北京地區(qū)地?zé)崴纳鷳B(tài)利用

1北京地?zé)豳Y源現(xiàn)狀北京是中國政治經(jīng)濟(jì)文化交流中心。它是中國的五個城市之一，已有800多年的歷史。北京市的面積為16800km2,其中西、北部為山區(qū),面積10800km2,南、東部為平原區(qū),面積6000km2,是華北平原的最北端。北京具有豐富的中低溫地?zé)豳Y源,溫度范圍為38~89℃,主要熱儲層為薊縣系霧迷山組硅質(zhì)白云巖。地?zé)崴V化度多為500~700mg/L的重碳酸·硫酸-鈉型水,氟、偏硅酸含量較高,多數(shù)為氟、偏硅酸醫(yī)療熱礦水,并還含有一定量的其他微量元素,有一定醫(yī)療、保健、養(yǎng)生作用。北京地?zé)豳Y源勘查始于20世紀(jì)50年代中期。70年代初期,在著名地質(zhì)學(xué)家李四光先生的創(chuàng)導(dǎo)下,開始了平原區(qū)深部地?zé)豳Y源的勘查。自20世紀(jì)90年代末,地?zé)嶂苯永冒l(fā)展迅速,地?zé)峋當(dāng)?shù)量以20~30眼/年的速度增長。近年來,為了減少空氣污染,政府大力推廣包括地?zé)嵩趦?nèi)的清潔能源應(yīng)用,進(jìn)一步推進(jìn)了地?zé)衢_發(fā)利用。至2007年底,北京已有地?zé)峋?00眼以上,最大深度達(dá)到4000m以上。地?zé)衢_發(fā)主要用于地?zé)岵膳?、溫泉入戶、醫(yī)療保健、休閑娛樂、農(nóng)業(yè)溫室種植和養(yǎng)殖等方面,并已取得相當(dāng)大的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,隨著開發(fā)利用程度的提高,地?zé)豳Y源已日益為公眾所青睞?，F(xiàn)在很多的建筑項(xiàng)目中,都會考慮地?zé)岵膳皽厝丛〉取Ｔ诒本┑貐^(qū)深度3500m內(nèi)、熱儲溫度大于50℃的地區(qū)面積約2760km2,構(gòu)成相對獨(dú)立又有一定聯(lián)系的10個地?zé)崽?它們多是以區(qū)域性構(gòu)造斷裂為邊界(圖1)。最主要的幾個地?zé)崽锇?東南城區(qū)、小湯山、良鄉(xiāng)、天竺等。另外,北京地區(qū)還有一些地?zé)衢_采井分布于地?zé)崽镆酝?但是其熱水溫度與熱田內(nèi)同開采層深度的地?zé)峋啾纫偷枚?。北京地區(qū)的主要熱儲為薊縣系霧迷山組硅質(zhì)白云巖,開采地?zé)崴疁囟?8~89℃?，F(xiàn)有地?zé)峋s400眼,地?zé)崴_采量為7×106~9×106m3/年。由于地?zé)崴拈_采量大于熱儲系統(tǒng)的補(bǔ)給量,地下熱水位以1~2m/年的趨勢下降。因此,應(yīng)進(jìn)一步控制地?zé)衢_采和加強(qiáng)地?zé)崴毓喙ぷ?并加強(qiáng)熱儲的模型分析及監(jiān)測工作,建立主要熱儲的數(shù)值模型。2北京草地地質(zhì)勘探成果北京地區(qū)的地?zé)豳Y源勘查工作始于20世紀(jì)50年代初。50年代末的全市供水水文地質(zhì)勘查中,在城區(qū)西南30km遠(yuǎn)的良鄉(xiāng)的一眼70m深的熱水井被發(fā)現(xiàn),出水溫度為30℃。60年代,完成了全市平原區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)初步勘查。1971年,位于城區(qū)東北部的第一眼地?zé)衢_采井竣工。之后,大規(guī)模地?zé)岬刭|(zhì)勘查工作陸續(xù)展開。在過去的37年內(nèi),取得了諸多成果,包括:探明并圈定了10個地?zé)崽?施工了400多眼地?zé)衢_采井、回灌井及勘探井;查明在北京平原地區(qū),深度3500m內(nèi)、地溫大于50℃的地區(qū)面積約2760km2。北京地區(qū)的地?zé)峥辈楣ぷ骺煞譃?個階段:第一階段:1985年以前,主要由政府出資開展地?zé)峥辈楣ぷ?共有不到100眼地?zé)峥碧骄?所有的地?zé)峋鶠樘讲山Y(jié)合井。第二階段:1986~1995年,受經(jīng)濟(jì)體制改革影響,政府在地?zé)岬刭|(zhì)勘查方面的投入大幅減少,另一方面企事業(yè)單位進(jìn)行地?zé)峥辈橛窒喈?dāng)稀少,導(dǎo)致這一階段地?zé)峥辈楣ぷ鬟M(jìn)展緩慢,平均每年施工的地?zé)峋畠H有5~6眼(其中1991年僅有一眼地?zé)峋┕?。第三階段:1996年至今,政府幾乎停止對地?zé)峥辈榈耐度?但企事業(yè)單位出資開展的地?zé)峥辈榛顒哟蠓黾?地?zé)峋┕?shù)量逐年遞增,至1999年以后,每年新增地?zé)峋當(dāng)?shù)已達(dá)到20~35眼(表1)。3熱條件下的地質(zhì)條件3.1地層由新到老主要成分北京地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造格局表現(xiàn)為一系列平行斷裂為邊界定,相間排列的凹陷及隆起,整體構(gòu)造展布方向?yàn)镾W-NE向。這些斷裂與構(gòu)造走向一致,構(gòu)成了重要的地下水通道,也是主要的熱通道。另外,還發(fā)育有一系列NW-SE向斷裂。區(qū)域地層由新到老主要有:第四系(Q):松散沉積物。第三系(R):頁巖、泥巖和玄武巖。白堊系(K):泥巖、火山碎硝巖。侏羅系(J):安山巖、凝灰?guī)r及泥巖。二疊-三疊系(C-P):砂巖、頁巖。奧陶-寒武系(O-∈):白云巖、灰?guī)r。青白口系(Qn):頁巖、砂巖和泥灰?guī)r。薊縣系(Jx):鐵嶺組(Jxt),白云巖;洪水莊組(Jxh),頁巖;霧迷山組(Jxw),白云巖。長城系(Ch):砂巖、泥巖、頁巖、白云巖等。太古界密云群(Ar):變質(zhì)巖。第三系、白堊系及侏羅系構(gòu)成蓋層,多分布于凹陷部位,且厚度較大,而很少存在于隆起中,這對地?zé)岬男纬删哂兄匾饬x。奧陶系、寒武系、薊縣系白云巖、灰?guī)r中溶隙發(fā)育,滲透性好,是良好的地下冷水及熱水儲藏空間。3.2北京熱儲研究區(qū)北京地區(qū)最重要的熱儲是薊縣系白云巖熱儲,受長期構(gòu)造運(yùn)動影響,巖溶裂隙發(fā)育。如前所述,薊縣系可分為3組:①鐵嶺組白云巖,厚約350m;②洪水莊組頁巖,厚約80m;③霧迷山組白云巖,完整厚度超過2000m。在北京地區(qū),多數(shù)地?zé)峋_采薊縣系熱儲。另外,北京地區(qū)的熱儲還有寒武-奧陶系灰?guī)r及第三系砂巖。其中寒武-奧陶系灰?guī)r也是當(dāng)?shù)刂匾睦渌┧畬?僅在埋藏足夠深的情況下,才能構(gòu)成熱儲。第三系砂巖熱儲主要分布在北京南部。雖然第三系在北京地區(qū)的凹陷中分布廣泛,但在多數(shù)情況下滲透性很差,是熱儲的重要蓋層。3.3北京平原區(qū)地?zé)崽餆醿^程北京地區(qū)的熱儲類型是盆地沉積型,地?zé)釡囟扰c熱儲的埋藏深度關(guān)系密切。由于在隆起部位熱儲蓋層通常由第四系及下侏羅系組成,厚度較薄,熱儲溫度一般小于55℃;而在凹陷部位,蓋層通常包括第三系、白堊系及侏羅系,總厚度可超過3000m,熱儲溫度一般較高。另一方面,熱儲溫度主要受地質(zhì)構(gòu)造控制,某些裂隙、斷層延伸深度大,使地下熱水上涌,造成區(qū)域地?zé)岙惓！１本┑貐^(qū)的熱儲溫度一般為40~70℃,目前的最高取水溫度達(dá)到89℃。北京平原區(qū)地?zé)崽锏牡販靥荻入S蓋層厚度增加而遞減。當(dāng)蓋層厚度小于1000m時,平均地溫梯度可達(dá)到2.45~4.98℃/100m,當(dāng)蓋層厚度超過2500m時,地溫梯度僅有1.76~2.24℃/100m。而在山區(qū)邊緣,由于受到山區(qū)地下冷水的側(cè)向補(bǔ)給,地溫梯度可降至1.11℃/100m。4熱開發(fā)4.1地?zé)衢_采促進(jìn)了省歷史上北京最早的溫泉是用來洗浴和療養(yǎng),地?zé)岬拈_采始于1971年的第一眼地?zé)峋⒐ぶ?。后?地?zé)峋臄?shù)量及地?zé)崴_采量逐年增加。自1980年以后,地?zé)崴_采量急劇增大,至1985年已超過10×106m3/年,過量的開采造成熱儲壓力(水位)快速下降,危及到地?zé)豳Y源的可持續(xù)開采。1985年政府主管部門制定了嚴(yán)格的地?zé)衢_采控制措施,從而有效地控制了過量開采的趨勢(圖2),也減緩了地?zé)崴幌陆邓俣取＝刂?005年底,全市現(xiàn)有各類地?zé)峋?15眼,其中開采井161眼,回灌井13眼,觀測井12眼。目前正在運(yùn)行的地?zé)峋?24眼,開采量0.79×106~0.92×106m3/年,并且主要集中在小湯山地?zé)崽锖湍蠔|城區(qū)地?zé)崽?表2)。4.2年生時小湯山地?zé)崽镩_采量下降雖然開采量已得到嚴(yán)格的控制,但熱儲水位(水壓)仍呈下降趨勢。根據(jù)對1999~2005年所有地?zé)岜O(jiān)測井觀測數(shù)據(jù)分析,以良鄉(xiāng)地區(qū)熱水位下降最大,年平均下降2.36m,小湯山地區(qū)下降最小,年平均下降0.83m(這與近幾年加大回灌量有關(guān))。在小湯山地?zé)崽?有6個采暖系統(tǒng)的尾水通過6眼回灌井回灌到地下,回灌量達(dá)到1.7×106m3/年,接近地?zé)崽镩_采量的60%。受回灌的影響,至2006年,地?zé)崽镏斜O(jiān)測井的水位已停止下降。4.3南加河機(jī)場機(jī)械公共開發(fā)地?zé)崴?共建了獨(dú)立的地?zé)岵┯[園該市地?zé)衢_發(fā)主要用于地?zé)岵膳厝霊?、醫(yī)療保健、休閑娛樂、農(nóng)業(yè)溫室種植養(yǎng)殖等方面,據(jù)北京市2005年地?zé)衢_采統(tǒng)計,采暖占43.40%,居民生活占34.00%,農(nóng)業(yè)溫室占3.91%,行政事業(yè)占6.78%,商業(yè)旅店業(yè)占10.75%,洗浴業(yè)占1.16%。2005年全市實(shí)際開發(fā)單位91家,其中地?zé)岵膳瘑挝?0家,采暖面積約120萬m2,溫泉入戶小區(qū)68個、溫泉賓館33個、溫泉休閑娛樂中心13處、部門培訓(xùn)中心25個,農(nóng)業(yè)溫室14處共38萬m2、溫泉養(yǎng)殖15萬m2,地?zé)崴障丛∪藬?shù)約8.7萬人次。依據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,2005年全市開采地?zé)崴?72萬m3,取得的相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益約11億元,為首都城市地質(zhì)勘查、旅游服務(wù)等行業(yè)提供了從業(yè)崗位約2萬余個,為城市減少能源消耗折燃煤8.58萬t,減少CO2排放量20.47萬t,煤碴外運(yùn)量約1.287萬t,同時為相關(guān)城鎮(zhèn)提供了環(huán)境用水近600萬m3。在良鄉(xiāng)地?zé)崽锝⒌哪蠈m地?zé)岵┯[園,是一個地?zé)崽菁壚檬痉俄?xiàng)目。2000年10月28日園內(nèi)第一眼地?zé)峋晒﹂_發(fā),井深2950m,出水溫度72℃。首先將高溫水用于冬季取暖,處理后的中溫水用于賓館、娛樂城、溫泉水世界和村民家庭康樂健身、游泳和洗浴,低溫水再經(jīng)過處理用于特種水產(chǎn)養(yǎng)殖和垂釣,最后用于農(nóng)業(yè)園區(qū)的灌溉。園內(nèi)的地?zé)嵴褂[廳于2002年投入使用。另外,2006年施工完成了一眼地?zé)峄毓嗑?將用來進(jìn)行熱水回灌?，F(xiàn)在,這個示范項(xiàng)目已成為北京重要的旅游景點(diǎn)。5北京地區(qū)地?zé)豳Y源現(xiàn)狀(1)北京地區(qū)熱儲的埋藏深度較大,并且與前第四系地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。而目前對深部地質(zhì)條件的研究還較少,有些鉆井項(xiàng)目在預(yù)期深度沒有到達(dá)熱儲層,或根本不能鉆遇熱儲,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造及其他基礎(chǔ)地質(zhì)研究,避免類似事件再次發(fā)生。(2)由于地?zé)崴嬖趯θ梭w健康有益的成分,溫泉水洗浴是以往北京非常重要的地?zé)崂梅绞街?。但是溫泉入戶的成本往往相?dāng)高昂,主要因?yàn)橄丛∷臏囟纫话爿^低,溫度保持較困難,另外輸水管線造成的熱損失也非常大。(3)很多地?zé)崽锼荒壳叭猿食掷m(xù)下降趨勢,主要是由于地?zé)崽锏拈_采量大于其補(bǔ)給量,地?zé)峄毓?/p>