第二节 河北雄安新区地热资源地质特征及其开发利用前景

闫岩 陈思雨 张迪

摘要：本文总结了雄安地区地热资源的地质构造蕴藏条件、开发利用现状、地热产业的资源潜力以及开发利用前景。一方面，综述前人勘探研究成果，全面提取雄安地区地质控热的综合信息，另一方面，合理总结规划、开发、可持续利用与保护的对策。为建设绿色、智慧、现代雄安新城，提供资源保障和规划依据，为雄安新区地热能源的发展提供理论参考。

关键词：雄安新区 地热地质 应用现状 前景分析

地热能作为一种无污染能源，与太阳能、风能和水能相比，地热能能源丰富，零排放和资源稳定引起了各界的关注。与其他能源相比，地球内部的温度超过5800℃，地球上存储的能量（热）是取之不竭的。同时在缓解能源供应压力和改善生态环境方面发挥着重要作用，地热能得到了政府和企业的青睐。中国有丰富的地热资源，约为3.06×1018kWh/yr，占全球能源储备总量的7.9%。我国地热资源分布不均匀，但又具有明显的规律性和地域性。近年来，在全国地热资源开发潜力评价方面，Wang等（2010）总结了我国目前地热资源勘查评价的主要问题，并提出了今后的主要任务和方向。Guiling Wang等（2013）通过不同的方法和模型，对中国浅层地热、深层盆地型地热和干热岩的资源潜力进行了评价和总结。姜光政等（2016）根据最新的大地热流数据更新了中国大陆地区的大地热流图并估算了大陆地区（3～10km）的地热资源。2017年4月1日，中共中央、国务院决定设立河北雄安新区。新华社评论这是以习近平同志为核心的党中央作出的一项重大的历史性战略选择，是千年大计、国家大事。按照习近平总书记的指示，首先就是建设绿色、智慧、现代新城。要想打造绿色、低碳的新城，关键是如何选择能源。经济新常态下，能源和其他重要矿产资源的需求总量仍将处于高位，清洁低碳能源需求将持续增长。由于开发程度较低，雄安新区城市建设基本是从零开始。雄县作为华北地区首座“无烟城”，在清洁能源方面有着独门“秘籍”。地热资源是该区重要的清洁能源，有良好的开发利用基础。早在1989年，雄县地热田就被确定为“全国中-低温地热资源综合开发利用示范区”，2010年被国土资源部命名为“中国温泉之乡”。开创了“取热不取水”的“雄县模式”。必将有效推动雄安新区的经济发展，促进京津冀大气环境有效改善。本文对雄安地区地热资源的地质构造蕴藏条件、地热产业的资源潜力、开发利用现状及前景进行了介绍。一方面，综述前人勘探研究成果，全面提取地热控热的综合信息，另一方面，总结规划、开发、可持续利用与保护的对策。为雄安新区智慧之城建设提供规划依据和理论参考。

一、雄安新区地热资源特征

雄县是雄安新区三个核心县之一，位于华北平原中部，北京市南部、天津市西部。区位优势显著，雄县、安新县和容城县与北京、天津的距离都在110km左右，交通通达。雄县拥有丰富的中-低温地热资源。中国地质科学院、中国科学院等研究结果表明，该地热场总面积为360km2，深度为500～1500m。占区域总面积的60%，总热水储量＞100 × 109t。在63～94℃的温度范围内，约等于6×109t标准煤的能源。

（一）区域地质构造特征

区域构造特征与其所处的大地构造位置及构造演化历史密切相关，并与能源的形成与分布规律息息相关。任何一个地区的地质构造形迹是该地区地质构造长期演化的综合反映。对地质构造的充分了解，对于地热资源的识别与开发是极为重要的。雄县地热系统位于牛驼镇SW部。雄县地热田主要地热储层为新近系多孔砂岩和岩多溶裂隙白云岩组成。其中松散的第四系砂砾石沉积层覆盖了热水储集层。早期和晚期的新生界地层也可形成热水富藏层。其基岩为新元古界青白口系、蓟县系、长城系地层，也可能包含热水储层。雄县牛驼镇隆起的边界由四个主要断裂组成，分别是牛东断裂、牛南断裂、荣成断裂和大兴断裂，推断这是由晚侏罗到早白垩纪的叠加造成的，多期次构造体系的复合部位往往有热泉出露。换言之，区内构造格局制约了地热资源异常区分布规律的布局。

（二）雄安地区地温展布规律

研究区地温分布带主要受地质构造格局制约。新生界平均地温梯度为3.5℃/100m，地热异常带的延伸方向常与构造带相平行，一般呈NE向展布（郑丽英，2015）。高温异常区与基岩隆起区相对应，研究区在1000m（图2-2a）、2000m（图2-2b）、3000m（图2-2c）深处温度分别为55～70℃、85～100℃、105～125℃（图2-2）。研究区属于上地幔隆起区，地壳厚度34～37km，区域地热背景值较高（1.11-2.53HFU），中国科学院地质研究所地热组（1978）计算得出华北平原地幔热流为0.57HFU，莫霍面温度为560℃。因此，研究区莫霍面较浅，温度较高，具有较高的地热背景值（图2-2d）。

（三）雄安地区地温场特征

京津冀地区地温梯度较高，主要集中在3～4℃/100m，平均地温梯度为3.5℃/100m（图2-3），其中雄安地区所在的冀中坳陷平均地温梯度为3.34℃/100m（常恩祥，1989）。牛驼镇-高阳-宁晋-新河凸起区地温梯度较高，达3.2～6.0℃/100m，是冀中坳陷主体地温高异常带。局部为高热流（＞80m W/m2），该区域大地热流值的分布和变化特征总体反映了基底的构造形态和凹凸相间的构造格局，显示了京津冀地区具有较高的热流背景。

二、雄安地热资源开发利用现状

雄安新区周围几个县均有地热异常，其中包括雄县、容城、安新县等。20世纪70年代，在石油勘探过程中发现了地热资源。对于该地区的研究，可追溯到20世纪80年代，地质构造、地热储层以及地热形成机理的结果表明，雄县牛驼镇地热系统是华北平原最大的地热系统之一。许多学者都曾计算估算过该地区的热能潜力（中国科学院地质研究所地热组，1978；陈墨香等，1982；周瑞良等，1989；阎敦实等，2000；郑丽英，2015）。30多年来，雄县地热水温度为50～85℃，主要用于雄县和固安县的冬季采暖、温室园艺、游泳池、洗浴和工业用途。由于近年来的开发利用大幅度增加，需要对地热田进行适当的管理，以确保地热资源开发的长期可持续性。雄县是雄安新区划定的三个核心县城之一，有“中国温泉之乡”的称号，雄县地热田位于牛驼镇隆起，总面积640km2，雄县境内约320km2。雄县地热区的可采热量估计为2.5×1018J。雄县地热水已经使用了30多年，地热能使雄县成为一座副符其实的“无烟城”，县城基本上实现了CO2、SO2和粉尘的“0排放”。并且热水化学成分检出多种对人体有益的微量元素，这些元素呈离子状态，容易被皮肤吸收，进入肌体发挥作用。热水pH为7.5～9。属中-低温弱碱性地热水，主要用于冬季采暖（N年11月15日-N+1年3月15日）、温泉旅游和温室农业。目前该地区有6口井用于种植和养殖。主要产品有蔬菜、鲜花和鱼类。大部分销售到北京、天津等周边城市。根据地质环境和发展规律，雄县的地热发展可分为三个区域：①县城区采暖区；②县城北部地热生产区；③县城南部地热旅游观光带（图2-4）。

三、地热资源可持续开发与利用

总的来说，京津冀地区地热资源基数大，分布广泛。地热资源系统有许多积极的社会特性，比如可忽略不计的CO2、SOx、NOx和微粒排放，以及土地和水的高效使用。因此地热资源是取代化石能源的一个最有吸引力的选择。地热能源的直接利用是最古老、最通用也是最常见的利用地热能源的方式之一。目前，我国地热能源的基本模式已经形成。西藏的羊八井是以地热发电为特色。北京、天津和西安都有地热供暖。重庆、大连地区广泛使用地下水和海水源热泵供暖和制冷。东南沿海地区大力发展地热休闲旅游产业。华北地区以种植、养殖和休闲度假产业开发而闻名。雄安地区地热资源潜力巨大，因为这里的基岩埋深较浅，很容易被开发出来。而且具有适宜的水温、质量和产量，可用于取暖（制冷）、种植、温泉度假及矿泉水生产等产业发展（图2-5a）。地热水温度为50～85℃（图2-5b）。未来的发展计划包括多个新井的钻探，以扩展地热种植和养殖区域，开发特色京津冀休闲旅游、智慧农业等创新产业（图2-5c）。雄县的旅游项目主要位于白洋淀周边的旅游区开发。今后可将集中在此开发一些旅游新业态项目，“万众创新、大众创业”背景下新的旅游创客空间依托“京三角”地热资源实现全社会地热新型产业旅游项目推进，如区域旅游生活圈、度假村、医疗疗养中心、热带水族馆、热带植物、花圃观光园等（图2-5d）。

四、雄安地热资源开发利用前景评价

（一）因地制宜改善环境

雄安地区地热开发始于1972年，20多年来，这一区域一直是中国北方地热综合利用最大的中-低温地热区。1989年被国家确定为全国中-低温地热资源综合开发利用示范区，2010年被国土资源部命名为“中国温泉之乡”。截至2016年，雄县实现了地热供暖面积达385×104m2，地热供暖覆盖了95%以上的城区，惠及人口近8.9×104人，城区居民供暖支出年可节约1500×104元。2009年8月，河北省政府与中石化新星公司签订战略合作协议，推动中国首个“无烟城”建设。每年可节约煤炭5.55×104t，减少CO212×104t, SO20.28×104t，燃煤粉尘0.51×104t，对于改善空气质量大有利处。2014年2月，原国家能源局局长吴新雄在雄县主持“全国地热能开发利用现场会”，总结推广完全依靠地热资源取暖的“雄县模式”，要求京津冀有条件地区大力借鉴。2014年11月，“京津冀地质生态环境协同发展高层论坛”多位地热专家建议京津冀三地联手大力开发清洁的地热资源，认为地热能应用不仅是治理雾霾的重要举措，同时也是节能减排的有效途径。《支撑服务京津冀协同发展地质调查报告（2016）》显示，京津冀地区水热型地热资源每年可开采流体热量折合标准煤2.5×109t，目前年开采量仅占可采量的0.4%，主要用于供暖（制冷）、休闲旅游疗养、种植养殖等，其中直接采用地下热水进行供暖的建筑面积7.1×107m2。从这些数据我们就可以看出，雄安地区具备发展地热资源的极大潜力。

（二）国家战略定位支持

“京三角”对于区域快速发展将起到巨大的实验、带动和示范作用（胡保林，2017）。2017年4月1日，中共中央、国务院决定设立河北雄安新区。消息一出立即引起各界高度关注。习近平总书记指出，规划建设雄安新区要突出7个方面的重点任务，明确打造雄安现代化生态城市。但是要想打造绿色、低碳的新城，关键是如何选择能源。国家发展改革委、国土资源部及国家能源局共同编制的《地热能开发利用“十三五”规划》中明确，“十三五”时期新增地热能供暖（制冷）面积11×109m2。到2020年，地热供暖（制冷）面积累计达到16×109m2。地热能年利用量折合7000×104t标准煤，地热能供暖年利用量4000×104t标准煤。京津冀地区地热能年利用量达到约2000×104t标准煤。根据河北省“十三五”发展规划，雄安新区所在保定市为河北省禁煤区，将在2017年10月底前完成除电煤、集中供热和原料用煤外燃煤“清零”工程。可以预见的是，在雄安新区未来的发展建设过程中，雄县一项项地热资源应用的成功案例，必将有效推动雄安新区的经济发展，促进京津冀大气环境有效改善。而雄安新区作为千年大计，其设计必然前无古人，必然中外唯一，雄安新区在为整个人类趟一条可持续发展的绿色智慧之路。

（三）央企助力清洁能源产业

关于雄安新区的四个定位，第一个就是建设绿色生态宜居城市，央企在绿色能源方面也将大有作为。13家央企表态助力雄安新区建设。中国石化集团将在已有基础上继续加大地热能开发利用。中国石油将大力发展天然气业务，培育发展地热等新能源。中国海油将为绿色发展提供充足的清洁能源。中国华能集团公司将大力发展天然气发电、分布式、地热能等清洁能源，为打造绿色生态宜居新区贡献力量。中国石化20世纪90年代开始探索开发利用地热能，走在国内地热能开发利用的前列，所开创的“雄县模式”堪称地热界的典范。可推广、可复制，行业引领作用明显。截至2017年5月，中石化已将“雄县模式”发展至河北省容城、博野、辛集、东光、故城等15个市（县）区，促使河北供暖能力达1500 × 104m2。“十三五”期间，继续推广复制“雄县模式”，将开发打造20座“无烟城”，实现新增供暖、制冷面积1×108m2，新增地热发电装机容量50×104k W。同时，地热产业的投资不仅活跃了大企业的新兴板块，而且对推动地区发展起到了至关重要的作用。“地热+”将成为雄安新区设立以来的第一个重大投资领域。中国石化新星公司在河北雄县召开了现场会，计划2017年在雄安新区新增清洁能源供暖面积1000×104m2。

（四）人民群众迫切需求

雄安新区地处京津冀腹地，这一地区是目前国内大气污染防治形势较为严峻的区域之一。尤其是冬季采暖季，大气污染发生频率高、污染程度重，探索冬季清洁供暖，综合治理大气污染，建设“深呼吸”城市，雄安新区肩负着重任。缓解清洁能源供应紧张局面、治理大气污染，对我国城市利用地热资源替代燃煤供暖具有重要的推广意义。随着能源短缺，气候变化和环境污染变得越来越严重，国内外知名的社区有一个共同观点就是开发利用清洁能源。我国全面构建社会主义新农村，农村清洁能源是非常重要的发展形式。雄县有近30年的发展和使用地热能历史。此外，雄县胡家台村是新农村建设试点单位之一，有丰富的地热能源。胡家台村有1350人，420户，两个地热井。地热采暖面积3.5×104m2，每年的地热水量可达8×104m3。总加热面积达到13×104m2，需要开发3×104m3的地热水。目前，一个地热井可以产生200m3的地热抽水，井头水温为64℃，可充分满足地热采暖需求。根据《地热资源地热勘探规范》GB / T 11615-2010，当地热能加热面积增加3.5×104m2时，可节省6190t标准煤，约合人民币约62万元。加热面积为13×104m2，相当于22994t标准煤，可以节省230万元（表2-5）。地热能源不仅可以改善居民的生活质量，而且进一步加快绿色智慧新城文化构建。为河北乃至全国建立一个典型的模式。同时，当前京津冀一体化发展，特色旅游产业的涌现，带动休闲旅游的转型和升级，可以促进以温泉为主导的休闲旅游娱乐项目的旅游业发展。随着雄安新区经济的不断发展，对新能源的需求日渐迫切，各地对地热资源勘查呼声不断高涨，地热资源作为一种新能源不仅会改善当地环境，还会带动人才培养体系建设、下游产业装备制造等地热产业的发展，因而地热资源在雄安新区的开发利用前景广阔。

五、合理开发利用对策与建议

合理开发利用对策与建议具体有：①积极吸引社会资金，形成服务发电、居民取暖、旅游、农业等多用途高效综合利用盈利模式，建立全国地热资源综合利用示范基地。②有效政策支撑，保障地热资源的合理开发利用。《地热能开发利用“十三五”规划》也明确指出，在“十三五”时期，要组织开展地热资源潜力勘察与选区评价，在“取热不取水”的指导原则下，进行传统供暖区域的清洁能源供暖替代推广。③建立专家库，设立专门管理或协调机构。成立地热资源专业委员会。各级政府、开发区管委会也分别设立相应的工作机构，为地热资源开发利用的规范发展、合理建设、科学运行发挥重要组织作用。④推动示范工程建设，带动地区地热资源开发利用。在现有成果的基础上，建立地热资源勘查评价技术标准，进一步开展雄县及周边地区地热资源潜力评价，摸清资源家底，建立符合本地实际的示范工程，摸索方法，总结经验，逐步推广。⑤加强建设管理，完善体系应对挑战。不得不承认，经过30多年的开采，雄县地热井水位的最大降幅达到了90m，导致地热水资源开采难度增加。地热能的发展虽前景广阔，但在推广和普及的过程中也面临着诸多挑战。