北京市地热资源开发利用及远景分析

北京市地热资源开发利用及远景分析
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
中图分类号： p314 文献标识码： a 文章编号：
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的温度较低的外围区，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
hco3.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）。

图1小汤山热遍主要热储开采量及水位动态曲线图
4、地热水水化学组分特征
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。

在北京市平原区区域范围内按地质构造单元分8个区域，依次分别为良乡地区的雾迷山组主要以hco3so4-camgna、hco3so4-ca-na和hco3so4-naca型水为主；东南城区的雾迷山组，主要以hco3so4-na-ca、hco3so4-na、hco3-na、hco3so4-clna、hco3cl-na、clhco3so4-na和so4-na型水为主。

双桥的雾迷山组主要以hco3-so4-na、hco3-na、
hco3so4-na-ca和hco3cl-na型水为主。

天竺热田hco3cl-na、
clhco3-na、so4-cl-na和so4-na型水为主。

李遂则主要是hco3-na；小汤山hco3-naca和hco3-camg；京西北hco3-naca和hco3-camg 为主；延庆地热田则主要以hco3-naca型水为主。

5、地热田及地热远景区划分
根据地质构造、热储分布特征和地温场分布特征的研究成果，以及工作区内的水化学组分及单位涌水量的分布情况，并参照以往研究成果，将北京平原区（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（表1，图2）。

表1 北京地热天开发现状及远景区划表
我们以深度100m温度14℃作为常温带参数，计算蓟县系、奥陶系热储盖层的平均地温梯度。

以地温梯度值大于2.5℃/100m的区域划为地热异常区，2.0～2.5℃/100m的区域划为有地热前景地区，小于2.0℃/100m的区域划为地热一般地区。

垂向上，我们以地温梯度值大于2.5℃/100m的区域划为地热异常区，2.0～2.5℃/100m的区域划为有地热前景地区，小于2.0℃/100m的区域划为地热一般地区。

在热田同一部位地温垂向变化主要受热储组合影响。

已评价过的东南城区、小汤山、李遂及良乡四个地热田中心区地温梯度均大于2.5℃/100m，另外，未评价过的京西北、后沙峪、天竺及双桥地热田等部分地区，以及延庆盆地内均有地温梯度大于 2.5℃/100m的显示，均划定为地热异常区。

图2北京市平原区地热田及远景区分区示意图
按地热勘查规范评价计算，计算面积2760km2、深度3500m以内热储层中储存的总热量为500.772×1018j,相当于284.67亿吨标准煤的发热量（标煤量按燃效60%的发热量换算，下同）；储存的地热水量179.73亿m3，其中蕴藏热量3772.49×1015j，相当于2.15
亿吨标准煤的发热量。

按储存地热水总量的0.45%计,每年可开采地热水约8085万m3，可从热水中获取热量16.97×1015j，相当于96.49万吨标准煤的发热量（表2）。

表2北京平原地区各地热田地热资源计算总表
北京地区的地热地质条件较好，地热资源有很大的发展潜力，预计未来的一段时间里，随着经济的发展，加强环境建设，建立和谐社会与新农村建设的需要，对地热资源的勘查与开发利用仍将呈逐年增长之势。

在地热采暖、农业温室方面的开发利用会进一步扩大。

温泉康乐保健、医疗洗浴等效益高的开发利用仍将得到相应的发展。

但是同时要进一步研究、调整、有效保护和合理开发地热资源的相关政策，以有利于实现地热资源的可持续利用。

加强与相关部门的协调，尽快淘汰地热开发中存在的只采不灌、尾水排放温度高、资源利用浪费严重的项目，以减少地热资源的浪费，加强地热资源的保护。

此外，应当加大地热水回灌的倾斜性政策，加强动态监测和基础研究等相关工作，为建设“绿色北京”，“美丽北京”和“生态北京”发挥更大的作用。

参考文献：
[1] 宾德智.刘延忠.白铁珊等.1999年.北京市21世纪初期地热资源可持续利用规划.北京市地质矿产局
[2] 孙颖.刘久荣.韩征等.北京市地热资源开发利用状况[j].安徽农业科学，2009.37（16）：7564-7566.
[3]增瑞祥.王治.张进平等.2000年.北京市房山区良乡地区地热资源综合评价报告.北京市地质工程勘察院
[4]北京市国土资源局.2006年.北京市地热资源2006—2020年可持续利用规划
作者简介：
张进平，男（1974-），安徽省临泉县人，工程师，主要从事地热资源勘查与评价方面的工作。