阐述地热北京市地热资源开发利用与远景

摘要：文章简要追溯了北京市地热资源勘查开发的历史。详细叙述了北京地区深层地热资源开发利用的现状，分析了热储层主要为蓟县系雾迷山组和铁岭组以及奥陶系地层，热储层的顶板温度一般在25～80℃之间，地温梯度在2～2.5℃/100m之间的地区，北京市平原区分布范围较广；根据掌握的资料将北京市平原区（包括延庆盆地）具备地热开发利用条件的地区分为十个地热田及远景区；通过对地热田内的监测井的水位动态观测及开采量的统计看出，热储压力（水位）的变化主要受开采量的影响；北京市平原区受地质构造影响地热水产生了几个不同的补、径、排体系，地热水在运移过程中其各阴阳离子的组份含量发生着变化，从而使水化学类型发生了过渡性的变化。北京地区储层顶板埋深4000m以浅2578.38km2面积内的地热资源量为70130.44×1012 KJ，资源量、静储量及可开采量较为可观，开发利用潜力较大，每年可开采地热水约7775.15万m3，最后，对未来北京市地热资源开发提出了远景分析，并给出了开发利用的建议。
关键词：地热资源；地热田；热储层；地温场；地温梯度；地热资源量
序言：
1956年，我国地质人员在苏联专家的指导下圈定了不足1km2的温度较高的中心区及6km2的温度较低的区，提交了《昌平县小汤山热矿泉水文地质勘测总结报告》，标志着我国地热勘勘查工作的开始。到了1970年，李四光倡导地热开发，“将地热把开采热水与采煤、石油放在同等地位”。1971年在没有温泉露头的条件下，首先在氧气厂和天坛公园打出了地下热水，取得了成功，之后不断扩大成果，至1978年打成地热井27眼，并先后提交了《北京市区热矿水水文地质勘探年度研究报告》、《北京市东南城区地下热矿水水文地质勘察总结报告》等。特别是1997年之后，由于城市经济的发展和对环境质量要求的提高，以及勘探技术水平的进步，北京地区地热资源开发进入一个新的阶段，地热井数量快速增加。2006年，我国颁布《可再生能源法》。2010年，《地热资源地质勘查规范》GB/T11615-2010进行了修订。2013年，国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部联合发布了《关于促进地热能开发利用的指导意见》，相信地热能作为一种无污染绿色能源必将在二氧化碳减排、打造天蓝、水绿、山青的人居环境中发挥愈来愈重要的作用。

1、北京地区开发利用状况

经调查统计分析，截止2011年底，北京市已实施地热钻井480眼，主要分布于东南城区、小汤山和良乡地热田。最大深度已超过4000m。最高地热井出口温度117℃。其中在用井185眼，占总数的43.8%；待用井203个，占总数的48.1%；回灌井19个,占总数的4.5%；观测井15个，占总数的3.6%。自1971年以来，全市地热水开采量经历过由快速增长至稳定开采的变化过程。
据2009-2011年的统计，全市地热水开采量变化在715～937万m3/a之间，三年平均开采850.67万m3。在各地热田中，又以小汤山地热田开采量最大，三年来年平均开采量为302.26万m3/a，占全市总量的35.53%，其次是东南城区地

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热田，年平均开采量为243.28万m3/a，占全市总量的28.6%，这两个地热田的开采量占全市开采总量的60%以上，开采量达到100万m3/a以上的还包括京西北地热田，其余地热田的开采量都在100万m3/a以下，小汤山地热田的回灌规模最大，每年的回灌量占全市回灌量的近50%，其次是东南城区、延庆和京西北地热田。
据统计，2011年全市地热水开采量937万m3中,地热采暖开采量约406万m3,占43.4%；居民生活用量约318万m3,占34%；商业旅店业用量约100万m3,占10.75%，行政事业用量约63万m3,占6.78%，农业温室用量约37万m3,占3.91%，休闲娱乐用量约11万m3，占1.16%，与温室种植（主要在小汤山地区）及其他用量约140万m3,占18.24%。

2、地热地质条件

2.1热储层分布及热储盖层

（1）蓟县系热储
蓟县系热储层包括铁岭组和雾迷山组，两者之间被一套厚度80m左右的洪水庄组隔热保温层分开。铁岭组在洪水庄组地层之上，厚度一般为350m左右，岩性主要为白云岩、灰质白云岩与泥晶白云岩。研究区内大部分地区存在铁岭组，有铁岭组分布的地区其下必有雾迷山组，在同一地点后者储层水温更高，而且铁岭组厚度远远小于雾迷山组，前者的厚度不足后者的五分之一，加之地质构造的原因，因此，绝大部分地热井开采雾迷山组热储层地热水，部分地热井采用两层合并开采，仅有很少的地热井开采铁岭组热储层地热水。
雾迷山组是北京地区分布面积最广也是主要的热储层，在平原区约占90%以上，岩性主要为硅质白云岩、燧石条带白云岩、纹层状泥晶白云岩等，厚度一般大于2000m。
（2）奥陶系热储
奥陶系热储是北京地区另一个重要的热储层，主要分布在黄庄—高丽营断裂和顺义断裂之间、黄庄—高丽营断裂北侧与八宝山断裂之间的地域以及凤河营地区。奥陶系储层全厚度达750m左右，以具有较高的储层压力为特征，
（3）寒武系热储
寒武系热储层在研究区内分布范围有限，在小汤山及其以南地区因为下部有温度更高的蓟县系热储层，一般不做为主要热储层。在南苑—通县断裂以北地区分布几乎和断裂平行，呈带状展布，最大埋深不超过1500m。寒武系昌平组灰岩地层不做为主要热储层的另一个原因是储层厚度较薄，一般不超过80m，且储层的温度相对也较低。

2.2地温场分布特征

平原区地温场具有如下特征：其地层增温率一般在0.8～4.0℃/100m范围内。蓟县系顶板温度在25～80℃之间，温度等值线的展布方向基本上与地质构造线的延伸方向一致，主要表现为：在平原区的中心地带、西部及东部温度等值线相对密集，表明温度场变化剧烈，而在平原区的南部、西南部、北部、东北部及东南部，特别是山前地区，温度等值线则相对稀疏，表明温度场变化不大。
奥陶系的顶板温度在黄庄－高丽营断裂以北的洼里—奥运村一带，以及在黄庄－高丽营断裂南侧的花园路—万寿路一带，奥陶系盖层厚度在1000～3000m之间，温度变化在40～75℃之间。 在黄庄－高丽营断裂以南，顺义断裂以北的南法信—后沙峪—来广营一带，奥陶系顶板盖层厚度在2000～3500m之间，温度在40～80℃之间。在北京市南部的凤河营附近，目前只有河-1、桐-7、京参-1井三眼井奥陶系的顶板温度资料，其顶板盖层厚度一般大于2000m，温度相对较高，一般在70～80℃之间。

2.3地热水成因机制

构成地热资源的一个基本条件就是具有适当的热储层和盖层，储层是具有足够的储存空间和渗透性的地层，为热流体的储藏和运移提供了条件。研究表明，北京大部分地热水来源于大气降水，降水顺深大断裂、裂隙带渗入地下，经过深部热储加热升温，经历水岩相互作用，从而形成具有矿水特征的地热水。在入渗—运移—加热升温—上涌的过程中，地热水的矿化度逐渐升高，年龄也逐渐增大，水化学类型也由以往基岩水特征的HCO3-Ca.Mg型水转变为HCO

3.SO4-Na.Ca型水。

3、地热田水位动态变化特征

北京市地热田的开采主要集中在东南城区、小汤山、良乡及李遂四个地热田内，通过地热田内的监测井2000～2005年度的水位动态观测及开采量的统计可以看出雾迷山组热储层开采量由2000年至2005年也呈逐年下降的趋势。2003年以前由于开采量相对较大，水位下降速度较快；2003年往后开采量有所减少，水位埋深下降速度减缓，从而更进一步印证了热储压力（水位）的变化主要受开采量影响的规律，以小汤山地热田雾迷山组年动态变化为例说明，（见图1）。