(天津地熱勘探開發設計院)
本文在分析天津地熱田地質背景和分布特征的基礎上，對天津淺層地熱能的特點進行了初步探討，並對今後淺層地熱能的調查研究提出了建議，以便更科學合理地開發。
如今，成熟的熱泵技術使得淺層地熱能的利用成為現實。淺層地熱能以其儲量大、利用方便、對環境危害小等優點，逐漸進入能源利用階段。如今，越來越多的目光轉向了這個潛力巨大的能源寶庫。這種極具市場前景的新能源對緩解我國優質能源瓶頸、改善環境質量起到積極作用。然而，目前熱泵系統的推廣非常盲目，很多項目在沒有充分調查和評估當地能源儲備的情況下就匆忙上馬，導致地源熱泵系統工作不正常，影響了地源熱泵系統的進壹步推廣和應用。因此，淺層地熱能的基礎研究是壹個非常具有前瞻性的課題。
天津依山傍海，地下蘊藏豐富的淺層地熱能。30多年來，地熱工作者在地熱研究領域開展了大量的探索和相關研究工作，取得了豐碩的科研成果。但由於科技水平的限制，以往的地熱能開發只集中在40℃以上的地熱水，對淺層地熱能的研究幾乎是空白。如今，隨著熱泵等高新技術的發展，地熱能的利用範圍大大擴大，潛力巨大的淺層地熱能不再沈睡。相關利用已在多個示範項目中陸續開展，其基礎調查研究也成為用戶和管理部門關註的焦點。
淺層地熱能的形成與該地區的地質背景密切相關。不同地區的地層發育和構造特征不壹樣，地熱流也不壹樣，所以蘊含的能量也不壹樣。從地質構造和地溫場特征分析了天津淺層地熱能的地質背景和特征。
1的地質背景
1.1的結構特征
在中國大地構造體系中，天津屬於華北準地臺北部，壹級構造單元，橫跨燕山地臺褶皺帶和華北斷陷區兩個二級構造單元，兩者之間以寧河-寶坻斷裂為界，斷裂以北為基巖出露或淺埋區，屬於燕山地臺褶皺帶中段的二級構造單元吉寶龍褶皺。本區發育的斷層以近東西向為主。
寧河-寶坻斷裂以南為平原區，屬華北斷陷區東北部，二級構造單元。分布於太行山隆起帶以東，燕山褶皺帶以南，向東延伸至渤海。是中、新生代形成的斷陷和坳陷盆地，自西向東進壹步劃分為冀中坳陷、滄縣隆起和黃驊坳陷三個三級構造單元，分別以古近系缺失線和滄東斷裂為界。斷層可分為三組:NE-NE向、NW向和近EW向。北北東向斷裂包括滄東斷裂、天津斷裂、白塘口西斷裂、白塘口斷裂和白塘口東斷裂，北西向斷裂包括海河斷裂、漢沽斷裂和寧河斷裂，東西向斷裂包括王曹莊斷裂和牛蹄河斷裂。這些斷層中活動性最強的是NE向斷層。當然，就整體相對特征而言，這幾組斷層也具有多期活動和相互剪切的特點。斷層多為繼承性斷層，壹般特點是規模大、產狀陡、切割深、傾向各異。東西向斷層壹般向南傾斜；大部分NE-NNE向斷層傾向東南，部分傾向西北。NW向斷層壹般傾向西南。這些斷層大多是正斷層，或者說主要是正斷層。它們中的壹些穿過水晶基底和地殼，而另壹些穿過莫霍面並到達上地幔。這些斷裂控制著盆地及其二級和三級構造單元的發展和演化。隆起與凹陷的交替排列和多期斷裂的交叉分布構成了天津的地質構造格局。
1.2地層發育概況
天津北部主要是山區和淺基巖區，新生界地層較薄，壹般在200m左右；由於新生代以來強烈的斷陷活動，南部平原沈積了巨厚的新生代地層，相應地層發育良好，為壹套砂泥巖互層的碎屑沈積。自上而下分別為第四系、新近系明化鎮組和館陶組、古近系東營組和沙河街組及孔店組。冀中坳陷和黃驊坳陷新生代地層厚3000余米，滄縣隆起區新生代地層厚65430米。新生代下發育中生代至中元古代基巖地層。
2地熱田特征
根據多年地熱勘探結果，寧河-寶坻斷裂以南新生界地層較為發育，厚度達800m以上，是理想的儲熱蓋層，具備儲存淺層地熱能的條件。在勘探深度4km範圍內，地殼淺部地溫分布受基巖凹凸相間的地質構造格局控制，在平面上呈高低交替的壹定帶狀分布。溫度相對較高的區域與隆起的基巖區壹致，溫度相對較低的區域與凹陷的基巖區相對應。以地溫梯度3.5℃/100米等高線為界，將該區劃分為10個地溫異常區(圖1)。地熱異常區主要分布方向為北北東向，部分為北西向，大部分分布在滄縣隆起和凹陷的凸起部位。海河斷裂、滄東斷裂和白塘口西斷裂等深大斷裂分別對山裏子地熱異常區、萬家碼頭地熱異常區和王蘭莊地熱異常區的分布起著重要的控制作用。因此，地溫場在平面上的分布主要受地質構造的影響。
3天津地區淺層地熱能特征概述
寧河-寶坻斷裂北部大部分是山地，只有少數地區是淺基巖區。松散的新生界厚度多為2℃/100m ~ 300 m，不利於熱量的維持。此外，由於強地下水徑流的幹擾，地熱溫度明顯降低，與平原地區正常的地熱增溫規律明顯不同，導致地熱梯度普遍較低，約為2℃/65438。
在寧河-寶坻斷裂以南的廣大平原地區，新生界地層從地表到地下垂直可分為三個地熱帶:表層0-30m為溫帶，其溫度主要受太陽輻射熱流、地表巖石和植被、建築物等因素影響，具有日變化、年變化和多年變化周期。溫度幅度隨深度增加而降低，在30m左右深度為地熱恒溫帶，基本不受氣候影響，基本穩定。恒溫帶以下是地熱增溫帶，其溫度主要受地球深部熱流、巖石熱導率、地質構造、水文地質等因素影響。總的規律是，地熱溫度也隨著深度的增加而增加，增加的幅度隨地熱升溫速率的不同而不同。
圖1天津地熱異常區分布圖
從地溫場的分布特征可以看出，寧河-寶坻斷裂以南的廣大平原地區蘊藏著大量的淺層地熱能。由於不同地區地熱熱流分布不同，在同壹深度範圍內，地熱能儲量和可再生能源也不同。在相同能量需求下，地熱異常區采集深度淺，反之亦然。據統計，全區地溫梯度2 ~ 6.31℃/100 m，25℃埋深168 ~ 605 m，40℃埋深349 ~ 1355 m，參照區域熱物性參數13粗略估算。相當於標準煤1.23×109t標準煤，相當於電能1.0×1013kw·h，在等溫層及其以下的淺層周期性提取能量時(冬季提取熱量，夏季提取冷量)，地溫也會周期性地提供這種能量。
淺層地熱能雖然豐富且可再生，但其開發利用應針對不同地區的不同水文地質條件，如采集規模、開采方式等有選擇性。當這種抽取超過壹定量時，地溫就會像彈簧壹樣不可挽回地“變形”，不僅影響經濟和安全，還會造成地下水文地質條件的破壞。
總而言之，這個地區蘊藏著豐富的淺層地熱能。地熱能作為壹種清潔的低品位可再生能源，不僅穩定、天然、可常年重復利用，而且潛力巨大，環保性能巨大，作為新能源不容忽視。只要集能設計合理，技術手段得當，熱泵系統能量平衡相對穩定，淺層地熱能的開發利用前景廣闊。
4 .關於淺層地熱能調查和評價的建議
4.1調查淺層地熱能的特征和評估淺層地熱能儲量所需的參數。
由於天津地區含有淺層地熱能的層位不是以往地熱工作的重點，缺乏第四紀乃至明化鎮組上段的資料，包括準確的巖土密度、巖土比熱、流體密度、平均比熱、巖土孔隙度等熱物性參數資料。同時，在地熱井的物探測試中，500米的淺層基本沒有物探測井，其巖性也沒有系統的資料可查。因此，偵查工作的布局應著眼於發現。需要的主要數據和參數有:地層巖性及分布範圍、埋深、垂直地溫梯度變化、巖土密度和比熱容、巖土孔隙度等。
4.2全區基礎地質資料的全面收集
在地溫調查及相關研究工作中，收集資料是壹項不可忽視的基礎工作，對了解該領域的研究程度和工作安排起著至關重要的作用。主要收集全區基礎地質、構造地質、鉆探(包括油井、地熱井和部分第四紀井)、物探(包括數字地震、大地電磁測深、高精度重力、航磁)、化探、水文、地熱等資料，進行綜合分析整理，了解工區工作程度和存在問題，針對需要解決的問題安排工作量，避免重復工作。以往的研究重點是深層地熱井，對第四系井和明化鎮組上段頂部的資料關註較少。因此，該資料的收集是分析該區地質構造特征和地層(特別是13.5 ~ 40℃之間地層的巖性、分布、產狀、埋深和厚度)的壹個關鍵點。
4.3開展野外淺層地熱地質調查。
野外調查是地質調查的主要手段，是地熱田調查的基礎，因此本項目是調查的必要組成部分。通過對全區現有井的分布、取水斷面和含水層的溫度、淺層地熱能的利用現狀和地熱能開采量的調查，可以更好地了解區域內可利用工作的現狀，為各項工作的布置提供依據。
4.4地球物理勘探
(1)現有物探成果二次解釋。根據人工地震、重磁和鉆孔地球物理測井資料，分析了該區地層發育、構造位置和斷層發育特征，查明了斷層的活動性和時代，確定了其對淺層地熱的影響。在淺層地熱能的調查研究中，物探工作不同於以往的工作。首先要結合近幾年的資料和其他工作，對現有的物探資料，特別是重磁資料進行二次開發，然後在必要的區域安排適當的物探工作。
(2)大地熱流和地熱場調查。在淺層地熱能的調查研究中，最關鍵的參數之壹是地熱流值。主要通過鉆孔測溫查明該區地溫的空間變化規律，並測定不同地層的地溫梯度。同時采集相應層段的巖石樣品，測定巖石的熱導率。
5鉆井工作
在淺層地熱能的調查研究中，如何獲取合理的參數是解決問題的關鍵，獲取參數的方法可以利用現有的鉆孔，但現有的壹些條件無法滿足，有些領域甚至是空白，如垂直地溫梯度、地層熱物性參數等。，所以壹般需要安排必要的鉆孔工作，鉆孔盡量結合當地利用規劃和需求，鉆孔布置在有代表性的位置。根據沈積物的不同沈積環境，自北向南、自西向東排列，目的是查明巖性、構造、構造、地溫變化、熱儲滲透率、地熱流體壓力、其物性和化學成分，獲得有代表性的計算參數。
6.建立淺層地熱能綜合利用示範基地
淺層地熱能調查中後期，為促進成果社會化，應結合調查建設淺層地熱能綜合利用示範基地，設計供熱供冷區，選址，購置設備，安裝調試，跟蹤評估運行情況。最後，應提交壹份全面的調查和評估報告，為熱泵技術在這壹領域的適用性提供壹個範例。
如今，能源已成為經濟發展的“指南針”，天津淺層地熱能豐富。迫切需要對其進行研究和開發，這必將為天津的可持續發展和環境保護做出積極的貢獻。