山东省地热资源及其开发利用的生态环境意义

徐军祥¹ 刘桂仪² 任书才³

（1.山东省地矿局，济南250013；2.山东省地矿工程集团有限公司，济南250013；3.山东省地矿工程勘察院，济南250014）

作者简介：徐军祥（1961—），男，教授级高级工程师，研究方向为水文地质与环境地质。

摘要：本文通过对山东省地热资源分布特征、地热地质条件及地热资源勘查开发利用现状的分析，提出了地热资源勘查开发规划的建议，对山东省地热资源的远景进行预测，为有关部门制定长远发展规划和指导全省地热资源勘查开发提供依据。

关键词：地热资源；地热区；开发利用

当今地热能已成为继煤炭、石油之后重要的替代型能源之一，也是继太阳能、风能之后又一重要的绿色新能源。地热资源集热能、水资源为一体，除可以用于地热发电以外，还可以直接用于供暖、洗浴、医疗保健、休闲疗养、养殖、种植、纺织印染、食品加工等方面。此外，地热资源的开发利用可带动地热资源勘查、地热井施工、地面开发利用工程设计施工、地热装备生产、水处理、环境工程及餐饮、旅游度假等发展，是一个新兴的产业，可大量增加社会就业，促进经济发展，提高人民生活质量，社会经济和环境效益明显，具有广阔的开发前景。

1 地热资源分布特征

山东省是我国地热资源较丰富的省份。目前，除日照、莱芜市外，其他15城市均发现有地热资源。据统计，全省自然出露温泉15处，人工揭露地热钻孔100余个。山东省地热资源多以可直接利用的中低温地热资源为主，其特点是热储分布广、类型多、埋藏深度适中，以中低温为主，开发利用条件较好。据山东省地矿局调查成果，初步估算全省3000m以浅可利用地热资源量约为3.1863×10²⁰J，相当于150亿吨标准煤所燃烧的热量，可开发用于采暖、工业利用、供热水、洗浴、保健、疗养、娱乐、温室育种、种植、养殖、矿泉水生产和农业灌概等，是名副其实的中低温地热资源大省。根据地热资源的可开采量推算，若能充分进行产业化开发，潜在的经济效益每年可达百亿元以上。同时，每年还可以解决数万人的就业问题，利于社会安定，经济效益、社会效益和环境效益都将不可估量。

根据热储所处的地质及构造条件、热储类型、岩性及空隙特征、热储埋藏及形态等综合因素划分，山东省可划分为鲁东地热区、沂沭断裂带地热区、鲁中南地热区和鲁西北地热区等四个地热区。

鲁东地热区：鲁东地热区位于沂沭断裂带以东，以山东半岛为主体，行政区划包括威海、烟台、青岛市全境和潍坊、日照的部分地区。是地热温泉出露较密集的地区，地表热显示明显，出露温泉13处。其中中温温泉7处，中高温温泉6处。

沂沭断裂带地热区：位于沂沭断裂带内，包括潍坊、临沂、日照的部分地区。本区自然出露中高温温泉1处（汤头温泉），人工揭露地热露头（地热孔）1处。

鲁中南地热区：位于沂沭断裂带以西、齐河-广饶断裂以南和聊城-兰考断裂以东的广大区域，包括莱芜、济宁、枣庄全境和潍坊、淄博、济南、菏泽、聊城、德州和滨州市的部分地区。该区地表热显示较少，自然出露温泉1处（桥沟温泉），温度较低；人工揭露的地热露头（地热孔）17处。其中低温地热孔7个，中温地热孔7个，中高温地热孔2处。

鲁西北地热区：鲁西北热储区包括齐广断裂以北和聊考断裂以西的地区。包括东营、滨州、德州和聊城市的大部地区及菏泽市的部分地区。该区是全省地热资源分布最广的地区，人工揭露的地热露头（地热孔）67处。

2 地热地质条件

2.1 鲁东地热区

该区发育两隆一坳（胶北隆起、胶莱坳陷、胶南隆起），称鲁东“人”字形构造，两隆一坳大致呈东北—北东东走向。新构造活动较强烈，新构造断裂发育，由南往北活动强度增大。鲁东地热区的胶北、胶南隆起基岩岩性均以花岗岩、变质岩为主，岩石脆性较强，本身渗透性能很差，主要靠裂隙和破碎带导水。热异常的分布受构造控制，温泉均出露于两组断裂交汇处或不同岩体接触带，地下水在补给区沿断裂深循环经深部地温加热后在水力压差的作用下在合适构造部位上升至浅部形成热异常。热储均分布于地下水排泄区，一般位于沟谷、山间盆地和山前平原中，热水的补给区位于地形较高的丘陵地带。胶北隆起由于新构造活动较强，使其中的断层时常处于张开状态，裂隙不易被封堵，导水能力增强，从而为地下水深循环创造了条件，所以鲁东热储区14处温泉中有13处位于胶北隆起。胶南隆起新构造活动则较弱，其中的多数断层由于侵蚀和水化学沉淀作用逐渐封闭，不利于地下热水循环系统的形成，所以该隆起区至今未发现地热异常。

热储区地热系统均为深循环对流型。热储埋藏较浅，盖层为第四系沉积层，厚度一般小于50m，保温条件较差。热储类型为裂隙性带状热储，热储岩性主要为中生代花岗质岩石及早寒武纪变质长英质类岩石。热储层厚度180～280m。各热储多为相对独立的热水构造系统，相互之间无明显的水力联系。相邻热储中的水化学成分相近，但水温及化学组分含量存在一定差别。热储成因是大气降水沿断裂、不同岩体接触带下渗至深部，被围岩加热后沿通道上升至浅部，储集在渗透性良好的岩层中形成的。热储温度受断裂构造控制，水温较高，一般65～90℃。地热水矿化度较低，一般500～2500mg/L，水化学类型复杂，以HCO₃·SO₄—Na、Cl—Na、Cl—Na·Ca为主。地热田热储空间形态不规则，受断层控制，平面上多呈带状或椭圆状，其长轴方向与控热断裂走向一致，空间形态似不规则的蘑菇状，分布面积小，一般小于1km²。

2.2 沭断裂带地热区

该区为山东省地震多发区，新构造活动强烈，区内有4条主干断裂自西向东依次为鄌郚-葛沟断裂、沂水-汤头断裂、安丘-莒县断裂、昌邑-大店断裂。从深部构造看，沂沭断裂带热储区为莫霍面隆起带，大地热流密度62mW/m²，高于两侧热储区。沂沭断裂带是一个地壳薄、上地幔高、电导层浅为背景的高温地热带。地热系统为深循环对流型，热储类型为裂隙型带状热储，分布于凹陷内，凹陷两侧的凸起区为热水补给区，区内较高热流值和较发育的新构造断裂为地热系统的形成创造了条件。热储岩性以早寒武纪变质花岗质岩石及大厚度的中生代火成岩、砂页岩及为主，所以在凹陷边缘和理想的构造部位可以形成热储。热储层厚度150～250m，热储面积不大，埋深一般在200m以浅，水温60℃上下，矿化度在3000mg/L左右。

2.3 鲁中南地热区

鲁中南热储区在大地构造单元上为鲁西隆起区，以微山湖-济宁-平阴为界线，根据热储的不同特征进一步划分为两个亚区，即鲁中南丘陵山地和鲁西南潜隆起区。该地热区自晚侏罗世以后，在燕山运动和喜马拉雅山运动作用下，使原来统一的基底发生破裂，沿断裂形成一系列的凸起带和凹陷带，凸起带遭受剥蚀，凹陷带接受中新生代沉积。鲁中南丘陵山地亚区莫霍面埋深较大，大地热流密度48～50mW/m²，属山东省热流值最低的地区。该区地热异常一般位于凸起和凹陷的交接带附近及控制凹陷的北西向、北东向、东南向新构造断裂交汇处。鲁西南潜隆起亚区在靠近丘陵山区的地带为地下水径流积极交替带，地下水活动对其地温场影响较大。根据地层和构造特征以茌平东面的牛角店-琉璃寺断裂为界分为南、北两段，北段为泰山凸起北缘，为地层向北缓倾斜的单斜构造，新生代地层下伏古生界石炭-二叠系和奥陶-寒武系。南段由一系列凸起和凹陷相间排列组成，凸起区新近系下伏泰山群和下古生界，凹陷区沉积了较大厚度的新生界和中生界侏罗系地层，其下为古生界。

鲁中南丘陵山地亚区热储类型为带状热储及寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙层状热储，热储岩性前者为早寒武纪裂隙较发育的变质岩，热储厚度150～260m；后者主要为石灰岩，热储厚度120～200m。为深循环对流型。温泉及地下热水井多分布在NW向与近SN向、NE向或近E向断裂交汇部位上或中生代岩体与古生代灰岩接触带上。水化学类型Cl—Na型或Cl·SO₄—Ca·Na型。矿化度为4500～1700mg/L，地热井水温27～71℃。鲁西南潜隆起亚区北段热储为奥陶系灰岩及石炭系、二叠系砂岩、灰岩，热储具有断裂带状兼层特征，富水性差别较大。南段热储主要为奥陶系岩溶裂隙热储和新近系孔隙热储，以传导型为主。奥陶系灰岩热储主要分布于阳谷、菏泽、青堌集凸起，水温50～60℃，面积较大，兼具层状和带状热储特征。热储埋深一般介于200～1600m之间。水温40～80℃之间，热水矿化度400～3500mg/L，水化学类型SO₄·Cl—Na·Ca型。

2.4 鲁西北地热区

鲁西北地热区属于在华北地台上发展起来的中、新生代断陷盆地的一部分，它以太古宙变质岩系为基底，其上发育一套以海相碳酸盐岩为主的下古生界及海陆交互相至陆相的上古生界。鲁西北地热区莫霍面埋藏浅，具有较其他热储区相对较高的热流值和富水性较强的热储层，是热水资源开发潜力最大的地区。区内地热水补给源为大气降水，补给方式为侧向径流补给。地热系统总体上以热传导为主的大地热流作用机制下形成的温热水型地热资源，在凸起区基岩热储中深大断裂带附近也有存在对流型地热系统的可能。其形成与分布受地质构造及地层岩型性的控制。热储系统分为孔隙型为主，局部分布有岩溶-裂隙型。地下热水主要赋存在新古近系碎屑岩孔隙-裂隙、寒武-奥陶系岩溶-裂隙和太山群变质岩系裂隙中。盖层由厚度900～1000m的粘性土与砂性土组成，热源主要来自地壳深处及上地幔传导热流。碎屑岩热储水温40～80℃，基岩热储50～90℃，地温梯度一般3～4.5℃/100m。

新-古近系层状孔隙热储是一套以巨厚河流相为主的砂岩与泥岩互层沉积，厚度一般500～1300m，底板埋深一般700～1600m。主要热储层为馆陶组与东营组热储。下古生界岩溶裂隙型热储分布于凸起区新生界或上古生界地层下，呈岛状零星分布，面积较小。岩溶裂隙型热储兼有层状和断裂带热储的特征，热储特点取决于地质结构和岩溶发育状况，直接为新近系覆盖的灰岩热储的富水性较石炭-二叠系掩盖的高得多。在断层附近富水性最强，温度也较高，远离则富水性差、温度低。岩溶裂隙型热储是区内重要的热储层，相对新生代热储具有水温、富水性较高的特征。根据鲁西北热储区13口岩溶裂隙型热储地热井资料，灰岩热储富水性差别较大，岩溶裂隙型热储热水矿化度较高，达6.30～14.37 g/L。

3 地热资源勘查开发利用现状

山东省地热资源勘查工作始于20世纪50年代。1958年山东省地矿局在胶东半岛招远、文登、威海、即墨等地开展了地热勘查工作，在原来温泉出露点的基础上发现了一些热水点。至1996年，先后对临沂汤头、威海、招远、济南、淄博傅家镇、牟平龙泉、肥城安驾庄等地热田（点）进行了勘查。20世纪90年代末以来，随着各级地方政府对资源环境问题的重视，山东省地热资源勘查工作又有了较大的进展，先后完成了黄河三角洲、济南西北部、鲁北地区等重点地区的调查工作，并对数十个有地热前景的县区的重点地段进行了勘查工作。在层状热储分布的菏泽、聊城、德州、滨州、东营、济南等地区等新近施工地热井30余眼，水温在42～80℃之间。目前，全省地热田勘查累积勘查达140余次，累计投入资金5000余万元。

山东省在地热利用方面具有悠久的历史，据有关资料记载，最早可追溯到1000年以前。正式作为资源开发始于20世纪20年代，但仅仅用于洗浴。改革开放以来，特别是20世纪90年代以来，山东省以保健疗养与供暖为主要目的的地热开发项目发展较快，但与兄弟省市和丰富的地热资源相比差距较大。目前，全省统计到的地热开发单位46个，主要开发项目有温泉洗浴、采暖、游泳、生活供热水、种植、养殖及旅游度假等项目，其中2003年全省地热采暖面积5.5×10⁵m²，比2000年的3×10⁴m²增长了17倍，是全国增长速度最快的省份。

4 山东省地热资源开发利用的生态环境意义

山东省结构性污染十分突出，二氧化硫等主要污染物排放总量居全国前列，主要城市环境质量处较低水平。山东省属燃煤型大气污染，特别是在冬季采暖期尤其突出，煤炭对大气污染的贡献率在70%以上。煤炭燃烧排放的污染物质对生态环境，特别是对人体健康危害较大。二氧化硫、氮氧化物、臭氧、一氧化碳等排放物可造成人体呼吸系统疾病，肺癌发病率上升。据有关研究资料，大气污染与肺癌发病率密切相关。附着在颗粒物上的多环芳烃通常是引起肺癌的主要物质，以苯并（a）芘为代表，它是煤炭在一定温度下燃烧的产物，空气中苯并（a）芘的浓度增加万分之一，将使居民的癌症死亡率上升5%。开发利用地热资源用于采暖等，将改变能源结构，大大减少由燃煤产生的空气污染，大幅度提高城市的生态环境质量，促进居民的身体健康可生活质量。许多国家在节约传统能源的同时，利用地热资源以发挥其显著的生态环境效益。由于地热能取代了大部分燃油和燃煤，冰岛首都雷克雅未克的大气环境得到了根本性的改善，温室效应的罪魁祸首二氧化碳的含量已由1960年的27万吨减少到了2000年的3 千吨（减少了98.9%）。得益于地热开发带来的清洁空气，冰岛刚刚成为联合国命名的三个最适合人类居住的国家之一。天津蝶泉小区利用地热供暖，与燃煤锅炉供暖比较，仅4×10⁴m²地热采暖一项，减少二氧化硫排放18 t/a、烟尘30 t/a、煤灰580 t/a。

山东省地热资源分布广、储量丰富，为开发用于采暖等奠定了良好基础。济南、东营、德州、聊城、菏泽、临沂等大中城市和其他城市的部分地区均可利用地热采暖。目前，德州、东营、聊城、菏泽等城市在地热采暖等有了良好开端。德州城区地热采暖由1998年的空白发展到2003年3.0×10⁵m²，仅此每年减少二氧化硫排放135t/a、烟尘225t/a、煤灰4250t/a。东营市在3年内，地热采暖增加2.5×10⁵m²。按照该市地热资源开发利用规划和趋势预测，未来10年全市地热采暖将发展到1.5×10⁶m²，由此每年减少二氧化硫排放675 t/a、烟尘1125 t/a、煤灰21750 t/a。预测未来10年全省地热采暖面积将达到6.4×10⁶m²，每年减少二氧化硫排放2880t/a、烟尘4800t/a、煤灰92800t/a（表1）。

表1 山东省地热采暖及减少污染物质排放量预测统计表

续表

5 地热资源勘查开发规划建议

地热属于不可再生或再生能力较差的资源，从这个意义上看它和区内天然气、煤等矿产资源具有相似的勘查开发性质。地热资源勘查开发是高风险、高投入的产业，为减少盲目性、少走弯路，对地热资源的远景进行预测，为有关部门制定长远发展规划和指导全省地热资源勘查开发提供依据。

5.1 地热资源勘查开发条件评价

5.1.1 地热勘查开发条件良好区

鲁西北地热区的临清坳陷地热亚区全部，济阳坳陷地热亚区的大部及埕宁隆起亚区的部分，鲁东地热区胶北隆起和胶莱盆地北部边缘地带，聊东-阳谷凸起、菏泽凸起和青堌凸起西段等地热资源潜力巨大。在可及深度2000m内，新古近系热储和古生界寒武-奥陶系热储地热资源极为丰富，水质良好，水温适中，且勘探开发条件优越。特别是新古近系热储热储埋藏较浅，勘探技术难度小，费用低，是地热勘查开发的首选区。

最具勘查开发前景的县市为：东营市的河口、东营区和垦利、利津县及广饶县北部地区；滨州市滨城、阳信、沾化、惠民及博兴等县区；德州市德城、临邑、平原、禹城、齐河、夏津、武城等县市区；聊城市的东昌府、阳谷、临清、冠县、莘县、高唐等县市区；菏泽市的鄄城、东明、牡丹、曹县及定陶等县区；济南北部的商河、济阳县及天桥、历城区北部；泰安市肥城；烟台市的招远、牟平；威海市的环翠及各地热露头等。

5.1.2 地热勘查开发条件较好区

地热勘查开发条件较好区包括鲁西北地热区的埕宁凸起地热亚区，沂沭断裂带地热区的凹陷部位及南段的沂水-临沂一带，鲁西地热区的东阿牛角店-临淄-寿光-牛头镇隐伏奥陶系灰岩段。这些地段地热资源潜力较大，地热资源丰富。新近系馆陶组热储厚度较薄，开发价值不大，但寒武-奥陶系热储顶面埋深浅，勘探技术难度不大。

有勘查开发前景的县市为：滨州市的邹平与无棣；德州市的宁津、乐陵、庆云及陵县西北部；聊城市的茌平；淄博市的高青、桓台、周村、张店、淄川及临淄；章丘、蓬莱、泰安、沂南、莱芜、曲阜、新泰等地。

5.1.3 地热勘查开发条件一般区

鲁西地热区的临淄以东至昌邑-大店断裂区，胶莱盆地中生界下伏的元古宇灰岩、大理岩段等，地热资源潜力较大。新近系馆陶组热储厚度薄，资源量小。寒武-奥陶系热储资源量较大，且顶界面埋深较浅，勘探开发技术难度不大。

勘查开发前景一般的县市有：长清、平阴、潍坊、青州、诸城、安丘、高密、昌乐、昌邑、莱州、栖霞、牟平、海阳、平度、即墨、胶南、胶州、荣成、乳山、东阿、汶上、东平、宁阳、兖州、泗水、五莲、郓城、梁山、成武、单县、鱼台、滕州、平邑、莒县、莒南、临沭、郯城、蒙阴、沂水等。

5.2 主要勘查开发热储评价

山东省地热资源分布广泛，潜力可观。新古近系热水和部分古潜山寒武-奥陶系岩溶裂隙热水，赋存在可及深度2000m范围内，它们是今后寻找和勘探地热资源的主要目的层。

（1）在齐河-广饶断裂以北和聊城-兰考断裂以西的鲁西北地热区，包括临清坳陷、济阳坳陷的凹陷区和埕宁隆起的乐陵、庆云、无棣凸起区，新近系馆陶组及古近系东营组热储热储层为主要勘查开发的对象。

（2）在齐河-广饶断裂以南和聊城-兰考断裂以东的鲁西地热区，寒武-奥陶系碳酸盐岩类岩溶-裂隙热水是勘查开发的主要目的层。在埕宁隆起区及临清坳陷、济阳坳陷凸起区内在勘查开发新近系馆陶组热水的同时，可兼顾下古生界奥陶-寒武系碳酸盐岩类岩溶-裂隙热水的勘查与开发。鲁西地热区的凸起和凹陷的交接带附近及控制凹陷的北西向、北东向、东南向新构造断裂交汇处也应该成为勘查的重点。

（3）鲁东地热区勘查开发为胶北隆起和胶莱盆地北部边缘地带温泉密集区与胶莱盆地下伏的元古宇灰岩、大理岩地段。

（4）沂沭断裂带地热区勘查开发以凹陷边缘和理想的构造部位早寒武纪变质花岗质岩石及大厚度中生代火成岩和砂页岩为主，同时，注重近沂沭断裂带两侧的条带状地区。

5.3 地热资源开发利用评价

山东省地热资源属中、低温热水型，适于直接开发利用。但由于水质、水量的差异，在直接利用中有不同的用途。在地热丰富的鲁西北地区，新近系明化镇组下段温度较低，一般为35～45℃，水质好，矿化度为1～2g/L，可直接用于生活用水和工农业用水。新近系馆陶组热水温度45～70℃，矿化度为2～15g/L，富含对人类健康有益的多种微量元素，适用水热兼用，可用于取暖、洗浴、疗养、温室种植与水产养殖等方面的综合利用。东营组及奥陶-寒武系碳酸盐岩类岩溶裂隙热水，其温度较高，矿化度高（为5～20 g/L的咸水），富含多种对人体有益的微量元素和氡等放射性元素，适用于水热兼用。重点开发利用于医疗保健、温泉度假、采暖、种植养殖及工业工艺流程等。其他地区，由于地热资源量偏小，相对应的热量低，多以自然出露的温泉为主，除部分地段满足供暖要求外，一般适用于温泉疗养。

6 地热资源勘查开发利用与保护对策建议

山东省地热资源的勘查与开发利用，在总体上处于局部、零星的初期阶段。随着改革开放和区内社会经济的迅速发展，区内城市现代化水平不断提高，地热作为绿色环保能源，其开发利用价值越来越高。地热资源的勘查与开发，应以城市及重点经济发展区为中心，进行重点勘查和开发试验，为全省地热资源的综合开发利用，提供示范性经验。

（1）正确认识地热资源的特点。地热资源是在特定的地质、构造、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的。由于埋藏深，补给途径远，再生能力弱，其资源量是有限的，并非取之不竭。要保持其资源的长期性连续稳定开采，做到有计划合理开发利用，防止盲目无序随意开采造成资源的流失和环境地质问题的发生。因此，必须重视和做好地热资源的保护工作。

（2）制定并严格执行地热资源开发利用保护规划。为了科学合理开发利用和保护地热资源，其开发利用应遵循开源与节流并举和开发与保护并重的方针；根据不同用途，分层开采，分层管理地热资源。

（3）地热资源的勘查与开发利用，要紧密结合生态省建设，城市环境保护、旅游开发和高效生态农业发展等进行。通过地热资源的开发利用，以改善和保护环境，拉动经济发展，促进消费，提高人民的生活水平。

（4）地热资源的勘查与开发利用，应贯彻“探采结合”、“梯级开发，一水多用”的综合开发利用方针，坚持“先易后难、先浅后深、深浅结合”的原则。对于地热资源丰富，热异常集中，且交通地理位置优越的鲁西北地热区的中心城市，进行集中勘查与开发。加强地热开发利用研究，以开发地热资源为依托，发展洗浴、医疗、养殖及旅游业。充分利用石油勘探开采的废油井开发地热资源，在综合研究的基础上，寻找可行性的技术方法与路线，改造部分废石油井为热水井

（5）建立地热资源保护区。依据经济发展和人民生活的需要，制定地热资源合理开采方案和环境保护方案。在开发过程中，必须按地热资源的埋藏与分布状况，制定布井方案，严格按照热水的可采量开采，防止因过量开采导致资源枯竭和地面沉降等环境地质问题。

（6）加强地热资源开发中的动态监测工作。地热资源量是有限的，再生能力弱，在开采过程中，将会使其水位、水量、水质、水温随开采过程而发生变化。为了及时监测地热资源开发中的动态信息，不致因过量开采产生地面沉降、热水资源枯竭等环境地质灾害，应加强地热开发中的动态监测工作。