導(dǎo)語：地?zé)豳Y源開發(fā)的環(huán)境問題研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

熱巖開發(fā)最早于1984年在美國FentonHill試驗(yàn)成功并進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行發(fā)電，隨后世界許多國家相繼進(jìn)行了大規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)與商業(yè)開發(fā)，但受技術(shù)能力和設(shè)備裝置等條件限制，我國從2007年才開始相關(guān)研究，目前處于探索試驗(yàn)階段，尚未進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行［5～8］。地?zé)?/a>資源與其他常規(guī)能源相比有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的優(yōu)勢，但在開發(fā)利用過程中仍會對環(huán)境造成影響，主要包括對地下水、地表水、生態(tài)、土壤、大氣以及聲環(huán)境等造成的影響。但不同地區(qū)由于地?zé)崮茴愋偷拈_發(fā)利用方式不同，則對環(huán)境的影響亦不同，因此需要將地?zé)?a href="http://828857.com/lunwen/guanlilunwen/hbgllw/201305/551474.html" target="_blank">資源開發(fā)利用過程視為一體，基于地?zé)峁こ陶麄€(gè)生命周期的觀點(diǎn)來分析地?zé)豳Y源開發(fā)利用全過程中的環(huán)境問題，才能全面地評價(jià)熱資源開發(fā)過程的環(huán)境影響，以為地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中的環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1地?zé)豳Y源的開發(fā)利用過程

淺層地溫能和深層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用過程包括勘查與評價(jià)、開采利用和運(yùn)營管理等階段，其環(huán)境影響伴隨整個(gè)過程［9］。勘查與評價(jià)階段主要通過采用航衛(wèi)片圖像解譯、地質(zhì)調(diào)查、地球物理、地球化學(xué)、地?zé)徙@井、產(chǎn)能測試和動態(tài)監(jiān)測等技術(shù)方法進(jìn)行綜合性勘查，查明地?zé)岬刭|(zhì)背景，確定地?zé)豳Y源可開發(fā)利用的地區(qū)及合理的開發(fā)利用深度［10］；開采利用階段主要包括地下熱水的開采、傳輸、供熱和回灌等過程；運(yùn)行管理階段主要包括動態(tài)監(jiān)測、設(shè)備維護(hù)和人員管理。

1．1淺層地溫能的開發(fā)利用過程淺層地溫能開發(fā)利用主要有地下水源熱泵和土壤源熱泵兩種方式。熱泵機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)和換熱器組成，在能量轉(zhuǎn)換時(shí)需要消耗一定的輔助能量（一般為電能），在壓縮機(jī)和機(jī)組內(nèi)部制冷劑共同作用下，從環(huán)境（地下水、土壤）中吸取低品位熱能，然后轉(zhuǎn)換為高品位熱能釋放至循環(huán)介質(zhì)中加以利用。地下水源熱泵系統(tǒng)的熱源為地下熱水，冬季熱泵機(jī)組從生產(chǎn)井提供的地?zé)崴形諢崃?，提高熱能品位后，對建筑物供暖，取熱后的地?zé)崴毓嗟叵?；夏季則生產(chǎn)井與回灌井交換，將室內(nèi)余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，實(shí)現(xiàn)降溫或制冷。土壤源熱泵系統(tǒng)的原理與地下水源熱泵系統(tǒng)大體相同，區(qū)別在于前者的熱源為土壤。由于土壤源熱泵系統(tǒng)和大部分地下水源熱泵系統(tǒng)都為能量循環(huán)利用模式，即只取熱不取水，所以淺層地溫能整個(gè)開發(fā)過程中對環(huán)境的影響相對較小，主要是熱泵機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲，以及勘查、鉆井過程中占用場地造成的生態(tài)破壞和土壤擾動等環(huán)境問題。

1．2深層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用過程深層地?zé)崮荛_發(fā)利用可分為直接利用和間接利用兩種方式。間接利用主要指發(fā)電，用于發(fā)電的地?zé)崃黧w一般要求在180℃甚至200℃以上才比較經(jīng)濟(jì)［11］。直接利用對水溫要求相對較低，包括供暖、洗浴和養(yǎng)殖等。地?zé)峁┡こ贪ǖ厣喜糠趾偷叵虏糠?，地上部分主要為地?zé)嵴荆渲邪惭b除砂器、除鐵罐、換熱板、循環(huán)泵和補(bǔ)水箱等配套裝置，通過運(yùn)輸管道將熱能輸送給用戶；地下部分包括水泵抽水和地?zé)嵛菜毓啵艿刭|(zhì)條件限制，有些地區(qū)難以回灌，尾水直接或進(jìn)行多級利用后排放到城市污水管道。地?zé)岚l(fā)電工程需要安裝發(fā)電機(jī)組、凝氣器和工質(zhì)泵等。地?zé)崴丛」こ瘫容^簡單，直接將地?zé)崴ㄟ^運(yùn)輸管道送往用戶，從經(jīng)濟(jì)角度考慮往往與地?zé)峁┡こ坦灿靡惶咨a(chǎn)井和部分運(yùn)輸管道，或者將地?zé)嵛菜糜谙丛?。對深層地?zé)崮苋糸_發(fā)利用過程中能實(shí)現(xiàn)完全回灌，則對環(huán)境的影響較小，主要是產(chǎn)生噪聲和對大氣環(huán)境的影響；若不能實(shí)現(xiàn)回灌，則對環(huán)境的影響較大，尤其是對生態(tài)環(huán)境的影響較大（見圖2）。此外，在地?zé)峁こ探Y(jié)束時(shí)，還須對地?zé)釓U井和廢棄裝置進(jìn)行妥善處理。

2地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題

2．1地下水環(huán)境問題地?zé)豳Y源開發(fā)利用對地下水環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在水質(zhì)、水位（資源問題）和水溫（熱污染）三個(gè)方面。（1）水質(zhì)問題。深層地?zé)崴|(zhì)因地而異，其成因決定了地?zé)崴V化度較高，往往富含微量元素和重金屬元素。如圖1和圖2所示，隨尾水排放、異層回灌或鉆井階段井壁套管破裂，高礦化地?zé)崴畷M(jìn)入淺部地下水并與之混合，導(dǎo)致淺部地下水水質(zhì)改變。已有水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，我國北方某些地?zé)衢_發(fā)區(qū)淺部地下水中礦化度和含氟量較高［12］。（2）資源問題。深層地?zé)崮苜Y源往往埋藏深，地下熱水補(bǔ)給緩慢且補(bǔ)給量小，若長期無回灌的持續(xù)開采必將造成地下水位持續(xù)下降，不但會造成地?zé)崮茉蠢速M(fèi)，而且會導(dǎo)致地?zé)豳Y源枯竭，并產(chǎn)生地面沉降或塌陷等一系列次生地質(zhì)災(zāi)害。（3）熱污染問題。地?zé)崴?jīng)過一級或多級次利用后溫度降低，但相對于地下水而言其尾水溫度仍較高，如我國西藏羊八井熱田尾水溫度為70～80℃，華北地區(qū)的天津、河北雄縣地?zé)嵛菜_(dá)40℃以上［13］，當(dāng)?shù)責(zé)嵛菜疂B入地下后，由于其溫度較高會打破地下水原有的溫度場平衡，導(dǎo)致局部地下水水溫升高。

2．2大氣環(huán)境問題地?zé)崴型琀2S、CO2等氣體，排放到大氣中會影響周圍的大氣環(huán)境。H2S氣體對人體危害較大，濃度低時(shí)能麻痹人的嗅覺神經(jīng)，濃度高時(shí)可致人窒息而死。CO2是地?zé)釟怏w中的主要成分，含量可高達(dá)80％～95％［13］，若任意排放，會加劇溫室效應(yīng)。此外，熱泵機(jī)組中冷凝器和蒸發(fā)器所用的工作介質(zhì)（如R22、二氟一氯甲烷）排放到大氣中也會影響臭氧層。地?zé)峁こ淌┕み^程中的揚(yáng)塵也會影響大氣環(huán)境，揚(yáng)塵主要來自平場土地、打樁、挖土填方、建造建筑物、材料運(yùn)輸和攪拌等過程，尤其在干燥無雨的有風(fēng)天氣，揚(yáng)塵對大氣污染較嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為增加大氣中的總懸浮顆粒物（TSP）的含量。

2．3地表水生態(tài)環(huán)境問題地?zé)豳Y源利用過程中對地表水的污染主要體現(xiàn)在水質(zhì)和水溫兩個(gè)方面，而受水水體水質(zhì)和水溫的改變將會引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題（見圖3）。一方面，地?zé)崴煤笕院写罅坑酂?，尾水溫度甚至可達(dá)40℃以上［13］，地?zé)嵛菜湃氲乇硭w后，受水水體的溫度升高，這會加速水中含氮有機(jī)物分解，導(dǎo)致地表水體富營養(yǎng)化；同時(shí)有機(jī)物分解會消耗水中大量的溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，影響水生生物正常生長；此外，地表水體水溫升高還將使水分子熱運(yùn)動加劇，水汽在垂直方向上的對流運(yùn)動加速，水體周圍土體中水分蒸發(fā)加速而造成土體失水，導(dǎo)致陸生動植物因生活環(huán)境改變而大量死亡或遷移，破壞了原有的生態(tài)平衡。另一方面，地?zé)崴蟹?、重金屬和其他有害元素，地?zé)嵛菜c受水水體混合后會影響受水水體水質(zhì)，但影響程度在我國南北方有所差異，如福州郊縣永泰鰻魚場地?zé)崴B(yǎng)魚后尾水排入附近的小溪，經(jīng)監(jiān)測表明溪水中氟化物的含量僅為0．56mg／L，遠(yuǎn)小于地?zé)崴蟹锏暮?5～15．7mg／L，而北京小湯山地區(qū)的地?zé)嵛菜苯优欧湃敫浇暮J河，河水中氟的含量由0．84mg／L增加到2．43mg／L［14］。這主要是因?yàn)槲覈戏接晁渑媲液铀髁看?，有限的地?zé)崴湃胨w后由于降雨和流動水的稀釋作用，氟和其他溶解性有害元素的含量明顯降低，其影響不顯著；在我國北方利用地?zé)崴┡饕性诙?，該季?jié)尾水排放量大且河水量較少，這會導(dǎo)致有些地方的地?zé)崴欧帕颗c河水量幾乎相當(dāng)，此種情況下地表水體受污染的程度相對較大。而受水水體水質(zhì)的改變則會影響到魚類及微生物等的生存。另外，在地?zé)豳Y源開發(fā)勘查與評價(jià)階段，以及鉆井過程和地?zé)嵴窘ㄔO(shè)過程等都會占用場地，破壞周圍的植被，從而影響所在地棲息動物的生活環(huán)境。

2．4土壤環(huán)境問題地?zé)崴械V化度較高，隨著尾水或農(nóng)業(yè)灌溉用水而進(jìn)入土壤，使土壤溶液濃度增高，其濃度達(dá)到一定程度后，會導(dǎo)致植物根系吸水困難，甚至?xí)霈F(xiàn)植物體內(nèi)水分反滲現(xiàn)象。此外，土壤中鹽分增加，會影響微生物活動，如硝化細(xì)菌、根瘤菌等，致使土壤中養(yǎng)分不能有效轉(zhuǎn)化為植物可直接利用的成分，這均會造成農(nóng)作物減產(chǎn)。從長遠(yuǎn)角度來看，高礦化度地?zé)嵛菜L期排放，使鹽分在土壤中日漸積累，尤其在蒸發(fā)強(qiáng)烈的干旱地區(qū)，會造成土壤鹽漬化。地?zé)豳Y源開發(fā)利用也會引起地溫變化從而導(dǎo)致一系列環(huán)境問題（見圖4）。淺層地表范圍內(nèi)地溫受地下水影響較大，當(dāng)?shù)叵聼崴诮乇磉\(yùn)動時(shí)，由于其熱導(dǎo)率和熱容量均很大，很容易影響和控制巖土層溫度，使地溫保持在較低的溫度水平上，并處于平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)叵聼崴梢鹚淮蠓认陆禃r(shí)，淺層土體因失去了水的動態(tài)控制與調(diào)節(jié)作用而使得原有的地溫動態(tài)平衡被打破，地溫升高［15］。而地溫升高將會導(dǎo)致土壤熱污染，進(jìn)一步導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)、土壤農(nóng)藥污染加劇等環(huán)境問題。另外，淺層地溫能開采階段地埋管的鋪設(shè)和深層地?zé)崮荛_采階段的鉆井過程均會造成土壤擾動，在地埋管附近，土壤與外界長期的熱量交換過程會引起局部土壤溫度發(fā)生改變，而土壤溫度的改變會進(jìn)一步影響到微生物及動植物的生存。

2．5地質(zhì)災(zāi)害問題長時(shí)間大量抽取地下熱水而無回灌，必將導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降，孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增加，致使土層壓密或蓋層破裂，引起地面沉降，在巖溶地區(qū)還可能會導(dǎo)致地面塌陷。如新西蘭懷拉基地?zé)崽铮?964—1974年內(nèi)地面沉降量為4．5m，影響范圍達(dá)65km2，并且還發(fā)生了水平位移［10］。地?zé)豳Y源往往位于現(xiàn)代火山和近代巖漿活動區(qū)域或近代地殼構(gòu)造運(yùn)動活躍地區(qū)，地?zé)豳Y源開發(fā)利用大部分是在區(qū)域地震活動性強(qiáng)的地帶進(jìn)行的，大量開采地下熱水改變了地下應(yīng)力場，可能誘發(fā)地震。世界上許多地?zé)崽锔浇呀?jīng)觀測到低于里氏4級的輕微地震，而我國地?zé)崽锒嗄暧^測結(jié)果顯示開發(fā)利用地?zé)豳Y源對地震影響微乎其微，因?yàn)殚_采地?zé)豳Y源而引發(fā)的明顯地震非常少，即使有也十分輕微，不會對地面造成很大影響［11，16］，但考慮到開發(fā)時(shí)間尺度問題，在未來更長時(shí)間內(nèi)是否會引發(fā)較大震級的地震活動尚不確定。另外，在高溫水熱區(qū)，對淺層熱儲進(jìn)行地?zé)徙@探過程中由于壓力的突然降低將會誘發(fā)水熱爆炸，如1997年12月西藏羊八井地?zé)崽颶K316井發(fā)生強(qiáng)烈水熱爆炸［17］。

2．6其他環(huán)境問題地?zé)衢_發(fā)利用過程中的噪聲污染主要來自各種施工機(jī)械和車輛運(yùn)輸產(chǎn)生的噪聲。施工過程中不同階段會使用不同的機(jī)械設(shè)備，使施工現(xiàn)場具有強(qiáng)度較高、無規(guī)則、不連續(xù)等特點(diǎn)的噪聲。噪聲強(qiáng)度與施工機(jī)械的功率、工作狀態(tài)等因素有關(guān)，而采取一定的防治措施，如基礎(chǔ)減振、隔聲窗等，可將噪聲污染降低甚至避免。我國地?zé)崴蟹科毡檩^高，此外還含有砷、鉻、鉛等元素，這些元素會在魚體和農(nóng)作物中富集，并通過食物鏈進(jìn)入人體進(jìn)而影響人類健康。另外，地?zé)嵛菜欧藕笤谙滤捞幊Ｄ瓯３州^高溫度，使蚊子、蒼蠅和臭蟲終年不斷，不僅影響附近居民生活，還可能增加傳染病傳播的機(jī)會，增加發(fā)病率［18］。地?zé)崽飪?nèi)分布有大面積的熱水沼澤、噴氣口和溫泉等地?zé)岬刭|(zhì)景觀，大量開采地?zé)崴畷ζ洚a(chǎn)生影響，甚至?xí)惯@些地?zé)岬刭|(zhì)景觀消失。

3防治措施

為了避免地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程中的環(huán)境問題，需要以地?zé)嵯到y(tǒng)理論為指導(dǎo)，將資源—環(huán)境—經(jīng)濟(jì)作為一個(gè)整體系統(tǒng)，采取以防為主，進(jìn)行統(tǒng)一部署、統(tǒng)一規(guī)劃和綜合管理。具體防治措施如下：（1）政府相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控與管理，嚴(yán)格地?zé)峁こ痰膶徟贫龋瑥?qiáng)調(diào)地?zé)豳Y源開發(fā)過程中的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和回灌系統(tǒng)建設(shè)以及綜合開發(fā)利用，使地?zé)豳Y源能夠合理有序地開發(fā)利用，減少盲目開采對地?zé)豳Y源造成的浪費(fèi)以及過量開采所導(dǎo)致的潛在地質(zhì)災(zāi)害影響的積累。（2）加強(qiáng)地?zé)豳Y源勘查、開發(fā)和保護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)研究，如加強(qiáng)地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)和地?zé)嵛菜幚硌芯?；?qiáng)化熱能利用效率和傳熱管道保溫措施，降低地?zé)嵯暮臀菜疁囟?；改進(jìn)地?zé)徙@井、綜合開發(fā)利用和地?zé)岱栏确矫娴募夹g(shù)，提高地?zé)豳Y源的綜合利用效率和經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。（3）針對不同的環(huán)境問題，以“預(yù)防為主，防治結(jié)合”為原則，逐個(gè)擊破，將問題最小化，并針對具體環(huán)境問題采取適宜的解決方案：①針對熱污染，采用梯級多次利用，如利用地?zé)嵛菜B(yǎng)殖、洗浴或溫室種植和尾水回灌，但是值得注意的是，回灌對地層條件有一定要求，同時(shí)由于地?zé)嵛菜疁囟鹊母淖兪鼓承┑V物質(zhì)發(fā)生沉淀，會對熱儲層或回灌井造成破壞；②針對生態(tài)環(huán)境問題，鉆井完成后要及時(shí)恢復(fù)當(dāng)?shù)刂脖患凹訌?qiáng)尾水回灌，不能回灌的地區(qū)則采取必要的地?zé)嵛菜幚泶胧缈稍趶V大農(nóng)村地?zé)釁^(qū)利用水生植物系統(tǒng)（如三棱草、蘆葦和香蒲等）凈化地?zé)嵛菜鴥艋筮_(dá)到農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)的尾水用于農(nóng)業(yè)灌溉；③針對大氣環(huán)境問題，地?zé)嵴羝袑Νh(huán)境影響較大的為H2S、CO2氣體，可采用物理或化學(xué)的方法將其去除，如用蒸汽轉(zhuǎn)化法、燃燒法、生產(chǎn)商業(yè)性硫等方法去除H2S，通過地?zé)峋羝蛛x生產(chǎn)商業(yè)性的CO2用于溫室蔬菜栽培［13］，此外為了減少施工過程中大氣中的揚(yáng)塵應(yīng)及時(shí)清理堆放在場地上的棄土、棄渣，不能及時(shí)清運(yùn)的要適時(shí)采取灑水等措施進(jìn)行滅塵；④針對噪聲環(huán)境問題，井場選址應(yīng)盡量避開學(xué)校教學(xué)樓區(qū)和居民區(qū)，施工單位應(yīng)優(yōu)先選用低噪聲機(jī)械設(shè)備或自帶隔聲和消聲設(shè)備。

4結(jié)論

地?zé)豳Y源是一種潔凈可再生能源，與傳統(tǒng)的化石能源相比具有清潔環(huán)保、可循環(huán)再生等特點(diǎn)，但在其開發(fā)利用過程中仍會對環(huán)境造成一定影響。如地?zé)嵛菜欧旁斐傻叵滤暗乇硭廴?，鉆機(jī)及其他設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生噪聲污染，地埋管鋪設(shè)造成土壤擾動，地?zé)崴h(huán)過程中導(dǎo)致局部地溫升高等，這些問題隨著時(shí)間的積累進(jìn)而會引發(fā)生態(tài)破壞和地質(zhì)災(zāi)害，如地面沉降、地裂縫等。對此，可采取地?zé)嵛菜毓?、先進(jìn)的消聲設(shè)備以及合理規(guī)劃等措施，將地?zé)豳Y源開發(fā)利用過程對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響最小化，從而保證地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏。但是尾水回灌對地質(zhì)條件有較高的要求，有些地區(qū)易于回灌，回灌率可達(dá)80％～90％，如河北雄縣；有些地區(qū)則難以回灌，在難以回灌地區(qū)對地?zé)嵛菜奶幚韺⒊蔀樨叫杞鉀Q的一大難題。深層地?zé)崮艿臒醿臻g埋深多在800m以下，并且具有良好的密封性，含水層上部覆有隔水層或弱透水層，與CO2地質(zhì)封存所需條件基本一致［19，20］，因此在尾水難以回灌的地區(qū)注入CO2，一方面可緩解我國CO2減排壓力，另一方面CO2的注入可減少因長期大量抽取地下熱水而導(dǎo)致地層壓力減小的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，從而可有效地抑制地面沉降、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。不過CO2地質(zhì)封存是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，這一方法還需做進(jìn)一步的探討和研究。

作者：尤偉靜劉延鋒郭明晶單位：中國地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院中國地質(zhì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院