地热资源开发利用中地质环境问题探究

李沿英

（山西双良再生能源产业集团有限公司 山西太原 030032）

引言

在社会经济的快速发展下，环境污染问题和能源问题愈发严重。而作为新兴的清洁能源，地热能具有就地取用的优势，环保性强，可对当前能源紧缺问题进行有效改善，促进节能减排工作的落实。但使用地热能源的过程中，也会造成一系列的地质环境问题，因此需要加强对地质环境问题的防范、治理，规避地质环境的危害事件。

1 地热资源开发利用的方式

地热资源指的是地底岩石热能及其伴生的可用物质，地热流体的热能以及有关的伴生物可用物质。按照不同的标准对地热资源进行分类时，温度指标下，可以将地热资源划分成低温地热能、中温地热能、高温地热能，其中低温地热能的温度不超过90℃，中温地热能的温度处于90 ～150℃之间，高温地热能的温度超过150℃；按照储存状态的不同，可以将地热资源分为干热岩地热能型资源、水热型地热能资源、地压型地热能资源；以地区热和地热田形成要素作为依据对地热资源进行分类，可以将地热资源分为沉降地形资源、岩浆盆地地热资源、隆起断裂性资源。因此，地热资源类型各有不同，提供的能量大小之间具有差异性，获取热能的方式差别大，在地热能源的利用中，针对地热资源进行开发和使用，需要采取不同的方法，如利用热泵技术开发地热能源、地下水地源热泵系统技术和中低温地热水直接利用技术等。

1.1 热泵技术

利用热泵技术开发和使用地热资源，其原理是借助高低位能将热量从低位热源传递到高位热源中，实现热力循环，再从高温介质，将热能传递到低温介质中。按热源形式对热泵进行区分，可以将其划分为水源热泵、空气源热泵和地源热泵，其中地源热泵在国内的应用率逐年增长。地源热泵使用地源热能，在家庭日常的取暖和制冷中适用性广。地源热能来源于土壤或地下水储热性能、低位热能，对地源热能进行大规模的合理开发和运用，可有效减少二氧化碳的排放量，改善其他类型能源消耗过程中形成的二氧化碳排放问题。

1.2 地下水地源热泵系统

地下水地源热泵系统中，热源端由回灌水井和抽水水井2 部分共同构成，在抽水泵的作用下，利用抽水井中的水资源，结合实际的生产需求，调整热泵装置温度，对运输装置进行调整之后，将水源输送到用户端，达到预期的制冷或供暖目标。而在地下水后期的处理中，需将作用后的地下水回灌至水井当中，保证地下水资源的总量稳定性，同时对地下水环境加强保护，达到理想的制冷和供热效果。但由于地下水地源热泵系统在运行中采用地下水回转的方式采集浅层地下水能源，因此受地下水成分较高的复杂度影响，容易出现管道受损、管道被腐蚀的情况。这就要求在利用地下水地源热泵系统技术进行地热资源的开发和利用时，需采取有效防腐蚀措施，保证管道性能安全，提高地热资源的利用和开发效益。

1.3 中低温地热水利用

中低温地热水利用技术在地热的直接利用过程中，不需要进行热电能量的转换，可实现对地热资源的直接利用。目前，我国中低温地热水利用技术发展快速，多行业生产从中获益，如地热供暖、医疗保健、养殖业、农业、温室种植业、灌溉业、矿泉水生产、工业生产、洗浴和旅游度假产业等。采用中低温地热水利用技术进行地暖供热时，是先将地下热水处理之后送入到转换器，然后对供暖系统中的水流进行加热，再通过暖气管道或地板将热水流入千家万户，实现供暖目标。特别是在北方地区利用热泵技术开发和使用中，低温地热水资源取得了理想的技术应用效果。此外，地热水中还含有丰富的矿物质元素，医疗保健价值高，温泉洗浴、医疗保健和地热养殖对地热资源的开发和使用效率较高，创造了一定的社会经济产值[1]。

2 地热资源开发利用中产生的地质环境问题

2.1 热污染

目前，我国在开发和利用地热的过程中尚存不足之处。如，在地热水的利用过程中存在着单一化的问题，没有建立起多次利用梯级利用的良好局面，而且尾水的温度较高，对生态平衡会产生影响，诱发热污染问题。特别是利用地暖方式进行供暖，如果排放的尾水没有进行地热回灌等处理措施，就直接排放到生态环境中，将破坏生态平衡。这是因为地暖供暖尾水的温度在40℃左右，排放后的尾水会导致局部水体温度升高，还会引起水体缺氧，造成富营养化的现象，破坏水生生物的正常生长环境，影响水生生物的生长发育，造成生态失衡。另外，热污染还会导致水温不断升高，加快水分子的热运动速度，改变水体环境，使水面温度过高，诱发发热膨胀风险。除此之外，地暖供暖尾水还会使得垂直面上水汽的对流运动进一步加剧，加快液体蒸发的速度，导致陆地出现失水现象，诱发严重的缺水问题，增加热污染隐患[2]。

2.2 水环境污染

地热水中含有大量的硫化物和氯化物等物质，且地热水的温度较高，如果不经处理就被抽出流入到河流中，会严重破坏河流的水环境，诱发水污染，威胁人们的生活用水安全。我国地域辽阔，南北方地区不仅存在着明显的气候差异，还存在着一定差异性的水环境污染问题。我国南方的气候较为湿润，降雨量大且河流多，因此在该区域内，如果水量较小的地热水没有经过处理就直接排放到生态环境中，可能会被稀释，区域内的水环境也不会受到破坏。但我国北方地区，空气干燥、降雨量少，地热水如果没有经过处理就排放到生态环境中，会对河流、农田、地下水环境产生严重危害。此外，对地热水进行过度开采，还会导致水位大幅度下降，使沿海地区出现海水倒灌问题，污染沿海地区水环境，给我国生态环境建设和社会发展造成不利影响[3]。

2.3 土地污染

在地热资源的开发和利用过程中，对土地的威胁也不容忽视。土地污染是地热资源开发利用中最常见的危害问题，在对土地资源进行开发时，人们对地热资源进行开采，会选择地热采集地点建设采集站，并在采集站的生产和运行活动中构建地热水采集井，从而排放大量废水，而废水中含有大量的污染物会对土地造成污染，如废水中含有大量的化学元素，流入到土地后导致土地养分流失。另外，在开发和使用地热资源的过程中，构建地热水采集井时，还会破坏土地内部结构，增加土地结构不稳定的风险。

在地热资源的开发和利用过程中，还存在着土地盐碱化、土壤板结等地质环境问题。其中，土地盐碱化指的是土地中盐碱含量升高，盐碱排放过量导致的生态环境被破坏问题；土壤板结是指土壤表层出现了氧分和有机物质缺乏的现象，结构不良，受到降雨、农田浇灌等外部因素的影响，结构被破坏，出现了土料分散，干燥之后，在土壤内部产生内聚力作用，增加土面硬度，无法再继续进行农作物种植。土地盐碱化、土壤板结等地质问题是由于地热水排放时没有达到合理的排放标准，导致排放的废水中含有浓度过高的金属盐离子和重金属离子，无法在土壤中降解而造成的[4]。因此，如果不能及时补充腐殖质，就难以及时降解土地当中的金属盐离子和重金属离子等有害物质，随着时间的推移，土地盐碱化和土壤板结现象将会更加严重。

3 地热资源开发利用的地质环境整改策略

3.1 加强勘察与管理

在地热资源的开发和利用过程中，针对地热资源开发利用存在的污染问题、地质环境被破坏的现象，有必要加强勘察，了解热源情况，提高管理水平。国家应制定有关的法律法规，对地热资源开发利用进行科学地规划，提高地热资源的可持续利用水平，避免地热资源开发利用对周围环境的影响。有关部门应运用动态监测的方式，对地下热水地面沉降问题进行监测，建立起完善的监测网络，定期对地热井水位流量、水质、水温等情况进行监测分析，对比监测数据，加强对该区域内地热资源情况的全面了解。同时，在管理工作中，结合常见的地质环境问题进行防治，加强对监测数据的分析，结合地热资源的利用情况、排放情况，制定可行的管理方案，提高对地热资源开发利用的合理规划水平[5]。

3.2 引进人工回灌技术

防范地热资源开发利用造成的地质问题，可利用人工回灌技术对地热尾水进行处理。回灌处理的方法，可提升地热水的补给水平，增加地热水补给量，切实保障热储流体压力，加强地热井地热水流量的稳定管理。而且地热水资源还可以在人工回灌技术的应用下，针对地热尾水在周围环境中形成的影响，进行有效地整改，同时可加强对热污染问题的防控，降低热污染风险，实现地热资源可持续的开发和利用。另外，还可用梯级多次利用热资源的形式，对地热水资源进行开发，提高利用率，加强对地热尾水排放温度的控制，用回灌方式处理地热水尾水资源，按照排放标准要求，防范再次污染的风险，消除安全隐患[6]。

3.3 合理科学规划

在对地热资源进行开发时，防范地质问题、环境问题，还需从统筹规划的角度进行科学、合理地设计和开发活动。对地热井进行科学地布设，结合当地热储层类型和具体的热能分布情况，在平面上同层热储井位的布设中，保持分布的均匀性；对地热井的实际生产量加强严格控制，按照规范的批准要求，对开采量进行调控，从宏观控制的角度，对地热水取水量的平面分配加强合理控制，对不同地段地热水开采量长期存在差距过大的问题进行防治。在条件允许的情况下，应鼓励地热开发企业在国家的优惠政策支持下进行地热回灌，对地面沉降问题进行防治，减缓地热开发造成的地质问题和土地污染。铺设密封专用管道，并利用原有的小型沟渠，在已有基础之上进行开挖和进一步的修缮，利用通海小型沟渠的功能，专门用于废弃热水的排放，防范地热风险，加强地热回灌技术应用[7]。

3.4 建设地热开发示范基地

结合各区域内地热资源的特征潜力以及社会需求，对地热资源进行合理开发利用。建立示范区，对地热资源进行集中化使用，促使地热开发利用的产业化发展；建立综合利用的开发示范基地，将大公司集中连片开发的模式引入其中，建设地热资源梯级开发示范基地，对地热水资源进行循环利用；建立示范基地示范区，结合本地实际情况，构建起适应性较强的地热资源开发模式利用模式，向市场化运作的方向探究，集中地热种植、养殖、休闲度假、温泉保健、城市供暖、地热发电、恒温仓储等产业，提高地热资源的开发利用率。建立起健全完善的监测系统，切实降低地热资源开发利用中对地质环境造成的影响，防范环境问题，掌握地热流体的规律，评价地热资源的开发和应用情况，加强环境监测，从统筹布局的角度进行规划。站在前瞻视角，对地热资源勘察的方向、利用的方向进行探究，革新技术手段，预测技术成果，长期实施地下水水位检测、水质检测、地面标高监测，掌握水温条件的变化情况，防范环境负效应问题。一旦出现了地面沉降、地下水污染的风险，工作人员立即采取有效措施，制定可行的防治方案进行处理。而相关部门也应加强对回灌情况、排放情况的监测，对环境负效加强有效防范，制定回灌方案，严格按照技术规范标准和水质净化的标准要求，对地热资源加强合理的开发使用[8]。

结语

综上所述，在对地热能进行使用的过程中，不可避免地会在一定程度上破坏地质环境，因此在地热资源应用的过程中，技术人员应针对地热资源开发和利用的方式，加强对问题的总结，预防地质环境问题的进一步发展、蔓延，并在保证环境条件不被破坏的形势下，对地热资源进行利用，提高地热资源的开发利用率，防治环境问题，提高地质环境的保障水平。