現象描述
地熱是來自地球內部核裂變產生的一種能量資源。地球上火山噴出的熔岩溫度高達1200℃～1300℃，天然溫泉的溫度大多在60 ℃以上，有的甚至高達100 ℃～140 ℃。這說明地球是一個龐大的熱庫，蘊藏著巨大的熱能。這種熱量滲出地表，於是就有了地熱。地熱能是一種清潔能源，是可再生能源，其開發前景十分廣闊。
地熱資源一般按熱儲介質、構造成因、水熱傳輸方式可劃分成不同的類型。按熱儲介質，可分為孔隙型地熱資源、裂隙型地熱資源和岩溶裂隙型地熱資源；按構造成因，可分為沉積盆地型地熱資源和隆起山地型地熱資源；按熱傳輸方式，可分為傳導型地熱資源和對流型地熱資源。地熱資源按溫度分級，可分為高溫地熱資源（溫度≥150℃）、中溫地熱資源（溫度<150℃且≥90℃）和低溫地熱資源（溫度<90℃）三級。按構造成因，可將中國的地熱資源分為沉積盆地型地熱資源和隆起山地型地熱資源兩大類型。另外，按熱源和構造等綜合條件，又可將隆起山地型地熱資源細劃為火山型、非火山型和深循型 3類；按盆地的構造性質，又可將盆地型地熱資源細分為斷陷盆地型和坳陷盆地型兩大類。
城市地熱田特徵
大地熱流與地溫梯度和地表溫度可以推算出地下一定深度範圍的熱儲層溫度條件，一般來說，構造活動越強烈或構造-熱事件年齡越小的地區，大地熱流值越高；構造穩定的古老塊體大地熱流值較低。根據收集的全國大地熱流值（921 個），中國大地熱值分布很不均勻，總體上藏南地區、台西盆地以及廈門地區永泰與南靖盆地最高，平均值為 100～150m W/m2，個別地區高達 304 m W/m2；其次為藏北羊湖盆地、羌湖盆地，中部鄂爾多斯盆地、四川盆地，南方沿海盆地，東部的華北南部、松遼盆地北部、蘇北、渤海灣盆地以及北部的海爾盆地，平均值在 55～80m W/m2；新疆的塔里木盆地、準噶爾盆地、四川盆地北部以及松遼盆地北部與三江盆地等，其平均值為30～50 m W/m2，為冷盆。中國沉積盆地平均地溫梯度在 1.5～4.0℃/m，平均值約為 3.2℃/m。 地溫梯度由地核熱變和地層介質熱導率控制。地溫梯度與大地熱流相比，其受該地區的大地構造影響，同時也與地層岩性及其結構密切相關，導致地溫梯度與大地熱流呈現不同規律。沉積盆地地溫梯度最高值主要分布在雲南騰衝、北部灣盆地、廈門與汕頭、華北平原（南部）大部分地區、渤海最南端與天津地區海拉爾盆地、柴達木盆地西邊與松遼盆地，其值在 3.0～4.0℃/m，大概占全國沉積盆地面積的 1/10。 大部分沉積盆地梯度分布在2.0～3.0℃/m，其餘低於 2.0℃/m，其主要分布在塔里木盆地、準噶爾盆地部分地區與四川盆地西北地區。
城市地熱田利用模式
地熱供暖
地熱能供暖包括地熱井供暖和地源熱泵兩種方式，無論是哪一種方式，都是利用中淺層的地熱資源，為建築物提供可以長期利用的熱量或冷量。地熱能供暖不會像化石能源那樣帶來碳排放導致的環境污染，也不會像一般的空氣源熱泵一樣將多餘的熱量排出室外從而導致熱島效應，是十分清潔的綠色能源，此外，地熱能供暖不需要轉化為電能再供暖，這是非常節能的，地熱能供暖比其他同類的供暖方式的能效利用率更高，十分經濟實惠。鑒於地熱能供暖的種種優勢，它成為了地熱能在未來的主流利用模式之一，目前全球乃至中國的很多大型公共建築以及企業、學校等，都採用地熱能供暖。而隨著地熱能市場的進一步發展，地熱能供暖也逐漸走入城市房地產領域，為居民住宅提供區域集中供暖，使這種清潔、高效、廉價的能源變成日常不可或缺的經濟生活能量來源。
地熱發電
地熱能是有條件的可再生能源，如果熱量提取速度不超過補充的速度，那么地熱能就是可再生的。作為一種分布廣泛的可再生清潔能源，地熱能發電的開發具有十分重要的意義。在未來，它不僅是化石能源的關鍵替代品之一，也是與其他能源配合進行綜合套用的重要新能源。地熱能發電主要是利用地下熱能產生的蒸汽進行發電，此過程中不會產生任何的碳排放，此外，地熱發電，使受局限的地熱能直接利用轉化為電能形式，提升了地熱能的品位，可以擺脫距離傳輸的制約，使地熱電能能被供應給更廣泛的地區。類開發地熱發電已經有兩百年的歷史了，而中國開發地熱發電也有三十多年了。儘管中國目前的地熱發電還在探索中，但隨著全球地熱發電的技術和行業發展，中國的地熱發電也會在世界地熱發電的整體格局中占據可觀的比例，中國地域廣闊、技術進步快、市場需求大，政策上也給予鼓勵和支持，地熱發電在中國的發展具有充足的先天優勢和豐厚的後天條件。
地熱農業
地熱農業也是對地熱資源進行梯級利用的重要板塊之一。作為淺層地熱能的主流利用模式之一，中國的地熱農業起步並不晚，在地熱能開發之初九建立了種、養殖多業多學科的綜合利用示範基地，地熱農業本身就可以綜合利用，地熱農業溫室、農業灌溉、地熱養殖、孵化、農產品加工等各種農業環節和方面都可以結合起來，致力於地熱大農業建設，將農業工程技術與地熱資源優勢結合起來，達到地熱能源的充分利用。在地熱能地產的綜合熱能規劃中，地熱農業也是現今地熱能利用的重要模式，在整體的地熱開發利用項目中，處於梯級中的一環，提高地熱能的能效利用，同時增加農產品收入，形成高效、環保的地熱農業工程。
城市地熱田發展歷程
20世紀70年代
20世紀70年代初葉,我國卓越科學家李四光教授面對當時因石油危機而出現的世界性能源短缺局面,對地熱開發利用提出了許多著名論斷,並對北京、天津等城市的地熱工作發表了極為重要的指導性意見(李四光,1卯2)。李老把地熱開發利用視為“人類歷史上開闢的一個新能源”,“就像人類發現煤炭、石油可以嫩燒一樣”,“我們一定要打開(地球)這個龐大無比的熱庫,讓它為人民所利用”。同時指出“我國分布有大量的中、低溫地下熱水”,要“在工農業各方面廣泛加以利用”,充分肯定了天津在地熱開發利用方面作出的成績,指出“天津的工作有開闢道路的意義”。對北京的地熱工作,李老根據他創立的構造體系的學說指出:“北京看來是大有作為的。”“北京與天津相距不遠,在一個構造體系之中,地質特點很相似。”“北京(城內),我相信一定能打出熱水來。”“北京西郊也是有可能的,溫泉、小湯山暴露出來不是孤立的。”等等。李老的這些論斷和預見,在30年的實踐過程中,都一一獲得了驗證。目前,天津地熱採暖面積已達860萬m2,約占全國面積的80%以上,名列全國之冠,使天津成為名副其實的“地熱城”。北京城區地熱田經過70年代初期的普查階段,地熱田面積為30km2平;以後經過詳查和勘探階段,至1982年,地熱田面積擴大到100km2。過去認為靠近補給區的北京城區的西部,最近也打出了地下熱水。30年的實踐表明,天津和北京的地熱開發始終走在全國的前列,真正起到了“開闢道路”的作用。70年代中後期至80年代初,地礦部各部門先後完成我國大部分地區1:20萬的區域水文地質普查,編制出版了中華人民共和國水文地質圖集,同時完成了部分省、市、自治區地熱地質區劃以及北京、天津、西安、昆明、福州等城市地熱地質勘查與評價,取得大量成果。
20世紀80年代
80年代,地礦部門繼續投人大量資金對一批地熱田進行勘探。1982年,我國和聯合國開發計畫署、聯合國技術合作發展部簽署了對北京地熱資源技術評價與開發進行技術援助項目契約。這是我國城市地熱第一次獲得的國際援助。通過項目的實施,提出了北京地塹熱結構模型,對北京地熱田的形成、評價和開發起到了很好的指導作用,並通過設備引進、專家諮詢、培訓和考察等活動,為北京地熱工作的深人開展打下了良好基礎。天津於1982一1986年在王蘭莊地熱田開展地熱勘查,除由國家投人外,還獲得聯合國和義大利政府的援助。山嶺子地熱田於1986一1卯1年進行勘查。天津在這一時期,已開始在市區為房地產商打地熱井(高維勤,1望拜)。此外,我國在北京的小湯山和李遂、重慶江北的統景、四川的峨眉、河北的雄縣、霸州、任丘、滄州和固安、河南的鄭州以及福建的福州、漳州等重點地區,開展地熱勘探與評價。據不完全統計,截至80年代末,按國家計畫完成勘查和評價的地熱田近50處,為我國地熱能開發利用提供了一大批後備基地。此外,國家科委和國家計委還於“六五”和“七五”領導和組織了地學基礎研究、地熱攻關項目和建立綜合利用示範工程,對在地熱學基礎理論、資源評價以及開發利用技術等方面進行了研究,取得明顯進展。王鈞、黃尚瑤、黃歌山、汪集腸(19叭))結合國家“六五”重點項目,出版了《中國地溫分布的基本特徵》一書和小比例尺101)m、2X(X)m及3儀叉)m深地溫分布圖及地溫梯度圖,揭示了盆地深部地熱資源潛力及其開發前景。此外,黃尚瑤、馬大樂、劉特音(1卯3)結合完成地礦部“八五”重要基礎項目研究,編著出版了l(冶以)萬中國溫泉分布圖》和說明書《中國溫泉資源》,這是在系統總結全國地熱普查、勘探和科研成果的基礎上完成的,展示了我國溫泉資源潛力及其開發利用前景。在我國已調查的溫泉中,有不少溫泉就分布在城區內,如福州溫泉、漳州溫泉、英山溫泉、康定溫泉、威海溫泉等;有的溫泉距城不遠,相距僅有數公里,或一二十餘公里,如新疆烏魯木齊市的水磨溝溫泉、洛陽的龍門溫泉、重慶的南溫泉、南京的湯山溫泉、河南的臨汝溫泉、湖北的鹹寧溫泉以及雲南騰衝熱海的沸泉群、台灣台北大屯火山區的“地熱谷”等,數不勝數。
20世紀90年代
這一時期的特點是國家除對局部地區地熱勘查項目提供少量經費外,大大減少了對地熱勘查開發的投人,我國城市地熱開發開始沿著產業化、市場化的道路發展。隨著城市化進程的加快和房地產業的發展以及人民生活水平的提高,城市地熱開發的市場大大拓寬了,地熱開發利用取得的顯著效益,不斷吸引著國內外眾多的商家,投資的渠道增多了,地熱利用的功能更加多樣化了,用戶也隨之增多,使城市地熱開發取得很大進展。鄭克樓等人(2X()l)以北京市城區地熱田為例,概括了自1970年以來地熱開發的投人從計畫經濟轉向市場經濟發生的變化,充分肯定了商業地熱給我國地熱開發利用帶來的新機遇和所創造的高效益,並列舉了小湯山溫泉區九華山莊年創億元收人的新高和北京城區北部某房地產商投人不足千萬元在不到一年的時間內就獲得了近億元的高回報等實例,對投資商來說,具有很大的吸引力,表明我國城市地熱開發工作今後繼續沿產業化、市場化的道路走下去,路子確實會越走越寬廣,其前景將是十分可觀的。
城市地熱田發展實例
北京市
北京市是世界上少數幾個國家擁有地熱資源的首都之一。早在20世紀70年代初期,北京市地質局水文地質工程地質大隊在城區開展地熱普查勘探工作,陸續打成一批熱水井,水量豐富,水溫介於35一73℃(北京地熱管理處,1卯1)。經過30年發展進程,北京市的地熱勘探開發工作已取得突破性進展。北京城區地熱田自1971年在氧氣廠打成第一口生產井以來,地熱田的面積已由初期的30kn產擴大到悶儀)如產。不僅早期發現的老地熱田擴展了,而且相繼發現不少新的地熱田。近30年中,地熱田數量已由開發初期的幾處發展到10餘處。近年來,在北京城南、城北、城西北以及城西地區,先後打成一批地熱井。地熱井的深度以往多為數百米至1戊0多米,現多數為2《X刃~3X(刃m,最大井深已達3以X)m;熱水溫度已由以往最高水溫70℃增加到88℃。此外,北京地熱井數量增加的速度也是可觀的,據《北京市地質礦產志》(2X()1),到19%年底,北京地熱井總數為136眼(正常運轉92眼),年總開採量約為850萬襯;另據陳建平(2X(X)),截至19卯年底,全市地熱井總數已過2咤】〕眼。2以犯年北京市國土資源局和房屋管理局的最新統計結果表明,北京地熱井總數已超過25()眼,在6年中大約增加了120眼,年均增加近20眼。目前,北京地區地下熱水主要利用於地熱採暖、熱供水、沐浴、醫療、康復、旅遊、休閒娛樂、溫室種植、水產養殖等目的,效益顯著(北京地熱管理處,1卯;1劉延忠、謝桂寅,1卯5)。北京八達嶺溫泉度假村現已建成為集旅遊、觀光、度假、健身和療養為一體的現代化溫泉休閒中心,據開業2.5年統計,營業收人達5盯9.6萬元。小湯山地熱溫室種植國內外名貴蔬菜印多種,年產值達150萬元。昌平縣養殖水面201畝,年產魚30萬公斤。據統計,北京市用於沐浴的地熱井數已占全市地熱井總數的70%,對改善大氣質量、提高人民健康水平起到了積極作用。近年來,在南宮村籌建北京世界地熱博覽園及我國第一個地熱科普園地已初見成效。
西安市
西安市在1盯2年就打成第一口地熱井,井深約為1以X)m,井口水溫為研℃(徐繼剛、梁元申,1984)。90年代以來,西安市地熱開發工作進展迅速。據西安市礦產資源管理局(2X(犯),在該市城區腸7k衛n平範圍25(X)m以淺深度內,共探明地熱水儲量5.37億時。熱井72眼,最大開採深度達粼刃sm,最高水溫為n3℃,單井最大湧水量達268襯/h,年采地熱水達2X(X)萬襯。西安市地下熱水已用於採暖、洗浴、醫療以及養殖、種植等方面,部分改善了西安市的大氣質量及旅遊和投資環境。
昆明市
1971年,雲南省地質礦產局第一水文地質工程地質隊開始在昆明市進行地熱普查。1975年第一口地熱井成井;至1988年底,水溫在25℃以上的熱水井總數達58口,熱水的年開採總量達6即萬襯。近年來,熱水開採井數量已增至150眼,地熱井的深度多介於1儀拭)一1,漢)m,最大井深達2500m。已經探查的地熱田面積達672.84kmZ(郭勇,1998)。昆明地熱田熱水的溫度多介於42一麟℃,最高溫度達73℃。地下熱水主要利用於沐浴、生活熱供水、康復、療養等目的。地熱尾水的水溫為29℃,已用於水產養殖。
天津市
天津市早在1936年就打成了第一口地熱井。多年來地熱勘查成果表明,天津市地域面積的73%都有地熱資源分布,所采熱水最高溫度達98℃。天津地區根據大於3.5℃/100m的地溫梯度值已圈出10個地熱異常區,其總面積近3000km2(侯福志,2002),其中王蘭莊地熱異常區達640km2,萬家碼頭和山嶺子地熱異常區分別為235km2及315km2(李春華,1998)。
據統計,天津市水溫在40℃以上的地熱井總數為230口;地下熱水的年開採總量已過2500萬m3(侯福志,2002),居全國首位。
據李春華(1998),天津地熱資源在70一80年代開發初期,多用於紡織、印染和洗滌等工藝流程,近年來,已發展到地熱採暖、溫室種植、水產養殖、康復、醫療、旅遊、休閒、娛樂、飲用礦泉水等方面,形成多目的綜合利用系統,取得顯著的社會、經濟和環境效益。據大氣檢測結果,天津市空氣中的微粒沉澱、二氧化碳、二氧化硫等污染類型每年分別減少1000t、44400t及750t,表明利用地熱清潔能源,不僅節約了傳統能源,而且,明顯改善了環境,提高了人民的生活質量和健康水平。
