区域地热资源的形成，从大地构造上看，特定的、规模较大的地质构造背景为地热田的生成提供了前提和基础条件，以此为前提，加之地层岩性结构、地质构造，中、新生代岩浆侵入活动、地下水埋藏及水循环条件等因素的联合作用，共同决定了地下水资源的形成与发展4。3 1大地构造背景因素总体上，中国大陆岩石圈热态自东至西呈现由“热”向“冷”的转变。胶东半岛位于中国东部，位于欧亚板块和菲律宾板块俯冲带的西北侧，临近西太平洋弧后盆地区，地热状态与太平洋板块俯冲及弧后高热流值区域相关联，其地热性质为毗邻板块边缘高温地热系统的板内中低温地热系统。据地下水中的 SiO2的含量计算得出，胶东半岛地区温泉分布区硅热流值可高达 70 85 4 mW/m2。这充分说明了大地构造背景条件是温泉形成的先决条件和重中之重。3 2控热构造的空间分布鲁东地热露头点(温泉)主要分布在复背斜的轴部区域。背斜构造为上窄下宽的“屋脊型”，有利于地温流的横向迁移、折射和再分布，使地温流从背斜两翼向背斜轴方向汇聚，追溯背斜轴迹方向形成地热异常带6。3 3地热出露岩性根据地热流动传导理论，地表某一点的热流值与地下岩石的热导率 K 存在高度的联系。本区温泉主要露头在花岗岩等酸性岩体与围岩的侵入接触区。高热导率是温泉与酸性侵入岩体空间分布呈现相关性的主要原因。花岗岩的高导热系数有利于深部热流的传导和大气降水的渗透，使岩石中携带更多的热量。同时，花岗岩脆硬，节理发育。岩体中的裂隙具有较强的平直性和透水性，有利于大气降水的入渗和地热水的上升出露7。4温泉区域地热地质条件分析4 1沧口断裂构造特征通过分析以往地质资料可知，即墨温泉区域主要受北东向和另一条北西向断裂控制。沧口断裂贯穿全区。该断裂是牟平青岛断裂带的主要断裂之一，北起牟平以西，经崖子、竹关、元洪、胶州湾至灵山卫以西，全长 140 km。总体走向 45NE，倾角不一且较陡(图 2)。该断层发育历史悠久，活动性多样。根据断裂带内的断裂物质和上覆地层的年龄确定结果，断裂带最后一次活动发生在中更新世中晚期，距今约 27 万，晚更新世以来没有发生过地表断裂活动。41第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月在沧口公园区域，沧口断裂出露宽度可达 100 m，主剖面向西北倾斜，倾角为 75 85，断裂带内岩石呈强烈破碎状态，糜棱岩发育，可分为碎裂岩化带、碎裂岩带、糜棱岩带 3个带。沧口断裂是一条左旋压扭断裂，具有悠久的多期活动性历史。区内其他断层属于其次级断层。4 2形成地热的有利条件地热及地热田的形成必具有“源”“通”“盖”“储”四个基本条件。4 2 1热源与水源1)热源(1)构造运动与岩浆活动根据区域地质资料，本区地处华北板块南边缘，胶南文威造山带和胶莱坳陷的结合部。历经多期多方式构造运动。自中生代以来，受太平洋板块的俯冲作用影响，本区构造活动强烈，断裂发育，且呈多组交汇状态。同期本区岩浆活动剧烈，分布广泛，大量岩浆由上地幔上升，沿断裂带入侵到地壳上部，带来巨大的热量，加之中生代以后，该区处于长期隆起状态，地质体遭受剥蚀作用，一些隐伏的侵入体上升暴露于地表，也使深部热源更加接近地表，成为地热(温泉)的热量来源。因此，位于太平洋板块俯冲的前缘地带，直接接受高值地热流，是该区地热热源主要来源之一。(2)放射性元素衰变活动本区中生代巨烈岩浆活动，形成了大量的岩浆岩(如正长斑岩)，岩体中所含放射性元素在衰变过程中产生的热量也是本区地热的来源之一。2)水源区域地下热水主要赋存在火山岩类孔洞裂隙和岩浆岩类裂隙中，大气降水在基岩裸露区沿深大断裂运移，并进行深循环，在有利部位获得热量而升温形成地热水。大气降水为该区地热水主要来源。图 2温泉地热田 A A地热地质剖面4 2 2通道区域断裂以先张后压为特点，断裂破碎带较宽，挤压活动薄弱部位，受动力破碎和蚀变作用强烈，裂隙发育，为地下热水的储存和流通创造了优越的条件，是地下热水主要运移通道。4 2 3盖层在山地丘陵区边缘，断陷盆地和水系流域，存在有第四系陆相冲洪积层和残坡积物，这些物质结构松散，地温梯度高，保温性能好，和结构致密、裂隙不发育的顶部岩石一起，共同为热储的温度的保存创造了有利条件。4 2 4热储白垩系莱阳群、青山群陆相碎屑岩及火山岩类，岩性为灰绿色、灰黄色、紫色长石砂岩、粉砂岩、含砾砂岩，凝灰质砾岩及潜安山岩、潜流纹岩等，受构造及水蚀作用影响，形成诸多破碎带、裂隙带及孔洞，为地下水赋存提供了良好的场所，构成区域地热资源良好的热储。综上所述，该区局部具备形成地热的地质条件，东温泉村温泉的出露，揭示了该区域地热资源的存在。4 3温泉地热形成机制温泉街道附近地层为白垩系莱阳群陆相碎屑岩及侵入岩类，岩性为长石砂岩、粉砂岩、含砾砂岩及正长斑岩等，裂隙孔洞发育，为地热水的贮存提供了有利场所，构成地热田热储。在构造带上及附近地带，受构造及水蚀作用影响，局部岩石裂隙及孔洞发育，贯通好。地热田中部东温泉村南侧更新统全新统残坡积，岩性为灰黄色砂质粘土、砂砾石及淤泥质粉砂、粉砂质淤泥8，同顶部结构致密、裂隙不发育的莱阳群砂岩、正长斑岩一起，为地质体起到良好的保温作用。区域内新构造运动强烈，据钻孔揭露，侵入岩较多分布，埋藏较浅，深部岩浆温度传导及岩浆岩中放射性元素衰变产生的热，成为温泉地热田主要热源。区域内构造以断裂为主，其中北东向沧口温泉断裂(牟平即墨断裂带一部分)为本区规模最大的深大断裂，该断裂倾角陡，延伸长，形态平直，具压扭性质，是温泉形成的控制性断裂。北北西向荆疃水泊断裂，延伸也相对平直，具张扭性质，切割沿线正长斑岩、安山岩，说明该断裂切割深度大。该断裂在温泉出露处东北侧与北东向沧口一温泉断裂交汇，对温泉的形成起重要作用。上述二断裂切割深度大，延伸较长，断裂带内硬质脆性岩石破碎强烈，裂隙带影响范围宽，既沟通了地壳深部热源，又为地下热水储存和运移提供了良好的通道(图 3)。图 3温泉形成示意图综上所述，温泉处于低山盆地之中，具有良好的汇水条件。第四纪的粘质砂土和淤泥层，同顶部结构致密、裂隙不发育的莱阳群砂岩、正长斑岩一起，为地质体起到良好的保温作用。裂隙发育的莱阳群岩石及侵入岩构成热储，温泉沧口大断裂与荆疃水泊断裂的切割，勾通岩浆余热及放射性元素衰变活动产热等热源，同时为地下热水的运移提供了良好的通道。大气降水沿裂隙、构造破碎带及裸露岩层入渗，并进行深循环，参与深循环的地下水在其运移过程中，从地壳深部获得热量后，并通过与围岩接触，经溶解、水解、分子交替等作用，获得特殊的化学组分。在补排间静水压力作用下，沿断裂破碎带上升，在东温泉村村南低洼地带出露地表形成温泉(目前由于地热水大量开采，地下水位下降，温泉已不再自流)。5地热资源开发利用与保护地热是一种集热、矿、水于一体的资源，是在特定的地质、水文地质条件、地球化学条件下形成的。本区地热资源51第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月是地下水通过断裂，经深循环得到升温，主要沿断裂带及附近分布，补给条件差，途径远，迳流缓慢，再生能力弱。因此，地热水并非取之不尽，用之不竭，必须十分珍惜，对其进行科学的合理开发利用和有效保护，才能使地热这一宝贵资源持久地造福于人类。5 1地热资源开发利用历史与现状即墨区地热资源独具特色，为青岛地区唯一温泉产地。地热资源主要集中于温泉街道东温泉村一带。主要为医疗用水，矿化度达 10 809 g/L，是少见的矿化温泉，具较高医用保健价值。地热井水温一般 70 80，最高达 90，断裂带两侧水温降低，一般 60 70，再外向逐渐变为冷水，地热田可采量 1 87 亿 m3，资源总量 2 639 1015J，可利用资源量 1 847 1014J。2015 年热水开采量达 608 273 m3，液体矿产地热日产量 1 666 5 m3，热排放量 3 485 1011J/d，折合标煤 11 886 t/d。本区地热资源开发利用较早，最早始于 20 世纪 50 年代，但真正较大规模开发利用则在 2002 年以后。十多年以前，由于家庭式温泉洗浴店都有自己的水井，对温泉地热资源无序过度开采，造成温泉地热资源的浪费。当地主管部门为了科学有序开发温泉地热资源，根据国土资源部等十二部委关于进一步推进矿产资源开发整合工作的通知 及青岛市政府青岛市深化矿产资源开发整合实施方案，根据“政府主导、企业共赢、民众受益”的原则，通过资源整合，对温泉地热矿区内的 8 家企业的地热井及其设施进行资产收购，整合为 1 家采热企业，设立 1 个采矿权，关停了一些家庭式温泉洗浴店，成立专门的温泉地热开发公司，负责为当地大型温泉度假酒店供热，并核定用水指标。5 2地热水开发利用中存在的问题目前，温泉地热田开发利用地热水，仅限于供暖、洗浴医疗，对地热水的利用，仍停留在简单的、原始的模式。资源利用结构不合理，且利用率低，个别地方供热回水直接排放，对地热资源造成极大浪费。相当一部分浴池抽取 60 80 地热后，往往靠自然冷却，使温度降低到 50 以下，然后用于洗浴、理疗，造成热能浪费。因此，科学合理地开发利用地热资源，亟待提高其利用率和综合利用水平，加强地热资源梯次开发利用，坚持“梯级开发，综合利用”的原则，最大限度地发挥地热资源多种属性功能，以取得最佳资源利用效益。5 3地热资源保护(1)进行地热资源回灌试验勘查，探索其可行性温泉地热资源正式较大规模开发历史较短，近几年开采量急剧增加，地下水位不断下降，由 2000 年自流，现已达到地面以下 7 14 m。随着地热开发蓬勃兴起，且持续增温，地下水位还会继续下降。为保护地热资源，遏止或减缓水位下降势头，可进行地热资源回灌试验勘查，探索地热水回灌的可行性，通过回灌井将已开采利用的地热尾水再“送回”地下，使之与地质体重新融合，从而增加地热资源的存储量，即地热开发仅用其热，而不用其水或少用水，以实现地热资源可持续利用。由于温泉地热田热储为构造裂隙型热储，主要沿深大断裂带发育，具备良好的回灌条件。(2)加强地热资源保护，坚持效益与环境保护并重的原则。地热资源再生能力很弱，开发利用过程中应严格限制开采井数和开采量，严禁超强度掠夺式开采，造成地热井出水量减少，水温下降及水质恶化。在资源合理配置前提下，根据城镇性质和功能定位要求，优先发展有利于改善生态环境、提高人民生活质量的地热开发项目。地热资源保护，还包括控制地热井合理布局及热储保护，防止外来水污染热储，实现其可持续开发。回灌研究试验采用其它回灌水源的，回灌水中有毒有害污染物含量不得高于地热水中该物质含量，以保护地热水水质不受污染。(3)改进供采暖技术工艺，提高供热系统利用率。选择先进的新技术、新工艺，或对供采暖进行技术、工艺等方面的更新、改造，提高供热系统利用率，从而减少开采量，达到保护地热资源的目的。(4)政府部门加强管理。政府管理部门制定严格的地热井审批、取水制度，控制地热井布局、密度，控制地热水开采量，严防超采，避免无规划、无计划开发地热资源。6结语(1)地热能一直以“清洁能源”著称，它可以水热兼用，直接用于供热取暖、温水洗浴、温泉理疗、温池游泳、温室种植及养殖等诸方面，有着非常广阔的开发前景。地热能直接利用的技术性、可靠性、经济性以及环境的可接受性已经被世界各地的实际应用所证实。(2)即墨温泉地热田地热资源具有水质好、温度较高、储量较小、补给条件较差等特点，地热水主要用于供暖、洗浴、医疗保健等方面。在能源紧缺的今天，从根治环境污染的角度出发，大力开发地热资源，对于缓解能源紧张，减少大气污染，改善投资环境、促进招商引资和地方经济可持续发展，意义重大。开发利用地热资源可取得良好的经济效益、环境效益和社会效益。(3)地热的开发利用是一项系统工程，必须加强地热资源的梯级利用，避免造成大量资源浪费。严格地热井审批，控制地热井数量，制定地热井开发利用方案。严格按照国土资源主管部门审批后的开采方案和允许开采量进行开采利用，严禁超量开采。同时加强地热水的动态监测工作。对地热井压力、水温、水量及水质进行定期观测，并上报国土资源主管部门。(4)2005 年即墨市地热水资源管理规定 已明确规定，在开发利用地热水资源过程中，温泉地热水管理办公室应当及时进行回灌补源，防止资源枯竭和地面沉降、热污染等环境问题的发生。使这一珍贵资源长期造福人类，促进社会经济的可持续发展。参考文献 1崔煜烽，张杰，殷焘，等 鲁东地区地热资源分布规律及勘查定井方法探讨J 中国地质调查 2018 5(02):86 92 2徐军祥，刘桂仪，任书才 山东省地热资源及其开发利用的生态环境意义C 全国地热产业可持续发展学术研讨会论文集2005:81 87 3方宝明 山东省地热资源综合信息远景预测D 吉林大学2006 4付云霞，孙吉林，徐锐，等 即墨温泉地热区水文地球化学特征及成因机制J 海洋地质前沿 2021 37(09):25 35 5栾光忠，刘激 胶东温泉的地热属性与可持续开发对策J 长安大学学报(地球科学版)2003(03):71 75 6郑春波，张春志，徐冰，等 旧店金矿地热形成条件分析J 地下水 2009 31(05):124 126 7许传杰，张军，张玲，等 山东省干热岩地热资源潜力估算J山东国土资源 2021 37(10):44 50 8徐锐，董杰，曹立雪，等 山东即墨温泉资源开发利用与可开采水量评价J 地质学报 2019 93(S1):206 21161第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月