地熱水源開墾的環保缺陷探析范文

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作者：劉波彭鳳單位：湖北省地質環境總站孝感站

20世紀湖北省水文地質大隊、湖北省地質環境總站對湖北省許多地方的地熱水水質進行了調查和監測，積累了大量的科學數據。如鄂東北地區羅田三里畈、湯河、許家沖等地熱水資源，水溫38～75℃，屬于中、低溫型。其化學類型大多屬于SO2－4-Na+-Ca2+型。SO2－4含量為210．42～913．05mg/L，Na+含量143．35～264．00mg/L，Ca2+含量為69．84～212．30mg/L，pH呈弱堿性。該地區地熱水的水質特征(表1)，一是礦化度較高，一般在772．37～1115mg/L，為一般地下水的3～13倍;二是氟含量較高，約為1．6～8．0mg/L，一般高于或部分高于中國農田灌溉及漁業水質標準。另外，地熱水中還常常含有重金屬和某些有害元素(如Cd、Hg等)以及各種無機鹽類。這些鹽類所形成的離子溶液具有較高的電導率，如三里畈地熱水電導率可達0．95×104μS/cm，是強電解質。

地熱水資源開發利用現狀

地熱作為綠色能源，在湖北省已得到不同程度的開發利用，取得了較好的經濟和社會效益。省內赤壁、咸寧、英山、羅田、應城、保康、京山等縣(市)地熱資源勘查、開發利用程度較高，利用地熱開發水產養殖、采暖、溫泉洗浴、醫療保健、體育娛樂等項目。如英山縣依托地熱資源已形成了一定產業規模，不僅將地熱資源廣泛應用于工業、農業、醫療保健、體育、居民生活，而且組建了英山縣地熱公司，建立了4個地熱泵站，將地熱水加壓用管道引進家庭，使3000多戶居民，約10000人受益，成為英山縣經濟中獨具特色的新型產業。應城湯池溫泉2004年成立了湯池溫泉旅游有限責任公司，打造國家4A級景區，一期投入1．5億元，二期投入6億元，2006年應城市人民政府組織申報湯池溫泉為全國溫泉開發利用示范區。咸寧市所轄四縣一市一區地熱資源豐富，勘探、開發利用地熱資源招商引資將成為該市新的經濟增長點，咸寧市已成功申報國家級“溫泉之鄉”。

地熱水資源開發可能引起的環境地質問題分析

1地震

湖北省地熱資源的分布一般均與斷裂構造有關，如鄂東北區變質巖斷裂帶脈狀裂隙地熱水帶，鄂東南下古生界碳酸鹽巖斷裂帶巖溶裂隙地下熱水帶，鄂西北房縣、保康一帶區域性活動性斷裂帶中地熱水帶，地熱水直接賦存于斷裂帶內。地熱水是地球殼體的重要組成部分，具有緩沖地基巖石板塊應力的作用，并承受和分散地表壓力。在山脈地區和城市高層建筑密集區域，地表壓力尤為巨大，因此該區域的地下熱水資源受破壞程度，將直接威脅到該類地帶的地理穩定性。地下熱水在被人類強行鉆透深部巖層采集抽吸后，因自然降水難以進入地下熱水庫存，不能被循環補充。當地熱水體被過量開采后，不可避免地產生巖層內及巖層下的水體空缺，導致大地的穩定性受到破壞，這將可能誘發地震。

2地面沉降

引發地面沉降的原因有自然和人為因素2種，自然因素包括構造和軟弱土層自然沉降，人為因素包括開采地下水等。而過量開采地下水是引起地面沉降的主要原因，地面沉降伴隨地下水開采而發生，隨地下水開采量的增加而發展擴大，隨開采量的減少而減緩，地面沉降范圍與地下水位下降漏斗基本一致。在正常固結地層中，地層內應力處于平衡狀態，不會產生地面沉降，但如果抽水引起水位下降，則破壞了地層內的應力平衡，地層內孔隙水壓力降低，有效應力增加，將出現壓縮變形，引起地面沉降。由于地面沉降往往是一個漫長的過程，一般不易覺察，在湖北開采地熱水引起地面沉降問題由于沒有地面沉降檢測，目前尚不能掌握由于開采地熱水所引起的地面沉降數據。據李曉華、馬弛等2009年對天津市地熱水開采量和地面沉降的監測資料的計算分析，開采館陶組熱儲層熱水在目前開采量350萬～450萬m3/年時，引起的地面沉降量約5～6mm/年。該省雖尚未有對開采地熱水引起地面沉降的相關分析數據，但是地面塌陷是地面沉降的極端表現，由過量開采地熱水引起的地面塌陷的實例該省已有先例，如應城湯池地熱田地下熱水的開采，1971年—2004年間由于多年的無序開采，總開采量超過8000m3/d，小型的地面塌陷和路面沉降時有發生，2004年后規范開采，日開采量控制在6000m3/d，經過5年的開采驗證，地面塌陷未再有發生。

3地熱水資源衰竭

地熱水補給源遠，循環周期長，如通過D和18O同位素檢測，鄂東北地區的羅田縣三里畈地熱田、湯河地熱田、英山湯堰畈地熱田等從大氣降水補給到排泄的徑流時間在40～60年以上，鄂東南的咸寧溫泉地熱田地下熱水從補給至排泄需經歷50年或更長的時間，因此地熱水資源不是一種可大量再生的資源。對其大量開采，必將引起地熱水資源的衰減。如湖北省湯池地熱田2004年以前，由于多年的無序開采，地下水開采量不斷增加，而地下水的補給源相對減少，冷水大量混入，第一階段1971年以前，有熱水井3口，年總開采量1000m3/d，全區泉流量2067m3/d，檢測孔水位高出地表1．99m左右，水溫64℃左右;第二階段1971—1981年，熱水生產井增加到10口，總開采量8000～9000m3/d，高峰期達11000m3/d，地熱田的檢測中心水位降至24m左右，水溫下降至61．5℃;第三階段1981年—2004年，在0．5km2范圍內就有熱水井18口，13口生產井中，每天取水量13100m3/d，高峰時漏斗中心水位迅速下降至40～45m，平均水溫降至59℃。從亂開亂采的1971—2004年35年間，地下水檢測中心從當水頭由原來的地面以上1．99m，下降到2004年的地面以下40～45m，水溫從64℃下降至59℃，水位平均下降速率約1．20～1．34m/年，水溫平均下降速率0．14℃/年。

4有害成分污染

地熱水形成于高溫、深循環的深部巖層中，往往具有特殊的化學成分和高礦化度，未經處理長期排放，必將帶來地下水和土壤的化學污染。世界各地及中國一些地方的地熱水開發利用中，已經發生了地下水和土壤污染。在湖北省鄂東北地區地熱水多數具有較高的礦化度、Cl－、SO2－4、F－，部分地熱水中存在含量較高的Cu、Fe以及其他成分，不適合直接用于飲用、農田灌溉和漁業養殖，如直接排放，必將對環境造成污染，進而影響到人們的身體健康。有分析認為地表水受地熱水污染的影響和程度在中國南、北方地區的情況不完全一樣。南方地區雨水多，河水流量大，有限的地熱水排入后，經過河水稀釋，影響不顯著，水質仍可以達到農田灌溉的水質標準。而在北方地區，地表水季節變化大，特別是冬季地熱水開采量和排放量相應增加，而地表徑流減小，必然會造成局地地表水質惡化。有研究者在對地熱開采井附近進行監測發現，地熱開采井附近地下水的氟含量和礦化度都有上升的趨勢。通過對湖北應城湯池地熱田地熱水排放對淺層地下水水質影響的研究，地熱開發利用地區地下水的礦化度和氟含量有不同程度的升高，一般為對照點的5倍以上。由表2可知，地下水中總固體(或以含鹽量表示)和氟化物等的含量超出飲用水標準，預計隨著開采時間的延續和開采量的增加，地熱水排放對淺層地下水水質的影響必然會更加嚴重。

5熱污染

目前湖北省許多地區地下熱水的熱能利用率很低，特別是利用地熱水開發為療養、沐浴的地方，排放的尾水溫度較高，如果未經利用和處理而長期排放，其余熱將給周邊環境造成熱污染。如羅田三里畈地熱田、湯河地熱田等地尾水溫度高達40℃，尾水中熱量的釋放使局部地區的空氣和水體溫度升高，改變了生態環境，易影響作物的生長。特別在夏季，余熱將給居民生活帶來不利，如排放熱水的下水道中蚊、蠅、蟲長年聚居，影響附近居民的生活，甚至以這些害蟲為媒體傳染各種疾病。較高的地熱水排放到農田，也將對農作物造成影響，根據國家農田灌溉水標準，超過35℃的水即不宜進行灌溉。

地熱水開發利用地質環境保護對策

地熱水資源的大量開發可能導致的地震、地面沉降、地熱水資源衰減、有害成分污染、熱污染等地質環境問題，應引起社會各界的高度重視，應合理開發利用和保護地熱水資源，保障地熱水資源的健康可持續利用。為了保護地熱資源和環境，必須統一部署，統一規劃，綜合管理，建立地熱田開采動態的監測系統和尾水回灌系統。具體措施如下:一是湖北省需制定完善地熱水資源管理辦法，為省地質礦產行政主管部門對地熱水資源的統一管理提供依據;二是對該省地熱水資源的勘察、開發，應堅持統一規劃;三是對地熱水資源采取綜合開發利用，提高地熱水資源利用技術和利用水平，減少環境污染;四是建立全省地熱水資源監測系統;五是地熱水資源開發利用需要建立科學、合理的尾水回灌系統;六是為確保地熱資源的綜合利用，盡可能降低尾水的排放溫度;七是要提高地熱水資源開發利用的環保意識，地熱水資源開發利用前應進行環境影響評價工作，并制定地熱水廢水達標排放標準及措施。