郭乃妮 陳衛(wèi)衛(wèi) 田海林 韓一諾

（1 咸陽師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 陜西咸陽 712000 2 咸陽市地?zé)豳Y源開發(fā)中心 陜西咸陽 712000）

0 引言

地?zé)崴Y源具有熱水流密度大、儲量豐富、熱源穩(wěn)定性高、地下熱源分布廣泛、采收方便、輸送容易、使用簡潔方便、綜合利用系數(shù)高、環(huán)境污染較少、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。地?zé)豳Y源作為1種新型清潔、綠色環(huán)?？稍偕茉矗絹碓绞艿饺藗兊年P(guān)注［1］。地?zé)崴Y源在供暖和供熱、醫(yī)療和保健理療、飲用礦物質(zhì)水、溫泉洗浴、水產(chǎn)養(yǎng)殖、溫室花卉養(yǎng)殖等行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景［2］。相關(guān)研究報(bào)道指出，地?zé)豳Y源的平均能源有效利用率高達(dá)0.75，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太陽能技術(shù)的能源利用系數(shù)0.2，也大于風(fēng)能技術(shù)的能源利用系數(shù)0.3［3-4］，因此對地?zé)崴Y源進(jìn)行合理開發(fā)和研究，有效利用地?zé)豳Y源對改善環(huán)境具有重大意義［5］。

近年來，地?zé)豳Y源得到快速開發(fā)和利用，隨之出現(xiàn)了地?zé)崴髁克ネ恕⒉糠謪^(qū)域地面下沉、地?zé)崴疁囟认陆怠⑽菜幚聿缓侠淼葐栴}，嚴(yán)重影響了可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境治理協(xié)調(diào)發(fā)展［6］。探索研究地?zé)崴_發(fā)過程中的生態(tài)補(bǔ)償問題有助于促進(jìn)新型地?zé)豳Y源的合理開發(fā)和利用，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會經(jīng)濟(jì)良性有序發(fā)展，為地?zé)豳Y源的更好發(fā)展提供理論依據(jù)［7-8］。

咸陽市地?zé)豳Y源是具有中國西北地區(qū)特色的地?zé)崴Y源之一。本文選取咸陽市地?zé)崴Y源為研究對象，對地?zé)崴Y源的水質(zhì)特點(diǎn)和開發(fā)狀況進(jìn)行分析，研究了地?zé)崴_發(fā)過程中的生態(tài)補(bǔ)償問題，為新型能源地?zé)崴Y源的綜合利用和開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 咸陽地?zé)崴Y源的特點(diǎn)

地?zé)崴Y源是新能源的主要組成部分。咸陽市具有豐富的地?zé)崴Y源，已勘探和開發(fā)的地?zé)崴哂袃?yōu)良的高溫品質(zhì)、熱穩(wěn)定性高、水質(zhì)優(yōu)良、熱儲量高，發(fā)展前景廣闊［9］。

1.1 地?zé)崴Y源儲量豐富

咸陽市地?zé)崴Y源主要分布在渭城區(qū)、秦都區(qū)、興平市、三原縣、涇陽縣、武功縣等地方，面積約3 000 km2。該區(qū)域具有良好的地?zé)岣患蜕蓷l件，以渭河北岸斷裂形成主要的熱控構(gòu)造。經(jīng)陜西省地礦局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院勘探，推算出咸陽市遠(yuǎn)景地?zé)崴Y源儲量約為3 450 億m3，地?zé)崮軆α靠蛇_(dá)到1.46×1023kJ，約等于標(biāo)準(zhǔn)煤50 億t的能源儲存總量。2016年《陜西省咸陽市區(qū)地?zé)豳Y源詳查報(bào)告》提出咸陽市城區(qū)300 km2范圍地?zé)豳Y源流體量高達(dá)495 億m3，地?zé)崮芰窟_(dá)到2.096×1022kJ，折合相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤7.1 億t。咸陽市的地?zé)崴Y源儲量豐富，可分為中等強(qiáng)富水區(qū)的高—中斷坡帶層狀水、較強(qiáng)富水區(qū)的帶層狀水和強(qiáng)富水區(qū)的帶狀水等三種顯著優(yōu)化熱儲類型，綜合條件在中國320 多個(gè)地?zé)釁^(qū)域中具有顯著的特色和優(yōu)勢［10］。

通過勘探和研究得知，咸陽市地?zé)崴Y源為大型中低溫沉積盆地型地?zé)崽?。與典型沉積盆地型地?zé)崽锊煌?，咸陽地?zé)崽镏饕獮榈谒南等T組的高陵群、藍(lán)田-霸河組、張家坡組的砂巖層的含礦層位。咸陽地?zé)釁^(qū)域有1 條深大的渭河北岸斷裂通過。該斷裂帶在一定程度上為地?zé)崴倪\(yùn)移和補(bǔ)給提供了通道，將咸陽地?zé)岱譃槟喜亢捅辈? 個(gè)區(qū)域：南部區(qū)域是咸陽市地?zé)豳Y源富集和儲存的有利地段，具有熱儲層發(fā)育齊全、埋深較大、蓋層較厚、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)；北部區(qū)域相對地?zé)釛l件稍差，但在北部區(qū)域地下有巖溶地?zé)崴Y源存在，發(fā)展空間較大。此外，咸陽地區(qū)的“武功—興平—三原”三地帶含有隱伏的串珠狀花崗巖體，是咸陽市地?zé)豳Y源的地下源泉［11-12］。

1.2 地?zé)崴Y源開發(fā)歷史悠久

早在明清年間，沿咸陽渭河北部斷裂帶分布有一系列地?zé)崴疁厝R跑泉、魏家泉、大泉、小泉等?！榜R跑泉磯”和“陸泉涌珠”就已列入《咸陽八景》和《渭陽十勝》，曾被當(dāng)?shù)厝罕姀V泛用于生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。1992 年，原陜西省地礦廳在興平成功開鑿了陜西省第一口人工地?zé)豳Y源熱水井，咸陽市地?zé)崴Y源得到了有效實(shí)施和開發(fā)利用。近年來，隨著咸陽市地?zé)豳Y源開發(fā)中心的成立，咸陽市地?zé)崴Y源得到了合理、有效地開發(fā)和利用。目前咸陽已形成以咸陽市市區(qū)地?zé)衢_發(fā)為核心，涇陽、三原、興平和武功為東西兩翼的地?zé)衢_發(fā)格局。咸陽市已經(jīng)培育出了中石化綠源（陜西）地?zé)崮茉撮_發(fā)有限公司、咸陽海泉灣溫泉度假酒店、北京華清后外新能源有限公司等在地?zé)豳Y源開發(fā)領(lǐng)域的龍頭企業(yè)和全國先進(jìn)單位，建立了地?zé)豳Y源開發(fā)和利用領(lǐng)先示范項(xiàng)目?，F(xiàn)階段咸陽市地?zé)崴Y源開發(fā)與利用主要以供暖供熱、溫泉洗浴和休閑養(yǎng)生旅游、溫泉種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖等為主。截至2019 年底，咸陽市投入使用的地?zé)峋?2 眼，回灌井14 眼，開采深度1 600 m～4 505 m，成井溫度60 ℃～128 ℃，地?zé)峁┡娣e約730 萬m2。與傳統(tǒng)燃煤鍋爐相比，每年可節(jié)約燃煤22.76 萬t，減少二氧化碳排放54.30 萬t、二氧化硫3 869 t、氮氧化物1 365.6 t、煤灰渣2.276 萬t、粉塵1 822 t，為地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境治理提供了有利發(fā)展［13-14］。此外，研究表明咸陽市地?zé)崴缓∮性睾ぃ?5］，截至2020年咸陽市地?zé)崴馓崛≡囼?yàn)已取得突破性進(jìn)展，水溶氦氣濃度已從2%～3%提純到60%左右，為水溶氦氣達(dá)到工業(yè)利用濃度的99.9%奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)為解決國家氦氣資源貧乏與戰(zhàn)略保障問題提供了新的方向。

咸陽市于2006 年被中國礦業(yè)聯(lián)合會命名為全國第1 個(gè)“中國地?zé)岢恰保?006 年國家發(fā)展與改革委員會命名咸陽市為“國家地?zé)豳Y源綜合開發(fā)利用示范區(qū)”；2011 年咸陽市被國土資源部授予全國首批“中國溫泉之城”稱號；2017 年，國家發(fā)展與改革委員會、國家能源局、國土資源部三部門聯(lián)合發(fā)布的《地?zé)崮荛_發(fā)利用十三五規(guī)劃》將咸陽市單列為“水熱型地?zé)峁┡卮箜?xiàng)目布局區(qū)域”。咸陽市地?zé)崴_發(fā)工作中開展的砂巖尾水回灌試驗(yàn)系統(tǒng)性研究在全國水資源生態(tài)補(bǔ)償方面取得了突破性進(jìn)展。咸陽市武功縣已建設(shè)成為陜西省唯一的地?zé)峁┡盁o煙縣城”。

1.3 地?zé)崴Y源水質(zhì)優(yōu)良

2010 年《陜西省咸陽市區(qū)地?zé)豳Y源詳查報(bào)告》提出咸陽市地?zé)崴Y源水質(zhì)狀況優(yōu)良：單位面積熱儲量為8.627×1013kJ，單位面積靜儲量為2.1267×108m3，2 500 m 左右深度的溫度為90 ℃～100 ℃，單位面積可采量為231.63×104m3。對比北京、天津及西安3 個(gè)地區(qū)的單位面積熱儲量、單位面積靜儲量和地?zé)崴疁囟?，咸陽市都顯著高于北京、天津和西安等地，例如，地?zé)崴Y源單位面積可采量是西安的2 倍，是天津市的4.6 倍，是北京的2895 倍［16］。

此外，對咸陽市已開發(fā)的秦都、渭城、三原、涇陽、武功等不同區(qū)域地?zé)峋械責(zé)崴M(jìn)行測試和分析得出：咸陽市地?zé)崴Y源自流水量最高達(dá)303.48 m3/h，靜水壓力達(dá)0.40 MPa～0.57 MPa，自流水溫度90 ℃～98 ℃，礦化度為4.98 g/L～7.66 g/L、水質(zhì)化學(xué)類型為Na-Cl 型，達(dá)標(biāo)元素主要有F、I、S、B、Li、Sr、Si、Br、Fe，證明咸陽市地?zé)崴Y源富含礦物質(zhì)，水質(zhì)性能優(yōu)良，可利用開發(fā)前景廣闊。

1.4 地?zé)崴Y源熱源充足，為多熱儲層分布

咸陽市地?zé)崴Y源主要集中在渭河北側(cè)斷裂帶和斷裂帶南部與北部兩側(cè)的低、中緩斜坡斷階（坡）帶上，在地下深度2 100 m～3 500 m 范圍的主要4 套熱儲層內(nèi)，4 套熱儲層的頂板埋深、空隙率、儲層厚度、砂厚比、平均溫度、單位涌水量等呈現(xiàn)垂直多熱儲層分布。在3 500 m 以下存在溫度高于200 ℃的高溫地?zé)崴Y源，熱儲層可以連片形成2 500 km2～3 000 km2的面積。地?zé)崴Y源熱儲層縱向分布廣、面積大，地?zé)崴Y源熱儲層分布大大高于中國其它區(qū)域。

通過對已開發(fā)的咸陽市地?zé)崴Y源地質(zhì)構(gòu)造、綜合物和化探剖面的勘探可知，地下存在超過8 000 km2的燕山期花崗巖體所含232Th、235U 和238U 等同位素所產(chǎn)生的熱能是咸陽市地?zé)崴Y源的源泉。經(jīng)過初步測算，所含鈾的重量約為1.286 79×109t，形成總熱量為9.427×1022 kJ，由此可證明咸陽市地?zé)崴Y源的熱源具有充足、穩(wěn)定的來源和供給，開發(fā)利用前景廣闊。

此外已經(jīng)探測表明：咸陽市地下3 500 m 深處區(qū)域有大型的能源地?zé)岙惓ｓw存在，溫度高于200 ℃，這一優(yōu)質(zhì)高能資源為咸陽市地?zé)豳Y源在發(fā)電及地?zé)豳Y源綜合利用方面提供了新的研究價(jià)值和發(fā)展領(lǐng)域。

2 咸陽地?zé)崴Y源生態(tài)補(bǔ)償狀況

隨著地?zé)崴Y源的開發(fā)利用，出現(xiàn)了地?zé)崴幌陆?、部分區(qū)域地面沉降、地?zé)豳Y源水量衰減、地?zé)崴w污染、地?zé)崴菜幚聿划?dāng)?shù)臒嵛廴?、土壤污染等亟待解決的問題［17］。因而在地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中，需要制定相關(guān)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，注重合理開發(fā)利用的同時(shí)通過采取有效保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)地?zé)崴Y源的可持續(xù)發(fā)展。

目前，咸陽市在地?zé)豳Y源開發(fā)、環(huán)境治理和保護(hù)方面主要采取了地?zé)崴吹乇Ｗo(hù)、建立地?zé)豳Y源保護(hù)監(jiān)測和管理機(jī)構(gòu)、限制開采量和對開采的地?zé)峋M(jìn)行人工回灌等措施，實(shí)現(xiàn)了地?zé)崴Y源的有效生態(tài)補(bǔ)償［18-20］。

首先，通過對地?zé)崴Y源開發(fā)產(chǎn)生的尾水進(jìn)行水質(zhì)處理后再人工回灌。開鑿對應(yīng)的地?zé)峄毓嗑?，有效提升地?zé)崴Y源的補(bǔ)給來源，有序利用地?zé)嵛菜?，?shí)現(xiàn)地?zé)崴难a(bǔ)給和回灌。同時(shí)確保穩(wěn)定的熱儲流體壓力，穩(wěn)定地?zé)峋牡責(zé)崴髁浚苊獾責(zé)嵛菜S意排放和未經(jīng)處理的地?zé)嵛鬯绊懼車h(huán)境，做到地?zé)崴Y源的持續(xù)開發(fā)和循環(huán)利用。

其次，為了更好地控制地?zé)豳Y源溫度過高和尾水造成的熱污染問題，通過多層次、階梯式利用熱水資源，增進(jìn)地?zé)崴Y源的循環(huán)有效使用；對地?zé)嵛菜欧诺臏囟冗M(jìn)行控制；地?zé)嵛菜欧徘斑M(jìn)行有害物質(zhì)檢測和有效去除，實(shí)現(xiàn)地?zé)嵛菜踩珶o害處理；在審批地?zé)豳Y源開采時(shí)，必須有相配套的回灌設(shè)施和舉措，開采與回灌相結(jié)合。

最后，采用地?zé)嵛菜毓喾绞竭M(jìn)行有效生態(tài)補(bǔ)償處理時(shí)必須要對尾水進(jìn)行規(guī)范處理，保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)和規(guī)范操作，確保地?zé)崴髁康耐瑫r(shí)，防止造成二次污染。通常要求在使用地?zé)嵛菜毓嘀斑M(jìn)行合理的絮凝、除雜、沉積、凈化處理，應(yīng)當(dāng)確保地?zé)嵛菜幚砉に囈?guī)范和經(jīng)濟(jì)有效，保證廢水處理符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，防止生態(tài)補(bǔ)償處理出現(xiàn)地?zé)豳Y源水體污染。

3 結(jié)論與展望

地?zé)崴Y源是集優(yōu)質(zhì)熱水、礦產(chǎn)和能源于一體的新型潔凈綠色能源［21-22］。對咸陽市優(yōu)質(zhì)的地?zé)崴Y源進(jìn)行合理開發(fā)利用帶動了新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有效解決了北方城市面臨的能源短缺、環(huán)境污染和就業(yè)崗位少等主要問題，對于保障社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展起到了積極作用。但目前咸陽市乃至全中國地?zé)豳Y源豐富的區(qū)域?qū)@一新興優(yōu)質(zhì)能源的分析研究和開發(fā)利用尚處初級階段，各地都以地?zé)崴Y源直接采用為主，綜合性的開發(fā)研究和利用明顯不足。結(jié)合地?zé)豳Y源作為新型潔凈綠色能源和社會發(fā)展的需求，地?zé)崴Y源后期開發(fā)和研究應(yīng)從以下3 個(gè)方面開展工作。

（1）進(jìn)一步擴(kuò)大地?zé)豳Y源在供熱采暖、醫(yī)療理療保健、溫室生態(tài)農(nóng)業(yè)示范、優(yōu)質(zhì)飲用水、生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域的直接開發(fā)和利用，此類地?zé)崴Y源地有效開發(fā)有助于減少北方霧霾污染，提高人居生活水平和環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源對生態(tài)環(huán)境的良好促進(jìn)作用。

（2）注重理論基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)對地?zé)豳Y源更深層次、綜合性前沿研究探索。依托科研院所重點(diǎn)研究溫度≥200 ℃的干熱巖高溫地?zé)豳Y源的特點(diǎn)及形成機(jī)制，以理論研究指導(dǎo)高溫地?zé)豳Y源地開發(fā)利用，重點(diǎn)探索其在發(fā)電、高溫制造業(yè)及工業(yè)發(fā)展方面的潛能，加快實(shí)現(xiàn)地?zé)岚l(fā)電，加強(qiáng)地?zé)豳Y源更高層次的綜合開發(fā)利用。

（3）優(yōu)化地?zé)崴Y源的循環(huán)組合，實(shí)現(xiàn)新型利用模式的打造和示范應(yīng)用。地?zé)豳Y源由單一利用向多層次、多領(lǐng)域、循環(huán)綜合利用的模式轉(zhuǎn)變，打造地?zé)崴Y源利用示范區(qū)和示范項(xiàng)目，打造城市區(qū)域地?zé)豳Y源高質(zhì)量發(fā)展標(biāo)桿，引導(dǎo)和規(guī)范陜西省地?zé)崴Y源的高效開發(fā)利用。