我國臺灣省地處環太平洋地震帶, 位于歐亞大陸板塊與菲律賓板塊相接觸的活動帶上, 地質歷史時期火山活動與水循環活躍。臺灣地熱資源豐富, 名列全球第15 位。島內溫泉的開發利用由來已久, 也較為普遍。筆者根據赴臺學術交流與考察成果, 對臺灣地區地熱溫泉的開發利用與保護作一簡要介紹。

 

  1  地熱溫泉的分布

 

  臺灣地區地熱資源與火山活動密切相關, 地下存在明顯的地溫梯度, 大氣降水入滲地下并經深循環加熱而形成地熱溫泉。

 

  臺灣地熱溫泉區總共有98 處之多, 由于大部分溫泉區的溫泉數都不止一個, 所以如果按個數統計,總數可能在200 個以上。

 

  臺灣地熱溫泉主要分布在大屯火山群以及中央山脈地區。大屯火山群有13 處溫泉區;中央山脈及其周邊地區有83 處, 其中變質巖區共有溫泉70 處,而其周邊的沉積巖溫泉區共計13 處。另外在綠島與龜山島也各有1 處溫泉區。

 

  大屯火山群位于臺灣島北端, 在地質構造上自成一體, 其由數十座圓錐形火山體組成, 至今仍殘留一批火山遺跡。大屯火山群地熱區地下熱水溫度在150 ～ 300 ℃之間, 該區熱水以酸性硫酸鹽氯化物為主。該地區的溫泉, 由西南至東北依次為新北投、大磺嘴(雙重溪)、大莊(陽明山后山公園)、陽明山、竹子湖、小油坑、馬槽、大油坑、三重橋、死磺子坪、工子坪、大埔、金山等13 處, 大部分屬于高溫溫泉及噴氣孔, 形成長18 km 、寬約3 km 的一個狹長溫泉帶。大屯火山群與綠島、龜山島(以噴氣孔形式存在)的地熱溫泉均屬于火山巖區, 溫泉區總共有15 處。

 

  中央山脈縱貫臺灣島南北, 全長320km, 東西寬80km 。而臺灣本島南北長394 km , 東西最大寬度為144km。臺灣中央山脈山巒起伏、高峰連綿, 其以變質巖為主, 地下熱水溫度高達150 ～ 230 ℃, 熱水屬于堿性碳酸氫鈉型。該地區共有溫泉區70 處, 溫度一般在66～ 99 ℃之間。溫泉絕大多數分布在山谷低部河床之上, 周圍多被高山所環繞, 形成高山深谷的地形特征, 且大多位于山脈或山脊分水嶺的兩側, 這種分布形態說明溫泉的形成明顯受地形因素的控制。

 

  中央山脈的外圍地區以沉積巖為主, 溫泉區共計13 處, 主要分布在西部麓山帶以及海岸山脈, 其中包括清泉(新竹縣五峰上游)、苗栗縣虎山(上島)溫泉、嘉義縣關仔嶺、中侖、臺南縣玉井、恒春四重溪以及海岸山脈安通、利吉(臺東附近)等地。該區溫泉的溫度多在30 ～ 65 ℃之間, 只有關仔嶺較高為84 ℃(一度曾高達91 ℃, 系在1964 年白河大地震后測得)。

 

  2  地熱溫泉的特性

 

  臺灣地熱溫泉的基本特性見表1 , 典型地區溫泉及部分地下熱水的化學組成見表2 。

 

  由表中監測數據可知, 臺灣火山巖地區的溫泉以酸性硫酸鹽氯化物型熱水為主, 另有一小部分溫泉水系由蒸汽冷凝而成(死磺子坪地區), 其鹽分濃度特別低, 相對而言SO4 離子濃度較高, 那是蒸汽中H2S 氧化的結果, 此種冷凝成的溫泉水仍屬酸性。

 

  還有一種較少見的近中性中低溫泉水(頂北投地區), 其鹽分也偏低, 除了SO4 離子濃度相對較高之外, 還有較多的HCO3 與Ca , 這種溫泉水可能是由地下水滲入CO2 氣體并間接加熱而成。

 

  山巖區溫泉水不同的化學組成, 其質量濃度分別為:

 

  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 , 其主要成分為氯化鈣, 類似的溫泉水也在冰島西南岸出現。

 

  與火山巖區溫泉完全不同的是, 變質巖區溫泉及地下熱水屬于堿性碳酸氫鈉型, 是水中CO2 或碳酸與圍巖(大部分屬于變質泥巖)內的斜長石及絹云母作用的結果。至于沉積巖區溫泉, 除了中侖和關仔嶺溫泉含有較高濃度的碳酸氫鹽與氯化物(可能與原生水及水中有大量CO2 有關)之外, 其他溫泉水多屬濃度不高的同型熱水, 其pH 值也均接近中性。

 

  3  地熱溫泉的開發利用

 

  臺灣對地熱溫泉的開發利用已有相當長歷史,早在17 世紀末葉來自福建的移民即在北投溫泉區利用溫泉水沐浴及醫治皮膚病。1893 年德國人奧利曾在北投開設俱樂部, 成為溫泉旅社的開山鼻祖。

 

  兩年后日軍侵臺, 因日本對溫泉利用已有較多經驗,故促進了北投溫泉的開發。臺灣大規模開發利用溫泉始于20 世紀50 年代初, 至六七十年代達到極盛。

 

  除北投溫泉以外, 臺灣其他歷史悠久的知名溫泉區還包括陽明山、礁溪、谷關、廬山、關仔嶺、安通、瑞穗、知本等地。

 

  臺灣因溫泉利用的日益繁盛, 逐步認識到地熱資源綜合利用的重要性。地熱勘探調查于1966 年初先期在大屯火山群區展開, 后于1973 年開始在中央山脈地區進行。采用地質調查、地熱區1m 深地溫測量、電阻率法地球物理探測與鉆井方式進行地熱勘探, 由礦業研究所和中油公司鉆鑿的450m 與1500 ～ 3 000m 勘探井20 余口, 淺井勘探涌水量一般為10 ～ 20t/h , 深井為40 ～ 100 t/h 。

 

  臺灣的地熱溫泉主要用于理療洗浴、冬季供暖與發電。

 

  臺灣島內地熱溫泉遍布, 而且大多位于山水綺麗的風景名勝區, 青山翠谷, 泉水溢成溪流, 沸騰的地熱溫泉自石縫涌出, 磺氣蒸騰, 掀起層層云霧, 別致的溫泉旅社五步一樓、十步一閣, 隱現于巖谷溪澗, 其地熱溫泉已成為重要的旅游資源。

 

  臺灣地熱也有相當的發電潛能, 大屯火山群地熱發電潛能在8 萬～ 20 萬kW 之間, 但該區熱水為強酸性, 存在腐蝕問題;另一方面, 其大多處于國家公園內, 由此限制了地熱的大規模開發利用。該地區具有現實可能性的發電潛能約為10 萬kW① 。

 

  中央山脈地區地熱發電潛能也在10 萬kW 左右, 該處熱水為堿性, 對鋼鐵無腐蝕性, 但存在碳酸鹽結垢問題。而且該地區缺乏良好的儲集層, 因此熱水的蘊藏量相對較為有限。目前臺灣已在中央山脈地區的清水和土場建造了兩座地熱發電廠。1981年在清水地熱區建立的試驗電廠裝機容量為3000 kW, 同年9 月正式營運。發電初期全地區7 口地熱生產井每小時供應500t 熱水, 其中約75t 轉變為蒸氣供發電之用, 當時每小時最高發電量為2100kW。

 

  但至1989 年6 月間, 熱水總產量已降至105 t/h , 其中約26t 轉變為蒸汽, 僅能發電500 kW 左右。熱水產量日漸萎縮, 原因并非由于水源枯竭, 而是深部熱水溶有大量CO2 , 當熱水上升至井口附近時, 由于壓力下降太多, 導致熱水中CO2 大量逸出, pH 值升高與碳酸鈣的過飽和, 結果在井口、井壁或生產裂隙內產生碳酸鹽沉淀, 堵塞通路降低產量。另一方面, 清水地區地熱區儲集層的滲透率偏低, 難以生產大量熱水, 故該處電廠因不敷成本而于1995 年前后關閉。

 

  1986 年2 月臺灣工業技術研究院能源與資源研究所在土場地區建造了一座300 kW 的小型地熱電廠, 利用熱交換器的二元系統發電, 至今運轉正常。

 

  鑒于大屯地熱區集中在國家公園內, 而中央山脈地熱區地形起伏大, 鉆井不易、施工困難, 故地熱發電僅作為本區部分能源補充。由于地熱發電的綜合效益偏低, 現有條件下僅10 %～ 15 %的熱能轉化為電能, 其余多被廢棄, 遠未物盡其用。

 

  目前臺灣地區地熱溫泉的開發利用, 更多地用于改善人們生活品質, 作為休閑旅游的重要景觀與理療資源, 同時作為房屋與溫室的冬季供暖。1999年臺灣推出“溫泉開發管理方案” , 將溫泉開發作為旅游觀光產業的重要組成部分, 而旅游觀光產業是21 世紀臺灣最重要的產業之一。目前每年約400萬人次至臺灣地熱溫泉區旅游休憩, 預期未來每年可達約一千萬人次。

 

  4  地熱溫泉的開發保護

 

  由于近年來臺灣地熱溫泉開發日盛, 開發利用漸呈多元化和無序化。臺灣盡管溫泉資源豐富、得天獨厚, 但溫泉區缺乏整體規劃、公共設施及道路交通不完善, 而且缺乏統一的專職管理機構, 溫泉區資源與土地所有權的歸屬不清, 沒有一個完整的資料庫、溫泉用途狹隘、未考慮溫泉的永續性利用等弊端逐步顯露。

 

  由此有識之士建議推進立法, 對地熱溫泉進行保護性開發利用, 不以工業利用為主要目的, 而更多地用于改善人們生活品質, 作為休閑旅游的重要景觀與理療資源, 同時作為房屋與溫室的冬季供暖, 從而顯著提高熱能的使用率, 達到善用天然資源的目的。

 

  1999 年推出的“溫泉開發管理方案” , 目的即為改善溫泉區的品質, 將溫泉的開發利用, 從傳統的沐浴, 逐步引導向休閑游憩與提供理療轉化, 并由此促進休閑農業的發展。中央山脈地熱區將統籌規劃,建立假日休閑旅游勝地, 以逐步緩解交通便捷地區假日人滿為患的窘境, 同時促進地熱溫泉資源利用與保護的協調統一。