地球是个巨大的能量体，内部蕴藏着人类需要的新能源，地热资源是指能够经济地被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有用组分[1，2]。地热资源具有储量丰富、分布广泛、稳定可靠、清洁低碳及可再生等特点，根据埋藏深度常划分为浅层地热能、水热型地热资源、干热岩型地热资源三种类型[3-5]。当前，国内外地热研究主要侧重于如何提高中深层地热资源开采能力、浅层地热能开发热泵技术、地热发电及综合利用、地热回灌和尾水梯级利用、动态监测、模拟预测及开发装备等[4，6-8]。
天津地热资源储量较大，易开发利用，是我国东部地热资源最丰富的地区。天津最早于1936年开始利用地热，一直是全国地热开发利用的引领示范者，供热面积全国第一，具有非常好的发展前景[9-12]。尽管如此，天津地热开发利用仍在深部地热资源探测、回灌关键技术、动态监测及科学管理等方面存在短板和不足。为深入贯彻习近平生态文明思想，有效支撑碳达峰、碳中和目标任务，积极落实《关于促进地热能开发利用的若干意见》（国能发新能规〔2021〕43号）的文件要求，提高清洁能源占比，需进一步开展天津地热资源勘查与评价工作，目标是查明浅部、丰富中部、突破深部，进一步探明资源潜力，提高地热资源的供给保障能力。同时应攻关地热资源高效开发关键技术，加强地热智能监测及开发利用监督管理水平，打造地热资源持续健康高效开发的“天津样板”；建设地热资源高质量发展示范区，带动地热资源规模化、产业化发展，推动地热资源成为清洁取暖的重要力量。
天津处在华北板块的北缘，二级构造单元纵跨了燕山褶皱带和渤海湾盆地[13-16]，两者以宝坻-宁河断裂为界，断裂以北为基岩裸露区或浅覆盖区，断裂以南属渤海湾盆地，为新生界深覆盖区，主要发育北北东向和近东西向两组断裂构造，并且相互作用[17]，受北北东向断裂构造控制，自西向东呈现“一隆两坳”构造格局，即为冀中坳陷、沧县隆起和黄骅坳陷三级构造单元，北北东方向构造受近东西向断裂构造的作用，隆起和坳陷区形成诸多次一级的凹陷和凸起。在沧县隆起区基岩埋深一般为800～2 000 m，在坳陷区埋深普遍大于3 500 m。区域基底是由太古界和下元古界构成的一套复杂变质岩系，其上的基岩主要以中上元古界、古生界的海相碳酸盐岩和中生界陆相砂泥岩组成；基岩之上为新生界沉积的陆相碎屑岩。区内主要控制性断裂有宝坻断裂、沧东断裂、天津断裂、汉沽断裂和海河断裂等。地质构造格局和沉积特点决定了天津地热田的地下水资源和地热资源赋存条件，地下水资源主要赋存在第四系含水岩组和新近系明化镇组上部含水岩组[18]。开采的热储层主要有6个，其中孔隙型热储层包括新近系明化镇组（Nm）和馆陶组（Ng）；基岩裂隙型热储层包括古近系东营组（Ed）、古生界奥陶系马家沟组（O）、古生界寒武系昌平组（Є）和中元古界蓟县系雾迷山组（Jxw）[19]，对深部长城系高于庄组热储层尚未进行有效探测。明化镇组在全区均有分布，馆陶组主要分布在冀中坳陷和黄骅凹陷区，在隆起区缺失古近系和部分馆陶组，奥陶系和寒武系在华北沧县隆起区的核部缺失，主要分布在潘庄凸起以南地区，雾迷山组在全区均有分布。
天津市地热资源以中低温沉积盆地型为主，利用方向主要为供暖，少量用于生活用水、温泉康养、农业温室等[20-21]。截止2020年底，全市共有地热探矿权69个，地热采矿权358个，地热开采井共343眼，回灌井204眼。在监测方面，221眼动态监测井中35眼实现了水位自动化监测，50眼地热井实现了井口流温自动化监测。2020年地热流体开采总量4 372.83万m3，回灌总量3 093.36万m3，总体回灌率70.74%，主力开采层为馆陶组和雾迷山组热储层，分别占总开采量的54%和26%。地热资源主要用于供热取暖，供热面积3 422.71万m3，占全市集中供热取暖总面积的6.66%。浅层地热能开发利用工程279个，供热面积约835万m3。
2020年，天津市地热资源开发利用供热量约为85.6×1014焦耳/年，折合标准煤29.2万吨/年，减少二氧化碳排放量97.6万吨/年，每年节约环境治理费约11.37亿元。根据《天津市矿产资源总体规划（2021——2025）》和《天津市可再生能源发展“十四五”规划》，预计到2025年，天津市地热资源开采总量8 000万m3，供热面积达到6 000万m2，可供利用热量约为156.6×1014焦耳/年，减少二氧化碳排放量178.6万吨/年，每年节约环境治理费约20.81亿元。
目前，天津市探明地热资源主要赋存在雾迷山组上部、马家沟组、馆陶组和明化镇组。蓟县系雾迷山组地热开发主要集中在上部白云岩热储层，并且部分地区因集中开发强度过大，开采潜力已达极限。雾迷山组下部及下伏高于庄组地热资源探测总体投入不多，勘查水平不高，仅在天津东丽湖、团泊湖等区块开展了探测工作，在东丽湖实施的2口地热井，均在雾迷山组下部探获高产能白云岩热储层，水温均大于100℃，单井涌水量大于100 m3/h[22]，显示出极好的深部地热资源开发潜力，需要进一步加强勘查工作。
新近系馆陶组热储层是天津地热资源开发利用的主要热储层，随着开发强度逐年增大，局部热储压力也呈现逐年下降趋势，近些年加大了馆陶组地热资源回灌力度，回灌效果明显，抑制了水位过快下降[23]。明化镇组热储层在全区广泛分布，资源量巨大，经初步估算，采灌均衡条件下地热流体可开采量约为2.1亿m3。因明化镇组热储层埋藏相对较浅和开采成本低，过去一直是地热资源首选的开采层，但明化镇组热储层介质颗粒以中细砂岩为主，“一采一灌”条件下，回灌率不足30%，如果持续超量开采地热资源，易造成局部地区明化镇组热储层水位大幅下降，在区域形成水位降落漏斗，存在引起地面沉降的风险。因此，天津市近年来严格限制直接开采明化镇组地热资源，正在统筹优势力量，着力攻关“深孔换热”和高效回灌技术，力争实现“取热不耗水”和提高回灌效率，盘活明化镇组地热资源开发。
除深部蕴含巨量的地热资源外，天津市浅层地热能资源也十分丰富，已全面完成了资源调查评价，可利用资源量为1.75×1018焦耳[24]，开发利用取得了较好的应用效果。
新形势给地热资源开发注入新的活力，同时也带来新的挑战。综合分析认为，实现天津市地热资源高质量开发利用还存在以下几个方面主要问题：
地热资源勘查是地热能开发利用的基础。天津地热资源禀赋好，地热资源分布面积达9 600 km2，总的资源量大，而开采量小。已查明天津主力开采层馆陶组热储和雾迷山组热储在采灌均衡条件下地热流体可开采量为1.64亿m3/年，2020年地热流体实际开采总量4 372.83万m3[25]（天津市矿产资源规划（2021——2025），2021），仍存在较大的开采空间。同时，天津市4 000～6 000 m深部地热资源尚未有效勘查，具有很大的资源潜力。除此之外，在宁河区、武清区、宝坻区及滨海新区等区域仍有3 000多km3的地热资源勘查空白区，资源储量有待进一步评价。
根据最新调查成果，雄安新区地热评价总面积1 637 km2，全区雾迷山组、高于庄组、寒武奥陶系以及馆陶组4个热储层采灌均衡条件下地热流体可开采资源量为4.0亿m3/年[26-27]。相比雄安新区地热资源评价结果，天津地热资源的储量规模还有很大的提升空间，天津地热还应优化地热资源勘查和评价方式方法，突破以地热田为单元的地热资源勘查和潜力评价，开展以构造单元加地热田相结合的整装勘查，并以此为基础开展地热资源潜力评价，进一步提高地热资源评价精度，提升地热资源保障程度。“十四五”末，天津地热开发总量利用计划要达到8 000万m3，比2020年增加91%。未来天津绿色低碳发展对地热资源的需求空前旺盛，所以，应整合技术力量，在已有勘查工作的基础上，加大地热资源的整装勘查，查清地热资源潜力，保障地热资源的清洁开发和永续利用。
从区域地质背景和地热成藏条件看，天津深部地热具有较好的开发前景，如雾迷山组、高于庄组热储层[22]。首先应在充分梳理、深入研究已有资料基础上，在覆盖区补充地球物理、化探等大比例尺调查工作，结合示范性钻孔验证，查明深部基岩地质构造和基岩热储层结构，在此基础上进行不同基岩热储层的地热资源潜力评价；其次是更加清晰和精准揭示馆陶组和明化镇组两个孔隙型热储层的发育状况和地热资源开发利用条件，进一步摸清资源潜力，客观评价地热资源开采过程中的环境效应；最后，综合已有勘查评价结果，分区分层确定开发利用计划、方式及保护建议，从严管理、规范开采，既要保障地热资源供给，也要避免次生的环境地质问题。
地热回灌是保障地热资源可持续开发利用和产业化的先决条件，实施地热尾水或雨季地表水回灌可有效保持热储层压力[23，28]。已有研究揭示天津地热流体年龄通常在1.6～2.7万年[29]，径流缓慢，天然条件下与外界水力联系较弱，在集中开发利用时地热资源消耗速度过快，难以在短时间内快速得到补给，易造成资源快速衰减和开发困难，持续水位下降还可能引发地面沉降、断裂复活等环境地质问题。所以在地热资源开发利用过程中必须采取“采灌均衡”强制措施，压实回灌责任，长期维持地热资源收支平衡。政府部门还应通过宏观指导、经济鼓励、行政规范和动态监管，积极攻关和推广地热尾水和地表水回灌新技术、新工艺、新模式，制定规范标准刚性约束成井结构、地面回灌系统以及水位、水温和水质变化幅度等，确保应灌尽灌，提高地热资源的开发利用水平。特别指出的是，天津地热尾水排放温度过高，排放温度通常在30～45℃，造成热能的极大浪费，应加大尾水梯级利用力度。
基岩热储的压缩系数是上覆第四纪地层的万分之一[30]，即使地热流体水位下降致使热储层压力下降的情况下，碳酸盐岩地层骨架所增加的应力也不足以使整个热储层造成明显的压缩变形。由此可见，开采基岩储层地热资源通常不会引起地面沉降。从目前的监测研究结果看，馆陶组地热资源开发与地面沉降没有直接关系。通过分析区域地面沉降与馆陶组水位埋深的关系，结合近十年分层标数据与附近热储层开发利用统计对比，馆陶组地热资源开发与地面沉降没有明显关联，尤其在回灌条件下，馆陶组热储层压力不会明显降低，引起地面沉降的概率较小[31]。但是，过去数十年持续的地热资源开采已造成部分区域雾迷山组和馆陶组热储压力大幅下降，在多个区域形成了较大规模的水位降落漏斗，最大动水位超过150 m，年均降幅达4～6 m之多[32]，这种情况下，不仅使地热资源开发利用成本增加，也会导致地热资源面临枯竭风险。值得强调的是不易“大采大灌”，杜绝过度开采和回灌，导致出现冷突破风险，地热资源开发必须在客观评价热储层承载能力基础上，确定开发利用总量和开发强度，合理布置井间距，量力开采。
新近系明化镇组热储层在天津市广泛分布，地热资源储量巨大，由于热储层骨架和回灌效果差，近年来严格限制开发。已有深钻孔岩芯物理力学性质研究结果表明，明化镇组地层尚未成岩，孔隙率普遍介于25%～40%，含水率较高，持续高强度开采势必导致热储层压力降低，存在引发地面沉降的风险[33-35]，应慎重开发利用。针对明化镇组热储回灌效果差的情况，攻关中深层“取热不耗水”等换热技术显得尤为重要。目前，在国家层面的倡导和鼓励下，社会各层面已经开始进行技术攻关和工程示范，在政策扶持的情况下，选择“地热能+”多能互补的供暖方式，可以有效推动明化镇地热资源的开发。
地热资源能不能持续开发以及会不会引起环境地质问题，一直受到社会的高度关注[36]。因此，加强地热资源动态监测与预警是进行综合管理、宏观调控和永续开发的基础。现阶段主要目标是实现地热资源监测智能化，逐步建成地热资源开发利用过程中集水量、水温、水位、水质及地质环境为一体的监测网，实现数据动态更新、汇聚、智能分析和预测预报，使地热管理的技术水平达到一个新的高度，为地热资源精细化管理提供依据。同时应重点加强热储层水位变化与地面沉降、温度变化与冷突破、地热开采量与回灌量的监测。
天津地热资源开发历史悠久，在地热管理规章制度、统筹规划、资源配置、地热回灌及动态监测等方面做了很多值得借鉴的工作[21，37]。但实际工作中仍不免存在一些管理问题，如管理制度还不够完善、浅层地热能开发监管不到位、回灌力度偏弱导致局部热储压力下降过快、监测体系不健全等，总的来看，地热资源高效开发的体系尚未完全建立起来。
地热管理应该一以贯之，坚持“谁审批谁监管谁负责”原则，采取有效措施促进地热产业发展，保障可持续开发和安全利用。依据资源潜力评价结果和分区分层开采方案，因地制宜、分类施策，对所有地热开发项目均要科学论证，明确开采区域、开采层位、开采量、回灌方式、开发利用方式和环境保护措施等，采取“以灌定采”措施，合理设置开采水量水位水温阀值，优化地热井工程布局，严格限制开采量。依照法律法规，借助信息化手段，对地热开发项目进行有效监管，严控开采指标，实时监控开采量和回灌量，严厉惩处不按开发利用方案违规开采地热的行为，切不能出现“出问题后补解决”情况，得不偿失。
明化镇组上部深层地下水和第四系地下水水力联系密切[36，38]，深部雾迷山组、馆陶组热储层水位变化是否会引起上部明化镇组热储层和第四系含水层压力变化，是值得深入研究的科学问题。应系统研究不同流体储层水位内在变化特征与地面沉降的关系，客观评价地热开采过程中的沉降问题，指导宏观调控。
天津市现有地热矿业权设置较为分散，投放的灵活性和动态调控性较差，激励政策不足，不利于勘查区块的总体评价，实施中深层“取热不耗水”等换热工程是否涉及矿业权出让仍不明确。这些年地热资源开发形成了政企合作、统一管理、集中回灌的“雄县模式”，被社会和行业内人士广泛认可[4，39]，天津也应推广这种模式，探索采取地热区块整体开发利用的方式，实现地热资源开发规模化，推动地热资源开发由粗放型向集约型转变。
（1）进一步深化地热资源勘查，积极推进浅层地热能利用，稳妥推进中深层地热资源供暖，探寻4 000～6 000 m深部雾迷山组下部或高于庄组热储层，进行资源潜力评价，开辟新的地热资源储备，分区分层确定开发方案。建议继续限制开采明化镇组地热，在实现“采灌平衡”的条件下，有序开放馆陶组地热资源开发利用规模，优先开采雾迷山组和高于庄组深层地热资源。
（2）根据实际情况选择“取热不耗水、完全等量同层回灌”或“密封式、无干扰井下换热”等技术，开展中深层地热资源集中利用示范，建设地热资源高质量发展示范区，不断提高地热利用水平和效率，促进地热资源绿色可持续开发利用。
（3）做好地热资源开发利用规划及相关衔接，探索建立“取热不耗水、完全等量同层回灌”或“密封式、无干扰井下换热”等技术规范和法规标准，加强信息化管理水平，引入第三方监管机制，实现地热资源实时化监管和精细化管理。
（4）营造有利于地热资源开发利用的政策环境，优化审批流程，提高审批效能，相关手续实行一站式办理。同时出台有利于地热资源开发利用的财政、金融扶持政策等，引入企业开展地热勘查和开发利用工作，鼓励和支持企业加强技术创新。
（5）统筹落实好地热资源发展资金。首先是央-地合作积极争取国家财政资金用于开展地热资源整装勘查和节约集约利用示范工程等；其次是天津市财政安排专项资金用于开展资源整合、技术攻关、动态监测和科学管理等；最后，通过政府政策引导，积极引进社会资本，促进地热资源高效开发利用。
（1）加大天津地热资源的整装勘查，尤其查清深层热储层发育状况和地热资源开发利用条件，摸清6 000 m以浅地热资源家底，查明可开采资源量，按资源条件细化分区分层开采方案，调整优化地热井布局结构，合理规划各区单井开采量，为地热资源产业化规模化发展提供保障。
（2）积极攻关地热资源回灌关键技术，在不打破地热资源承载力条件下，确保应灌尽灌；开展中深层地热资源集中利用示范，建设地热资源高质量发展示范区，不断提高地热资源利用水平和效率，促进地热资源绿色持续健康发展。
（3）做好技术规范和法规标准修订，补齐管理漏洞，完善地热资源监测网，实现监测数据动态汇聚和智能分析，提升信息化管理水平，探索引入第三方监管机制，实现地热资源实时化监管和精细化管理。
（4）政府引导、政策扶持，完善地热资源开发项目投融资机制，探索多元化融资渠道，鼓励金融机构、企业等设立可再生能源发展基金，支持地热资源全产业链开发利用，形成以地热资源为主体，多能互补的“地热+”产业。
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