台湾地热温泉的开发利用与保护

  我国台湾省地处环太平洋地震带, 位于欧亚大陆板块与菲律宾板块相接触的活动带上, 地质历史时期火山活动与水循环活跃。台湾地热资源丰富, 名列全球第15 位。岛内温泉的开发利用由来已久, 也较为普遍。笔者根据赴台学术交流与考察成果, 对台湾地区地热温泉的开发利用与保护作一简要介绍。

 

  1  地热温泉的分布

 

  台湾地区地热资源与火山活动密切相关, 地下存在明显的地温梯度, 大气降水入渗地下并经深循环加热而形成地热温泉。

 

  台湾地热温泉区总共有98 处之多, 由于大部分温泉区的温泉数都不止一个, 所以如果按个数统计,总数可能在200 个以上。

 

  台湾地热温泉主要分布在大屯火山群以及中央山脉地区。大屯火山群有13 处温泉区;中央山脉及其周边地区有83 处, 其中变质岩区共有温泉70 处,而其周边的沉积岩温泉区共计13 处。另外在绿岛与龟山岛也各有1 处温泉区。

 

  大屯火山群位于台湾岛北端, 在地质构造上自成一体, 其由数十座圆锥形火山体组成, 至今仍残留一批火山遗迹。大屯火山群地热区地下热水温度在150 ～ 300 ℃之间, 该区热水以酸性硫酸盐氯化物为主。该地区的温泉, 由西南至东北依次为新北投、大磺嘴(双重溪)、大庄(阳明山后山公园)、阳明山、竹子湖、小油坑、马槽、大油坑、三重桥、死磺子坪、工子坪、大埔、金山等13 处, 大部分属于高温温泉及喷气孔, 形成长18 km 、宽约3 km 的一个狭长温泉带。大屯火山群与绿岛、龟山岛(以喷气孔形式存在)的地热温泉均属于火山岩区, 温泉区总共有15 处。

 

  中央山脉纵贯台湾岛南北, 全长320km, 东西宽80km 。而台湾本岛南北长394 km , 东西最大宽度为144km。台湾中央山脉山峦起伏、高峰连绵, 其以变质岩为主, 地下热水温度高达150 ～ 230 ℃, 热水属于碱性碳酸氢钠型。该地区共有温泉区70 处, 温度一般在66～ 99 ℃之间。温泉绝大多数分布在山谷低部河床之上, 周围多被高山所环绕, 形成高山深谷的地形特征, 且大多位于山脉或山脊分水岭的两侧, 这种分布形态说明温泉的形成明显受地形因素的控制。

 

  中央山脉的外围地区以沉积岩为主, 温泉区共计13 处, 主要分布在西部麓山带以及海岸山脉, 其中包括清泉(新竹县五峰上游)、苗栗县虎山(上岛)温泉、嘉义县关仔岭、中仑、台南县玉井、恒春四重溪以及海岸山脉安通、利吉(台东附近)等地。该区温泉的温度多在30 ～ 65 ℃之间, 只有关仔岭较高为84 ℃(一度曾高达91 ℃, 系在1964 年白河大地震后测得)。

 

  2  地热温泉的特性

 

  台湾地热温泉的基本特性见表1 , 典型地区温泉及部分地下热水的化学组成见表2 。

 

  由表中监测数据可知, 台湾火山岩地区的温泉以酸性硫酸盐氯化物型热水为主, 另有一小部分温泉水系由蒸汽冷凝而成(死磺子坪地区), 其盐分浓度特别低, 相对而言SO4 离子浓度较高, 那是蒸汽中H2S 氧化的结果, 此种冷凝成的温泉水仍属酸性。

 

  还有一种较少见的近中性中低温泉水(顶北投地区), 其盐分也偏低, 除了SO4 离子浓度相对较高之外, 还有较多的HCO3 与Ca , 这种温泉水可能是由地下水渗入CO2 气体并间接加热而成。

 

  山岩区温泉水不同的化学组成, 其质量浓度分别为:

 

  Na 7880mg/L 、K 233mg/L 、Mg 270mg/L、Ca4590mg/L、Cl20 524mg/L 、HCO349mg/L 、SO4800mg/L、B11mg/L、SiO2 49mg/L 及pH 值7.0 , 其主要成分为氯化钙, 类似的温泉水也在冰岛西南岸出现。

 

  与火山岩区温泉完全不同的是, 变质岩区温泉及地下热水属于碱性碳酸氢钠型, 是水中CO2 或碳酸与围岩(大部分属于变质泥岩)内的斜长石及绢云母作用的结果。至于沉积岩区温泉, 除了中仑和关仔岭温泉含有较高浓度的碳酸氢盐与氯化物(可能与原生水及水中有大量CO2 有关)之外, 其他温泉水多属浓度不高的同型热水, 其pH 值也均接近中性。

 

  3  地热温泉的开发利用

 

  台湾对地热温泉的开发利用已有相当长历史,早在17 世纪末叶来自福建的移民即在北投温泉区利用温泉水沐浴及医治皮肤病。1893 年德国人奥利曾在北投开设俱乐部, 成为温泉旅社的开山鼻祖。

 

  两年后日军侵台, 因日本对温泉利用已有较多经验,故促进了北投温泉的开发。台湾大规模开发利用温泉始于20 世纪50 年代初, 至六七十年代达到极盛。

 

  除北投温泉以外, 台湾其他历史悠久的知名温泉区还包括阳明山、礁溪、谷关、庐山、关仔岭、安通、瑞穗、知本等地。

 

  台湾因温泉利用的日益繁盛, 逐步认识到地热资源综合利用的重要性。地热勘探调查于1966 年初先期在大屯火山群区展开, 后于1973 年开始在中央山脉地区进行。采用地质调查、地热区1m 深地温测量、电阻率法地球物理探测与钻井方式进行地热勘探, 由矿业研究所和中油公司钻凿的450m 与1500 ～ 3 000m 勘探井20 余口, 浅井勘探涌水量一般为10 ～ 20t/h , 深井为40 ～ 100 t/h 。

 

  台湾的地热温泉主要用于理疗洗浴、冬季供暖与发电。

 

  台湾岛内地热温泉遍布, 而且大多位于山水绮丽的风景名胜区, 青山翠谷, 泉水溢成溪流, 沸腾的地热温泉自石缝涌出, 磺气蒸腾, 掀起层层云雾, 别致的温泉旅社五步一楼、十步一阁, 隐现于岩谷溪涧, 其地热温泉已成为重要的旅游资源。

 

  台湾地热也有相当的发电潜能, 大屯火山群地热发电潜能在8 万～ 20 万kW 之间, 但该区热水为强酸性, 存在腐蚀问题;另一方面, 其大多处于国家公园内, 由此限制了地热的大规模开发利用。该地区具有现实可能性的发电潜能约为10 万kW① 。

 

  中央山脉地区地热发电潜能也在10 万kW 左右, 该处热水为碱性, 对钢铁无腐蚀性, 但存在碳酸盐结垢问题。而且该地区缺乏良好的储集层, 因此热水的蕴藏量相对较为有限。目前台湾已在中央山脉地区的清水和土场建造了两座地热发电厂。1981年在清水地热区建立的试验电厂装机容量为3000 kW, 同年9 月正式营运。发电初期全地区7 口地热生产井每小时供应500t 热水, 其中约75t 转变为蒸气供发电之用, 当时每小时最高发电量为2100kW。

 

  但至1989 年6 月间, 热水总产量已降至105 t/h , 其中约26t 转变为蒸汽, 仅能发电500 kW 左右。热水产量日渐萎缩, 原因并非由于水源枯竭, 而是深部热水溶有大量CO2 , 当热水上升至井口附近时, 由于压力下降太多, 导致热水中CO2 大量逸出, pH 值升高与碳酸钙的过饱和, 结果在井口、井壁或生产裂隙内产生碳酸盐沉淀, 堵塞通路降低产量。另一方面, 清水地区地热区储集层的渗透率偏低, 难以生产大量热水, 故该处电厂因不敷成本而于1995 年前后关闭。

 

  1986 年2 月台湾工业技术研究院能源与资源研究所在土场地区建造了一座300 kW 的小型地热电厂, 利用热交换器的二元系统发电, 至今运转正常。

 

  鉴于大屯地热区集中在国家公园内, 而中央山脉地热区地形起伏大, 钻井不易、施工困难, 故地热发电仅作为本区部分能源补充。由于地热发电的综合效益偏低, 现有条件下仅10 %～ 15 %的热能转化为电能, 其余多被废弃, 远未物尽其用。

 

  目前台湾地区地热温泉的开发利用, 更多地用于改善人们生活品质, 作为休闲旅游的重要景观与理疗资源, 同时作为房屋与温室的冬季供暖。1999年台湾推出“温泉开发管理方案” , 将温泉开发作为旅游观光产业的重要组成部分, 而旅游观光产业是21 世纪台湾最重要的产业之一。目前每年约400万人次至台湾地热温泉区旅游休憩, 预期未来每年可达约一千万人次。

 

  4  地热温泉的开发保护

 

  由于近年来台湾地热温泉开发日盛, 开发利用渐呈多元化和无序化。台湾尽管温泉资源丰富、得天独厚, 但温泉区缺乏整体规划、公共设施及道路交通不完善, 而且缺乏统一的专职管理机构, 温泉区资源与土地所有权的归属不清, 没有一个完整的资料库、温泉用途狭隘、未考虑温泉的永续性利用等弊端逐步显露。

 

  由此有识之士建议推进立法, 对地热温泉进行保护性开发利用, 不以工业利用为主要目的, 而更多地用于改善人们生活品质, 作为休闲旅游的重要景观与理疗资源, 同时作为房屋与温室的冬季供暖, 从而显著提高热能的使用率, 达到善用天然资源的目的。

 

  1999 年推出的“温泉开发管理方案” , 目的即为改善温泉区的品质, 将温泉的开发利用, 从传统的沐浴, 逐步引导向休闲游憩与提供理疗转化, 并由此促进休闲农业的发展。中央山脉地热区将统筹规划,建立假日休闲旅游胜地, 以逐步缓解交通便捷地区假日人满为患的窘境, 同时促进地热温泉资源利用与保护的协调统一。