汪名鵬
(1.江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院,淮安 223005; 2.江蘇省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院,淮安 223005)
地熱資源作為當今一種新型潔凈能源,在國內(nèi)外日益得到人們的重視和青睞。鹽城市地下蘊藏著豐富的地熱資源,近年來,鹽城市加大了地熱資源的開發(fā)、利用程度,建設(shè)了多處旅游溫泉度假酒店和溫泉度假村,如鹽城市區(qū)、臺南、永豐林農(nóng)業(yè)生態(tài)園、小海溫泉、阜寧溫泉度假村、金沙湖旅游度假村等,但其作用僅限于溫泉洗浴,開發(fā)較分散、零亂,尚未對旅游產(chǎn)業(yè)起到較大的促進作用。
本文旨在全面摸清鹽城市地熱資源的基礎(chǔ)上,對旅游及地熱資源的空間結(jié)構(gòu)布局進行整合開發(fā)。一方面,可以加快推動鹽城市地熱資源的科學勘查、有序開發(fā)、合理利用和有效保護; 另一方面,可以更好地服務(wù)于鹽城市旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,以地熱資源開發(fā)利用來帶動和提升鹽城市旅游產(chǎn)品的檔次,對鹽城的經(jīng)濟社會發(fā)展起到積極作用。
研究區(qū)位于蘇中坳陷區(qū)。蘇中坳陷區(qū)是中新生代坳陷盆地,其南北兩側(cè)分別為通揚隆起和魯東隆起,受建湖隆起分隔,以南和蘇南隆起夾持部分為東臺坳陷,以北和濱海凸起、魯蘇隆起夾持部分為鹽阜坳陷,其內(nèi)部為NE向與EW向構(gòu)造共同制約的凸起與凹陷,相間排列(圖1)。新近紀斷裂的繼承活動對晚新生代沉積和地震活動及地熱異常的形成起到了重要的控制作用(圖2)。
研究區(qū)有隆起區(qū)和凹陷區(qū)兩大構(gòu)造單元。凹陷區(qū)大地熱值流略高于隆起區(qū)。次一級構(gòu)造單元大地熱流值差異明顯:在凹陷區(qū),次級凸起高于凹陷,凹陷斜坡帶高于深凹; 在隆起區(qū),隆起高于凹陷,背斜高于向斜。從圖1可以看出,鹽城地區(qū)大地熱流值多在70 mW/m2左右。鹽城市北部及射陽大部分地區(qū)大地熱流值低于70 mW/m2; 濱海隆起區(qū)、大豐凹陷區(qū)等地區(qū)大地熱流值在70~74 mW/m2之間; 建湖隆起區(qū)西部大地熱流值高于74 mW/m2,明顯高于周邊地區(qū); 東臺西部明顯低于研究區(qū)其他地區(qū)。
Ⅰ.濱海隆起; Ⅱ.洪澤—鹽城凹陷:Ⅱ1.洪澤凹陷,Ⅱ2.淮安凸起,Ⅱ3.漣水凹陷,Ⅱ4.漣東凸起,Ⅱ5.阜寧凹陷,Ⅱ6.塘望凸起,Ⅱ7.鹽城凹陷; Ⅲ.建湖隆起; Ⅳ.金湖—東臺凹陷:Ⅳ1.金湖凹陷,Ⅳ2.柳保低凸起,Ⅳ3.臨澤凹陷,Ⅳ4.柘垛低凸起,Ⅳ5.高郵凹陷,Ⅳ6.吳堡低凸起,Ⅳ7.溱潼凹陷,Ⅳ8.泰州低凸起,Ⅳ9.海安凹陷,Ⅳ10.梁垛低凸起,Ⅳ11.小海凸起,Ⅳ12.裕華凸起,Ⅳ13.大豐凹陷
圖1 蘇北盆地構(gòu)造區(qū)劃圖[1]
Fig.1TectonicunitsofSubeiBasin[1]
據(jù)陳滬生等[3]對下?lián)P子地區(qū)及蘇北地區(qū)油層溫度測試結(jié)果:東臺—海安以北的廣大地區(qū)表現(xiàn)為高值區(qū),并向東延伸至大豐凹陷區(qū)內(nèi); 建湖隆起區(qū)與鹽阜凹陷區(qū)分界線以北、濱海隆起區(qū)以南,以射陽縣為中心,地溫梯度逐漸由27 ℃/km增大至30 ℃/km; 在建湖隆起區(qū)以南地區(qū),地溫梯度由27 ℃/km增大至30 ℃/km以上,介于30~33 ℃/km之間; 在同一埋藏深度,鹽城南部地區(qū)地溫高于北部地區(qū)。
由圖1可知,大地熱流場會直接影響地溫梯度場的分布。除濱海以東地區(qū)外,鹽城市30 ℃/km地溫梯度等值線與70 mW/m2大地熱流等值線分布基本一致,表明除濱海以東地區(qū)外,鹽城市大部分地區(qū)地層巖性分布均勻,巖石熱導率基本一致; 而濱海以東地區(qū)大地熱流值偏高的原因,初步分析認為是由于其基巖地層為碳酸鹽巖,巖石熱導率較高,埋藏較淺。
圖3 蘇北盆地地震解釋剖面[4]
Fig.3InterpretedseismicprofileinSubeiBasin[4]
熱儲溫度受熱儲埋深、蓋層條件、大地熱流、深部水熱循環(huán)等多種因素制約,而最根本的控制因素是地質(zhì)構(gòu)造條件[5-6]。
1.3.1 斷裂
從圖2可以看出,研究區(qū)內(nèi)區(qū)域性斷裂構(gòu)造系統(tǒng)主要包括NE向(NNE向)、NW向、近EW向斷裂等。區(qū)域性斷裂常成為不同構(gòu)造單元的邊界斷裂,控制著隆起區(qū)、坳陷區(qū)的分布及次一級隆起、坳陷、凸起、凹陷的分布,控制著盆地演化和沉積作用。部分斷裂活動制約了新近紀和第四紀的沉積作用,同時對新近紀玄武巖噴發(fā)作用及新生代地熱異常有著明顯的控制作用。這些隆坳的邊界斷裂及NW向、近SN向斷裂均可能成為良好的張性斷裂,增強熱儲層的富水性和導水性,成為地熱勘探開發(fā)的有利地段。
1.3.2 凸起
由于熱導率較高的中、古生界基底凸起具有較高的大地熱流值和地溫梯度值,因此,凸起的邊部斷裂-斷階帶常具有較高的水熱循環(huán)條件,如鹽城凹陷、東臺凹陷中的漣東凸起、柘垛凸起、梁垛凸起、小海凸起等,可探求第Ⅰ、Ⅱ熱儲層。
1.3.3 凹陷邊緣斷階帶
凹陷邊緣斷階帶是凹陷向隆起區(qū)(或凸起)的過渡帶,受區(qū)域性深斷裂控制,這種控制盆地發(fā)育的區(qū)域性深斷裂一般為新構(gòu)造斷裂或活動斷裂。由于斷裂帶兩側(cè)地層熱導率差異很大,加之斷裂發(fā)育,該帶深部水熱循環(huán)強烈,是區(qū)內(nèi)較顯著的地熱異常帶。建湖隆起和鹽城、東臺凹陷之間的斷階帶可探求第Ⅰ—Ⅲ熱儲層。
1.3.4 隆起區(qū)邊緣
隆起區(qū)的邊緣地帶與凹陷邊緣斷階帶有相似的構(gòu)造條件,受區(qū)域性深斷裂控制,具有強烈的深部水熱循環(huán),所不同的是缺失古近系地層。地熱儲層為印支面以下地層,只有部分地區(qū)有較厚的新近系地層分布,侏羅系、白堊系地層為廣泛分布的熱儲蓋層。建湖隆起和鹽城、東臺凹陷之間的邊緣地帶屬該類型,可探求第Ⅳ熱儲層。
1.3.5 隆起區(qū)隱伏背斜
隆起區(qū)的隱伏背斜相對于向斜具有較高的大地熱流值和地溫梯度值,熱水沿背斜翼部含水層及層間斷裂向背斜頂部匯聚。背斜構(gòu)造控熱的前提是組成褶皺的地層中有適當?shù)牡責嵘w層。此類控熱構(gòu)造主要分布在建湖隆起區(qū),可探求第Ⅳ熱儲層。
區(qū)內(nèi)侏羅系、白堊系以陸相碎屑巖-火山巖地層為主,因其不含水或含水率很小、熱導率低、厚度大、分布廣而成為區(qū)內(nèi)4類熱儲層良好的地熱蓋層。古近系、新近系、第四系以陸相碎屑巖和松散堆積物為主,其中第四系厚度近300 m,巖性為黏土、粉質(zhì)黏土與砂層。鹽城組上段厚500 m左右,巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、含礫砂巖。第四系與鹽城組上段總厚度最大為1 700 m,其中泥巖隔水性強,熱導率相對較低,為本區(qū)良好的地熱蓋層,保溫性良好。因此,鹽城凹陷區(qū)由于厚度大也成為重要的地熱儲層。
鹽城市地熱田屬中低溫斷陷盆地型地熱田,地熱主要來源于深部地幔供熱[7],地熱儲層溫度受地球增溫率控制,地溫梯度為2.5~4.0 ℃/100 m,溫度隨熱儲層埋深增加而增大。第Ⅰ熱儲層是鹽城市區(qū)地下備用飲用水源的主要開采含水層,不宜作為地熱資源進行開發(fā); 第Ⅱ熱儲層是目前鹽城市區(qū)已開發(fā)的主要熱儲層; 第Ⅲ熱儲層是未來進行地熱資源勘探開發(fā)的主要目的層; 第Ⅳ熱儲層頂板埋深變化較大,除淮陰—響水斷裂附近埋藏較淺,其他地區(qū)埋深均較大,達到2 500 m以上,由于受研究區(qū)現(xiàn)階段技術(shù)經(jīng)濟條件的制約,利用本熱儲層并不經(jīng)濟,因此本文不做深入研究。
結(jié)合研究區(qū)源、通、儲、蓋地熱地質(zhì)條件和當前地熱開采條件以及鹽城市地下水資源管理政策和遠景規(guī)劃,將鹽城市的地熱資源賦存分為良好區(qū)和一般區(qū)(圖4)。良好區(qū)位于鹽城—建湖、濱?!穼幰约皷|臺—大豐一帶,一般區(qū)位于研究區(qū)阜寧凹陷和東南角海安凹陷內(nèi)。各區(qū)地熱地質(zhì)特征見表1。
圖4 研究區(qū)地熱資源賦存分區(qū)Fig.4 Distribution of geothermal resources in the study area
表1 鹽城市地熱資源賦存特征
Tab.1OccurrencecharacteristicsofgeothermalresourcesinYanchengCity
分區(qū)分布范圍地熱地質(zhì)特征地熱儲層頂板埋深/m預測水溫/℃蓋層控熱構(gòu)造良好區(qū)濱海隆起—阜寧凹陷北至濱海大套—陸集—濱淮農(nóng)場,南至阜寧古河—高作鎮(zhèn)—獐溝鎮(zhèn)—振東農(nóng)場泥巖、砂巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r>600>40.0Q—N建湖隆起洪澤—建湖—伍佑一帶南側(cè)細砂、含礫中粗砂巖,灰?guī)r250~250035.0~50.0,O,N東臺—大豐凹陷東臺—大豐一線砂巖、泥巖>65446.5~70.0Q—N受NE向、NW向構(gòu)造控制。NE向斷裂多為淮陰—響水斷裂的次級斷裂,多為壓性、壓扭性;NW向斷裂向南延伸切割鹽城斷裂帶,顯張扭性。同時,受NE向?qū)針?gòu)造和NW向?qū)畼?gòu)造的共同作用,也受凹陷盆地邊緣及內(nèi)部一系列平行于盆地邊界的深斷裂控制受泰州低凸起構(gòu)造的翹起部位和華夏式NE向泰州斷裂、溱潼斷裂共同控制一般區(qū)濱海隆起淮陰—響水斷裂以南,濱海大套—陸集—濱淮農(nóng)場以北奧陶系和寒武系白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖及震旦系白云巖、灰?guī)r>300>40.0Q—N受淮陰—響水斷裂的次級斷裂影響,本區(qū)同時受NE向?qū)針?gòu)造和NW向?qū)畼?gòu)造的共同作用鹽城凹陷建湖縣城東北側(cè),建湖—伍佑以北中細砂、含礫中粗砂巖,夾泥質(zhì)粉砂巖及泥頁巖400~124040.0~60.0Q—N受圩中凸起與鹽城凹陷之間的華夏式NEE向斷裂和偏凸起構(gòu)造共同控制海安凹陷研究區(qū)東南角地區(qū)泥巖、砂巖2306~381440.0~80.0Q—N受周邊海安凹陷局部凸起的影響,同時受華夏式NE向斷裂及EW向海安斷裂控制
鹽城市已經(jīng)開發(fā)利用地熱的地區(qū)有鹽城市區(qū)、阜寧、大豐的小海及東臺的臺南等地(表2)。據(jù)統(tǒng)計,鹽城市現(xiàn)有地熱井32口,主要集中在鹽城市區(qū)(原有23口地熱井,實際開采11口),開采程度較高,開采地熱水一般用于生產(chǎn)、生活、洗浴等,主要開采層位集中在第Ⅱ熱儲層,開采層位主要在鹽城組下段地層,井深在1 000 m以內(nèi),水溫一般為40~50 ℃,最高可達55.2 ℃。
近年來,為了發(fā)展旅游業(yè),部分地方業(yè)主零星開采地熱井,所開采地熱井主要包括臺南、永豐林農(nóng)業(yè)生態(tài)園、小海溫泉、阜寧溫泉度假村、金沙湖旅游度假村等9口地熱井,地熱井深度為1 500~2 088 m,水溫為50~70 ℃,開采層位多位于新近系鹽城組下段以及古近系三垛組和阜寧組,主要用于溫泉洗浴。
表2 研究區(qū)現(xiàn)有地熱井一覽表
2.3.1 理療熱礦水評價
受沉積環(huán)境的影響,不同熱儲層的水質(zhì)有較大差別。通過取樣分析并參考蘇北盆地阜寧—東臺斷坳地熱水樣品[8],對鹽城市不同地熱儲層地熱水進行了理療熱礦水泉水水質(zhì)評價[9]。
由表3分析結(jié)果可知,第Ⅰ熱儲層地熱水只有偏硅酸含量較高,達到了理療熱礦水的要求,其余指標均未到達醫(yī)療價值濃度; 第Ⅱ熱儲層地熱水除溫度在醫(yī)療熱水之上外,同樣只有偏硅酸含量達到理療熱礦水指標要求; 第Ⅲ熱儲層地熱水碘、鍶、鋰、偏硅酸含量不僅達到了理療熱礦水指標要求,而且達到了命名理療熱礦水濃度的要求,可命名為碘水、鍶水、鋰水、硅水,另外硒等對人體有益的微量元素含量也較高,具有較高的醫(yī)療保健作用[10],其礦化度高達32 928 mg/L,遠高于水質(zhì)標準。
表3 理療熱礦水質(zhì)量評價
2.3.2 農(nóng)業(yè)灌溉用水評價
地熱水作為直接農(nóng)業(yè)灌溉用水是一種資源的浪費,但地熱水退水或中水由于尚有一定的熱量,可用于喜熱農(nóng)作物、花卉等植物的種植。對鹽城市不同地熱儲層地熱水進行農(nóng)田灌溉用水質(zhì)量評價[11],評價結(jié)果見表4。
表4 農(nóng)田灌溉用水質(zhì)量評價表
第Ⅰ熱儲層地熱水除部分地區(qū)pH值超標外,其余指標均符合農(nóng)田灌溉用水標準; 第Ⅱ熱儲層地熱水水溫超過了用水標準,需降溫使用,部分地區(qū)pH值和全鹽量偏高,需經(jīng)過簡單處理再用于農(nóng)田灌溉; 第Ⅲ熱儲層地熱水水溫遠高于用水標準,同時耗氧量、氯化物、全鹽量遠大于水質(zhì)標準,不宜用作農(nóng)田灌溉。
2.3.3 腐蝕性評價
由于地熱流體中含有氯根、硫酸根、游離二氧化碳和硫化氫等組分,因而對金屬具有一定的腐蝕性,因此在實際應(yīng)用中,需要對地熱流體進行腐蝕性評價。參照工業(yè)常用的腐蝕系數(shù)Kk對地熱流體進行腐蝕性評價,評價結(jié)果見表5。
表5 地熱流體腐蝕性評價
評價結(jié)果表明:研究區(qū)第Ⅰ、Ⅱ熱儲層地熱水為非腐蝕性水,第Ⅲ熱儲層地熱水為腐蝕性水。
2.3.4 結(jié)垢趨勢評價
由于地熱流體中含有二氧化硅、鈣、鐵等組分,當溫度變化時可產(chǎn)生結(jié)垢,因此需對其進行結(jié)垢趨勢評價。結(jié)垢趨勢的評價可采用鍋垢總量和碳酸鈣結(jié)垢趨勢來進行。本次水質(zhì)統(tǒng)計中僅計算主要離子Mg2+、Ca2+,評價結(jié)果見表6。
評價結(jié)果表明:研究區(qū)第Ⅰ熱儲層地熱水為鍋垢很少的地熱流體,局部地區(qū)為鍋垢少的地熱流體; 第Ⅱ熱儲層地熱水為鍋垢很少的地熱流體; 第Ⅲ熱儲層地熱水鍋垢總量遠超工業(yè)標準,稱為鍋垢很多的地熱流體。
表6 地熱流體鍋垢總量H0計算
根據(jù)鹽城市地熱資源分布特征和質(zhì)量評價結(jié)果,鹽城市第Ⅰ、Ⅱ熱儲層地熱水水質(zhì)較好,腐蝕性較小,不結(jié)垢,沒有受到人為污染,地熱水溫度普遍在30~50 ℃之間,應(yīng)用范圍較廣,經(jīng)過簡單處理后,可達到生活飲用、養(yǎng)生、醫(yī)療、養(yǎng)殖等水質(zhì)要求,也可作為工業(yè)鍋爐及熱泵空調(diào)等用水。第Ⅲ熱儲層地熱水所測毒理性指標均在允許范圍內(nèi),微量元素含量較高,經(jīng)水質(zhì)處理可用于礦泉水生產(chǎn)、醫(yī)療養(yǎng)生等行業(yè)。
因此,從建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、創(chuàng)建人居佳地的城市定位出發(fā),鹽城市的地熱水資源開發(fā)、利用有著廣泛的發(fā)展前景。應(yīng)結(jié)合鹽城市氣候條件,發(fā)展特色旅游,同時吸引多種投資,統(tǒng)一規(guī)劃,統(tǒng)一開發(fā),重點建設(shè)一批適應(yīng)溫泉旅游的景點,以滿足健身、溫泉游樂、理療等需要,促進和帶動旅游業(yè)的發(fā)展,同時也能夠為鹽城市綠色GDP的增長、實現(xiàn)鹽城市經(jīng)濟又好又快的發(fā)展做出更大貢獻。
地熱資源的開發(fā)利用與多種因素有關(guān)。地熱地質(zhì)條件是影響地熱資源開發(fā)的內(nèi)在因素。在地熱資源開發(fā)條件較好的地區(qū),風險相對較小,反之,風險則較大,因此需根據(jù)地熱資源開發(fā)利用條件進行優(yōu)選。當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平與城市主體功能區(qū)的要求是影響地熱資源開發(fā)的外在因素。根據(jù)鹽城市旅游業(yè)的總體規(guī)劃,在重點建設(shè)的景區(qū),地熱資源需求較多,又有相應(yīng)的政策、資金支持,同時具有較好的施工條件,有利于地熱資源的開發(fā)利用[12]。據(jù)此,將研究區(qū)初步劃分出6個地熱資源重點開發(fā)區(qū)(圖5),分別為濱海—阜寧一線、鹽城市區(qū)、鹽城丹頂鶴海濱濕地旅游區(qū)、馬家蕩景區(qū)—大縱湖旅游景區(qū)、東臺和大豐市區(qū)以及中華麋鹿園—黃海森林公園一線。
地熱資源開發(fā)利用要重點發(fā)展以能源利用為主的項目,作為旅游開發(fā)景點的配套項目,應(yīng)適量發(fā)展高效低耗的休閑健身項目,控制發(fā)展單一洗浴等純消耗性項目[13]。根據(jù)鹽城市6個地熱資源重點開發(fā)區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施和旅游功能,同時根據(jù)地熱資源相關(guān)產(chǎn)業(yè)與生態(tài)環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展、梯級開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展的原則,不同分區(qū)的地熱資源開發(fā)利用價值也有所不同。
圖5 地熱資源重點開發(fā)利用分區(qū)Fig.5 Division of geothermal tourism resources development and utilization
(1)濱?!穼幰痪€、馬家蕩景區(qū)—大縱湖旅游景區(qū)以及鹽城主城區(qū)和中華麋鹿園—黃海森林公園一線等地區(qū),應(yīng)主要依托旅游建設(shè)風景區(qū)和生態(tài)旅游度假區(qū)的生態(tài)環(huán)境條件和豐富的旅游資源,將地熱資源應(yīng)用于以生態(tài)、休閑為重點的服務(wù)業(yè)和高檔房地產(chǎn)業(yè),積極引導和推進地熱資源開發(fā)利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
(2)鹽城市主城區(qū)以東、南洋機場以及大洋灣景區(qū)的旅游資源,應(yīng)以品質(zhì)休閑為主,發(fā)展休閑經(jīng)濟,同時通過引進大型旅游項目,結(jié)合其周邊良好的地熱資源,開發(fā)商務(wù)休閑度假區(qū)。
(3)東臺和大豐市區(qū),應(yīng)整合東臺和大豐地區(qū)的旅游文化資源,積極發(fā)展以觀光農(nóng)業(yè)為主體的生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè),重點打造高效農(nóng)業(yè)示范區(qū)以及園藝與養(yǎng)殖相結(jié)合的農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游區(qū)。
(4)在建湖西邊馬家蕩、九龍口以及東臺和大豐附近應(yīng)采用地熱供暖、醫(yī)療洗浴、溫室花卉和水產(chǎn)養(yǎng)殖等多種開發(fā)利用方式,開展地熱資源的梯級利用試點工作,提高地熱資源的綜合利用水平。
(1)鹽城市地熱資源豐富,應(yīng)用范圍廣闊,可用于生活飲用、養(yǎng)生、醫(yī)療、養(yǎng)殖等。目前,鹽城市地熱資源的開發(fā)利用僅停留在小規(guī)模的洗浴層面,形式粗放、單一,開發(fā)利用程度較低,尚未做到綜合開發(fā)和梯級利用。
(2)根據(jù)研究區(qū)地熱資源的研究程度、地熱儲層分布情況、埋藏深度以及地熱資源的開采技術(shù)、經(jīng)濟條件和水質(zhì)特征,鹽城市旅游景區(qū)地熱資源賦存良好區(qū)位于鹽城—建湖、濱?!穼幒蜄|臺—大豐一帶。
(3)綜合考慮研究區(qū)地熱資源賦存條件、旅游景區(qū)建設(shè)需要和地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展需要,從地熱資源開發(fā)、旅游景區(qū)建設(shè)布局、旅游資源開發(fā)條件、旅游市場條件、環(huán)境條件等不同層面對研究區(qū)地熱旅游資源進行定性評價分區(qū),將濱?!穼幰痪€、鹽城市區(qū)、鹽城丹頂鶴海濱濕地旅游區(qū)、馬家蕩景區(qū)—大縱湖旅游景區(qū)、東臺和大豐市區(qū)以及中華麋鹿園—黃海森林公園一線劃定為地熱資源重點開發(fā)區(qū)。
(4)地熱水集水資源、熱能和礦物質(zhì)于一身,雖可再生卻循環(huán)緩慢,且量能遞減。所以,在旅游開發(fā)利用上應(yīng)采用科學發(fā)展觀,以地熱資源可持續(xù)利用為目標,用好地熱水資源,地熱水的開發(fā)應(yīng)采用錯層開采和分水溫、分質(zhì)的梯級開發(fā),用好地熱水,優(yōu)水優(yōu)用,合理開采。