我國淺層地溫能資源分區探討

鄭桂森，欒英波，白凌燕

（1.北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195；2.北京市地質調查研究院,北京 102206）

我國淺層地溫能資源分區探討

鄭桂森1，欒英波1，白凌燕2

（1.北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195；2.北京市地質調查研究院,北京 102206）

淺層地溫能資源蘊藏在地下巖土體內，其儲藏、運移及開采利用均受到地質和水文地質等條件的嚴格制約。本文依據新構造運動、地形地貌、氣候、第四紀地質和水文地質條件，利用mapgis軟件空間分析功能，對全國淺層地溫能資源進行了概略區劃，共分為5個大區、16個亞區。

中國；淺層地溫能資源；區劃

能源、環境和可持續發展等備受世界各國關注。目前我國采取了強有力措施發展清潔可再生能源，積極倡導低碳經濟行動，作為清潔可再生資源的淺層地溫能得到了迅速發展。目前，全國應用淺層地溫能供暖、制冷的建筑物面積近8000 104m2，對改善能源結構、節約資源和保護大氣環境，將起到示范作用。

淺層地溫能是一種積蓄在地下（0～200m）的自然資源，是地球深部的熱傳導和熱對流與太陽輻射共同作用的產物[1-3]。它分布廣泛、埋藏淺、可持續利用，并可作為化石能源的替代資源，減少溫室氣體排放[2]。雖然我國淺層地溫能資源開發利用起步較晚，但是在資源評價、適宜性區劃、回灌技術、經濟分析等方面取得了一定成果[1-8],在資源開發前必須進行地質勘查評價。我國幅員遼闊，氣候差距較大，資源需求不同，為合理高效利用各地區的地熱資源，有必要對我國地溫能資源進行區劃。

1 地溫能資源分區目的及區劃考慮因素

（1）地溫能資源分區目的

揭示淺層地溫能資源區域分布規律，客觀反映各地區淺層地溫能資源區性質和特征，展示資源分布與地質條件的關系，標明各地區對地溫能資源的需求情況，為勘查開發利用指明方向。

（2）地溫能資源區劃考慮的因素

淺層地溫能資源是存在地下巖土體中的一種可再生的新型能源。在不同的地質條件下，淺層地溫能開發利用規模、方法不同。本文以新構造運動、地形地貌、氣候、第四紀地質和水文地質條件等為依據，對全國淺層地溫能資源進行分區。

①新構造運動。地球上所有的地質體無一不被地質構造分割和連接，也是各地質體之間能量傳遞的界面。新構造運動直接影響和決定地貌的發育過程及其形態特征（圖1），同時也決定著一個地區的大地熱流和地溫梯度分布特征。

圖1 中國大陸新構造期構造略圖[9]

②地形地貌。我國內陸地形呈階梯狀分布，以青藏高原為核心，自西向東呈臺階式下降，把中國陸地分成了3級階梯。我國這種地形地貌特征對水文、氣候、淺層地溫都有深刻影響，它們共同構成了淺層地溫資源的自然地理背景。

③氣候。我國地域廣闊，不同地區年平均氣溫有很大差異，人們對資源需求不同，如暖溫帶地區人們制冷需求大于供暖。

④第四紀地質。地表以下0～200m范圍內巖土體是地殼中地溫能儲藏、傳遞、散失的物質基礎。熱導率是巖石地層熱物理性質重要參數之一，不僅決定地溫場的展布形態，而且也是淺層地溫能資源量計算和工程設計計算的關鍵因素。影響松散堆積物熱導率因素要比固相巖石復雜的多，其中顆粒的大小、形狀、排列方式，孔隙度，含水率，物質成分等都是影響熱導率的因素。

⑤水文地質條件。水的各種物理性質使其具有獨特的功能，它既能搬運又能儲存一定能量，能影響淺層地溫能資源賦存、儲量和開采潛力，制約淺層地溫能資源利用。淺層地下水不僅對垂向溫度有影響，在水平方向上影響也非常明顯，地下水可把巖層或松散層中熱量帶出或帶入，形成溫度重新分布。

2 地溫能資源區劃

以新構造運動造就的地形地貌巖土體分布特征將我國地溫能資源劃分為5個大區；在大區劃分基礎上，以氣候帶分布范圍為主，以第四紀地質和水文地質條件為輔，進一步分為16個亞區，表示在同一個大區不同氣候帶內不同第四紀地質、水文地質、地溫梯度和熱流值等特征。

利用GIS軟件空間數據分析功能能，將影響淺層地溫能資源分布的新構造邊界、地形地貌、第四紀地質等單要素圖層進行相互疊加，生成綜合地溫能資源區劃圖。我國共劃分5大區16個亞區（圖2），其資源分區特征如下（見表1）。

圖2 中國淺層地溫能資源分區略圖

表1 中國淺層地溫能資源分區特征表

Ⅰ區：包括東北平原、華北平原、長江中下游平原。該區是我國地勢的第三階梯，地勢平坦開闊，區內第四系松散堆積物主要由沖洪積粗 細碎屑物組成，少量海積和殘積物；水文地質條件各具特色；全區跨3個溫度帶，全區按照氣候帶劃分為3個亞區。

Ⅱ區：包括蒙古高原、黃土高原、塔里木盆地、柴達木盆地等區域。從地勢上看屬我國的第二階梯，區內有流水、風成、剝蝕、冰川地貌等；松散沉積物有殘坡積、風積、冰積、沖洪積等多種類型；區內平均降水量500mm，但分布極不均勻；全區跨3個溫度帶，按松散堆積物特征和氣候分帶將全區分為5個亞區。

Ⅲ區：東南沿海地區。區內松散層土層主要以殘積為主，沿水系分布沖洪和湖積物，濱海區發育海積物；基巖主要是結晶巖類，裂隙發育。按所處氣候帶劃分為2個亞區。

Ⅳ區：云貴高原和四川盆地地區。區內主要松散堆積物為殘坡積、沖洪積物；基巖為古生代至中生代碳酸鹽巖類。由于降水量豐富，廣泛發育巖溶洞穴裂隙水，形成了強烈對流條件下地溫場。淺層地溫能資源豐富，但其開發利用有一定難度與風險。根據氣候帶分布，將Ⅳ劃分為2個亞區。

Ⅴ區：主要是青藏高原分布區。地勢上是我國第一階梯，平均海拔4000m以上。地貌類型繁多，河流湖泊、冰川、高山、溝谷均發育。跨中溫帶、高原寒帶、亞熱帶和邊緣熱帶4個氣候帶，空氣稀薄，日照時間長。松散堆積物主要是沖洪積、湖積、冰積和殘坡積。根據氣候帶將本區劃分4個亞區。

3 結語

本文從新構造運動、地質條件、巖土體熱物性條件、氣候、水文地質條件的角度，對全國淺層地溫能資源進行了概略區劃，為規劃合理利用淺層地溫能資源，提供了一定的地質基礎。全國區域淺層地溫能應用調查研究是不夠的，作者希望有關領導部門予以支持。

[1] 韓再生，冉偉彥，佟紅兵等.淺層地熱能勘查評價[J].中國地質，2007，34（6）: 1115～1121.

[2]衛萬順，鄭桂森，冉偉彥等編著.北京淺層地溫能資源[M].北京:中國大地出版社,2008.

[3]國土資源部.淺層地熱能--全國地熱（淺層地熱能）開發利用現場經驗交流會論文集[M].北京:地質出版社,2007.

4］孫曉光，林 豹，王新北.地源熱泵工程技術與管理.北京：中國建筑工業出版社，2009.

[5]衛萬順，鄭桂森，欒英波等，淺層地溫能資源地質勘查評價體系探討.城市地質，2010,5（1）:1～6.

[6]許苗娟，姜 媛， 謝振華等.基于層次分析法的北京市平原區水源熱泵適宜性分區研究. 城市地質 , 2009，4（1）：18～21.

[7]衛萬順，李寧波，冉偉彥等.淺層地溫能開發利用中的關鍵問題研究.城市地質，2009，4（3）:1～5.

[8] 王 均,黃尚瑤,黃歌山.中國地溫分布的基本特征[M]. 北京：地震出版社, 1990:80～100.

[9]萬天豐著，中國大地構造學綱要. 北京：地質出版社，2004：200～205.

[10] 陳善雄, 陳守義. 砂土熱導率的實驗研究[J ]. 巖土工程學報, 1994, 16 (5): 47～53.

[11] 胡圣標,何麗娟,汪集旸. 中國大陸地區大地熱流數據匯編（第三版）[J].地球物理學報，2001,44(5):611～623.

[12] 肖 琳,李曉昭,趙曉豹等.含水量與孔隙率對土體熱導率影響的室內試驗 [J].解放軍理工大學學報，2008,9(3):241～246.

[13]蘇天明,晏長根,俞 縉等，南京地區土體熱導率性質測試分析.工程地質學報，212～215，2006.

[14] 胡玉祿,胡紅文，邱希青等.華北地溫場垂向變化[J].地質與可持續發展-華北六省一市地選科技論壇文集. 2003,124～126.

Discussion on the Zonations of Shallow Geothermal Energy Resources in China

ZHENG Guisen1，LUAN Yingbo1，BAI Lingyan2

(1.Beijing Geology Prospecting & Developing Bureau, Beijing 100195; 2.Beijing Geology Survey, Beijing 102206)

The shallow geothermal energy resources are contained in the ground. Their storage, migration and exploitation are strictly restricted in the geological and hydrological conditions. Based on the theories of the new tectonic movement, topography, climate, Quaternary geology and hydrological conditions, using the spatial analysis software of MapGIS, we study the shallow geothermal energy resources in China，and divide the zones of geothermal energy resources into fve major areas, sixteen sub-areas.

China；Shallow geothermal energy resource；Zoning

TK521

A

1007-1903(2011)01-0012-05