我国发展增强型地热开采技术所面临的机遇与挑战

介绍了增强型地热系统(EGS)的技术原理及增强型地热资源所具有的分布广、对环境污染小、可循环利用等优点。阐述了我国干热岩地热资源前景广阔,大陆地区3~10km深度段干热岩地热资源总量为2.09×107EJ,按2%的可开采资源量计算,亦达4.2×105EJ,相当于14.3×103亿t标准煤,是中国大陆2010年能源消耗总量的4 400倍。以青海共和贵德盆地为例,该盆地干热岩储层的地温梯度为7℃/hm,井深3 000m温度可达200℃。根据典型干热岩储层特征,讨论了我国开展干热岩吸热系统存在的技术难题,并对开展相关研究给出了建议。     

江苏干热岩地热资源潜力估算

干热岩是一种清洁的可再生地热资源,随着开发技术日趋成熟,显示出其巨大的利用价值。江苏地区中、新生代发 育大量火山活动,深部热源上涌,具有良好的干热岩赋存背景。文中在对江苏地区大地热流值、不同深度岩石热导率、生 热率分析的基础上,利用贡献率叠加法,对苏北盆地与苏南地区不同深度的温度进行估算,将5~8 km的温度计算结果与采 用温度梯度计算方法所得数据进行对比分析,在此基础上对江苏地区3 km至8 km深处干热岩资源量进行预测。结果显示, 江苏地区3~8 km深处干热岩资源总计为2.18×1021 J,合74.9亿吨标准煤,按2%的可开采资源量计算,即合1.5×108 t标准 煤,约相当于江苏省一年能源消耗总量的一半,开发利用前景巨大。     

江西干热岩地热资源潜力评估

干热岩是一种清洁的可再生地热资源,随着开发利用技术日益成熟,已显示出其巨大的利用价值。江西作为高热流花岗岩地区(福建、广东、江西)所在的三个省份之一,具有较好的干热岩勘查开发前景,但对于干热岩的研究却相对滞后。通过对大地热流基本特征、岩浆岩分布规律、江西地热资源形成规律、盖层特征进行研究,初步划分了泰和南康、贵溪乐安、南丰会昌、万载宜春、全南龙南5个干热岩勘查远景区;再运用体积法,对江西5个干热岩勘查远景区资源潜力进行了评价,估算全省3~10km深处干热岩地热资源总计15.07×1020J,合514亿吨标准煤,相当于江西省2015年能源(控制)消耗总量的767倍,5.5~7.5km干热岩资源量为5.91×1020J,热储目标温度为150℃~250℃,占3~10km干热岩资源总量的39.2%。     

中国地热资源及其潜力评估

笔者在阐述中国地热资源特征的基础上,针对中国不同类型的地热资源,采用不同的计算方法对浅层地热能、水热型地热资源和干热岩地热资源进行了潜力评估。结果表明,中国287个地级以上重点城市浅层地热能为2.78×1020J,每年浅层地热能可利用资源量为2.89×1012kWh;中国主要平原(盆地)沉积盆地地热资源储量为2.5×1022J,可开采资源量为7.5×1021J;中国温泉区放热量共计1.32×1017J,可采资源为6.6×1017J/年;中国大陆3.0~5.0 km深处干热岩资源总计为2.5×1025J,是中国目前年度能源消耗总量的2.6×105倍。     

河北省柏乡县干热岩地热资源前景分析

干热岩是一种清洁的新能源,以其具有可再生能源巨大高温发电潜力,越来越受到关注。以钻孔测温数据为依据,利用一维稳态热传导公式,对柏乡地区4 km深处的温度进行了估算,在此基础上用体积法对区内的资源量进行了预测。结果显示,柏乡地区4 km深处干热岩资源量总计为9.99×10~(19)J,合34.2亿t标准煤。柏乡县地区存在干热岩地热资源,应尽快对本区进行干热岩资源调查评价工作,为将来应用打下坚实的基础。     

增强型地热系统:潜力大、开发难

文中讨论了为什么要开发干热岩地热资源?什么是干热岩系统和增强型地热系统?中国干热岩系统的潜力,如何发展中国的EGS以及我们可供考虑的建议。随着常规能源的不断消耗,可再生能源日益受到人类的青睐。在可再生能源中,地热能的容量最大,地热发电提供的是基本负荷,但是由于诸多因素,开发滞后。尤其是对潜力大、开发难的增强型地热系统,中国更是从研究到开发,都刚刚起步。如果地热发电的规模要超过风能及太阳能等其他新能源,不能仅靠水热型地热系统的开发利用,而必须重视和利用干热岩资源,大力研发增强型地热系统。中国干热岩系统的潜势如何呢?中国科学院地质地球物理研究所利用921个大地热流数据编制了《中国大陆地区新版热流图》以及3~10km深处不同深度温度分布图,计算了不同深度干热岩地热资源量,总数为2.09×107 EJ;其中主要分布在青藏高原,占全国总资源量的五分之一。作者们认为,干热岩资源的开发和增强型地热系统的建立是一个系统工程,地热资源的开发是一项风险投资,亚经济型的EGS风险更甚。国家必须统一安排和投资。工程项目必须学习国外的经验和吸取开发的教训。要选择关键地区进行试验和研究。作者们建议可考虑选择羊八井地热田的北部作为试验地区。     

我国干热岩资源潜力区深部热结构

干热岩是潜力巨大的可再生能源,通过建立EGS试验场地开展干热岩资源开发示范工程是我国开发深部地热的前沿性、基础性工作。地壳深部温度是干热岩开发选址中首先考虑的因素,在重新编制中国大地热流图、居里面深度图的基础上,建立了东南沿海地区和青藏铁路沿线地区2个典型干热岩资源潜力区三维温度场模型,在不考虑热对流的情况下,模拟结果显示东南沿海4km深处的最高温度能达到165℃,青藏铁路沿线地区4km深处最高温度可达到380℃。同时,对比模拟结果和前人实测数据,分析了2个研究区不同的热成因机制,东南沿海地区以壳源产热为主,漳州地热田放射性集中层厚度10km,幔源热流所占比例为39.6%,青藏铁路沿线地区以幔源传导热为主,羊八井地热田放射性集中层厚度为6km,幔源热流所占比例为53.7%。通过与文献结果对比分析了模拟结果的合理性,模拟结果能够为我国干热岩靶区选址提供参考。     

青海共和盆地干热岩赋存地质特征及开发潜力

青海共和盆地贮藏有丰富的干热岩地热资源。为提升共和盆地干热岩地热资源成因的理论认识,进一步推动干热岩资源的勘探,文章从共和盆地干热岩热源机制、盖层条件、储层特征等方面对共和盆地干热岩资源成因件进行了全面分析。首先,结合区域地质构造分析、地热地质调查、地球物理（航磁、地震）解译等手段,在共和盆地恰卜恰岩体内实施了4口深度为2927~3705 m的干热岩勘查孔,并在3705 m处钻获236℃的优质干热岩资源,为中国非现代火山区干热岩地热资源勘探的首个重大突破。其次,系统测试了钻孔不同深度花岗岩放射性,结果表明,共和盆地花岗岩体铀、钍、钾放射性含量略高于大地背景值,放射性生热率较低,对干热岩热源的贡献小,其热源可能来自壳内熔融体。第三,基于地质资料分析和航磁解译,圈定了共和盆地总体面积约1.4×104 km2的潜在干热岩分布区。最后,采用体积法评估了共和盆地干热岩资源潜力,结果表明,共和盆地3.0~6.0 km深度范围保守的、静态干热岩资源总量为8974.74×1018 J,换算标准煤可达3066.19×108 t,具有广阔的开发利用前景。      

基于地貌分类的黄河源区多年冻土层地下冰储量估算

地下冰作为多年冻土区别于其他土体的显著特征,对寒区水文、生态环境和工程建设等都有深刻影响。为准确估算多年冻土层地下冰储量,基于黄河源区地貌及其成因类型,结合岩性组成、含水率等105个钻孔的野外实测数据,估算了黄河源区多年冻土层3.0~10.0 m深度范围内地下冰储量,并讨论了浅层地下冰的空间分布特征。研究结果表明:黄河源区多年冻土层3.0~10.0 m深度范围内地下冰总储量为（49.62±17.95） km3,平均单位体积含冰量为（0.293±0.107） m3/m3;在水平方向上,湖积湖沼平原、冰缘作用丘陵等地貌单元含冰量较高,而侵蚀剥蚀台地、冲洪积平原等地貌单元含冰量较低;在垂向上,多年冻土上限附近含冰量较高,并随深度呈减小的趋势。     

渤海湾盆地干热岩开发利用前景评估——基于开采优化数值模拟的认识

渤海湾盆地的大地热流高,5 000 m埋深地层平均温度为175℃,热储岩性以低孔低渗的变质岩、火成岩为主,具备形成干热岩资源的条件。基于大地热流、岩石热导率、生热率等热参数,利用COMSOL软件建立三维水热耦合的干热岩开采模型、分析不同井间距、注采速率、布井方式等差异开采方案下在100 a内对热储层温度的影响随开发时间的变化,选取最优方案并估算干热岩资源。结果表明：注采速率一定时,随着开采时间的增加,开采井水温度下降速率与井间距成反比;当注采井间距一定时,注采速率越大,开采井水温度下降越快,发生“热突破”的时间越早;其他条件相同的情况下,“两采两注”布井方案比“一采一注”布井方案获得的热量更多,开采效率更高。基于上述认识,确定研究区最优开采方案为：年限50 a、井间距400 m、注采量90 m³/h、“两采两注”方式。此方案下,可获得开采井水平均温度为172℃,对应全渤海湾盆地可采资源量为3.28×10¹⁹ J/a。以河北任丘市为例,按照民用住宅热负荷指标100 W/m²计算,利用最优方案进行干热岩的开采,仅需157.7...     

青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征

基于地热地质、综合地球物理勘查成果等布孔依据,实施的GR1干热岩勘探孔位于共和县恰卜恰干热岩体中南部,是迄今我国钻遇地层温度最高的干热岩勘探孔,为我国首个EGS示范工程与科研试验平台建设奠定了基础。GR1孔测温结果表明,2500 m深处温度为150℃,进入干热岩段;终孔深度3705 m处的井底温度为236℃。2500~3705 m井段平均地温梯度为71.4℃/km,高于另3眼干热岩勘探孔;2800~3705 m井段地温梯度大于80℃/km,属中等品质以上干热岩。综合地球物理勘查与4眼干热岩勘探孔钻探结果表明,该干热岩体埋深2104.31~2500 m,面积246.90 km²;干热岩资源评价结果表明,3~5 km深度范围,100年内的潜在发电装机容量为3805.74 MW,以2%的采收率计,装机容量为76.11 MW;3~6 km潜在装机容量为7788.26 MW,以2%的采收率计,装机容量为155.77MW;3~7 km潜在装机容量为13639.25 MW,以2%的采收率计,装机容量为272.79 MW。     

基于3DMine软件的地质统计学在河北羊崖山铁矿床资源量估算中的应用

现有矿业软件的储量估算模块核心方法主要基于地质统计学。文章以河北迁安羊崖山铁矿床为例,通过3DMine软件在数据资料准备、变异函数确定、块体模型构建及储量报告等多方面的应用,规范了矿业软件在资源量估算方面的工作流程。利用普通克里金法和距离幂次反比法分别进行品位插值,完成资源量估算;并与传统储量估算结果进行比较,分析产生误差原因,建立了开采境界模型,计算了矿山开采储量和保有储量;利用赋值参数分析矿体控制程度,指导未来探矿工程重点部位。     

华南地区热液铀矿床成矿潜力的构造扩散模型研究

华南地区是我国重要的铀成矿区,特别是中新生代强烈的岩浆活动形成了众多的花岗岩型和火山岩型等热液铀矿床。本文运用构造扩散模型对华南地区花岗岩型铀矿床和火山岩型铀矿床的潜在资源量进行了分析与评估。构造模型从地壳构造运动的角度出发,引入折返速率、侵蚀速率、矿床形成速率等参数,利用矿床的年龄-频率分布以及形成深度来模拟U元素在地壳中的迁移,从而预测矿床的资源量。研究结果表明,华南地区具有潜在的热液铀矿床总数约459个,其中近地表约86个, 0.5～1 km深处约348个, 1～2 km深处约25个。铀矿床主要集中在0.5～1 km深度,占矿床总数的75.8%,其潜在花岗岩型和火山岩型热液铀矿总资源量达到数十万吨。该区还有较好的铀矿找矿潜力,大多数矿床被剥蚀至地壳深度2 km以内,并且集中在地壳0.5～1 km深度内,应当要加强深部铀成矿理论研究与找矿工作。     

唐山地区3～4 km深部地应力测量及断层稳定性分析

地应力大小和方向是干热岩开发中注采井网部署、水力压裂设计和诱发地震评估等方面的重要基础数据.本文利用非弹性应变恢复(ASR)地应力测试方法,实测获取了唐山市乐亭县马头营干热岩勘探区3～4 km深度范围的地应力状态.研究结果表明:①地应力量值随深度增加而加大,3139～3934 m深度范围内水平最小主应力介于59.0～90.7 MPa之间,水平最大主应力介于103.7～123.6 MPa之间.水平最大主应力方向介于N83°～114°E之间.②三向主应力总体表现为σH＞σv＞σh,表明研究区3～4 km深度构造应力占主导地位,该应力状态有利于走滑断层活动.③利用摩尔-库伦准则对邻区断层的稳定性进行分析,结果表明研究区3～4 km深度范围内的断层总体处于稳定的应力环境.④干热岩注水开发与断层稳定性分析表明,在统一的区域地应力场作用下,研究区3900～4000 m干热岩注水开发过程中,当地面持续注入压力达到或超过约28 MPa时,可能引起场区内断层的滑动失稳,导致中小地震的发生,在于热岩开发利用中需注意防范.研究结果对于唐山地区地球动力学研究及干热岩的开发利用具有一定的参考价值.     

我国干热岩地热资源钻采工艺浅议

干热岩是埋藏于距地表大约2 km至6 km深处、温度为150℃至650℃、没有水或蒸气的热岩体。我国部分地区开始进行干热岩地热资源调查,但尚未进行勘探开发。我国干热岩地热资源钻采工艺方面,应结合国内设备工艺技术现状,宜选择已成熟的盐碱矿注水采卤水平对接井钻孔设计模式;选用耐高温泥浆、泡沫泥浆或增压泡沫作为循环介质;对现有的钻探设备、随钻测斜仪、泥浆循环与固控系统及安全设施进行提高、完善。     

国内外煤炭资源量报告对比研究——以南澳WINTINNA矿区为例

以南澳州WINTINNA煤炭勘查区为实例,选取以我国《固体矿产资源储量分类GB／T17766—1999）标准为勘查标准的《南澳WINTINNA勘查区详查地质报告》和以《澳大利亚矿产资源和矿石储量公布规范（JORC规范）2004）为标准的《WINTINNA煤炭资源量评述报告》作为对照,从报告结构、矿产资源量估算、煤炭资源量结果、资源量变化原因四个方面进行了详尽的对比研究,通过算理与算法对资源量变化原因进行剖析,深入阐述了以JORC标准为主导的国际资源储量估算领域的指导思想和国际通行估算方法,指出了国内外在煤炭资源储量估算领域的不同,对提高我国的资源储量报告在国外市场上的效力、实现国内外主要资源储量标准分类下该类型资源储量报告的快速准确映射和转换具有实际意义。     

浙江省主要农作区土壤有机碳储量

基于浙江省主要农作区土壤调查获得的样品与测试数据,采用指数模型方法计算了表层、中层、深层土壤有机碳的储量及平均密度,按地区分布、土壤类型、土地利用方式对其作了比较分析。浙江农作区0~0.2m、0~1.0m、0~1.8m不同深度土壤的有机碳储量分别为1.13×108t、3.78×108t、4.93×108t,平均密度分别为0.31×104t/km2、1.03×104t/km2、1.35×104t/km2。有机碳储量在林地与耕地分布最高,分别占总量的72.87%与14.91%;在水稻土与红壤中共占83.54%。平均有机碳密度在林地与耕地最高。与国内其他地区相比,浙江土壤碳库具有较大固碳能力和增长潜力。     

江西省东部地区干热岩资源前景分析

干热岩分布普遍,储量丰富,作为一种可再生的新型能源,具有环保、可靠、可持续等优势。通过对江西省东部地区的出露地层情况、区域构造特征、岩浆岩分布及地热地质特征等综合分析研究,发现区内大地热流值较高,花岗岩类岩体发育,多呈大型岩基产出,存在热传导率高、放射性热保存较好的高产热率隐伏岩体。仅对初步优选的11个干热岩有利区,用体积法估算干热岩资源量就高达165亿t标准煤。由此可见,江西省东部地区干热岩资源前景良好,丰富的干热岩资源对"缺煤少气无油"的江西省意义重大,建议尽早对江西省东部地区开展干热岩资源的调查评价工作。     

青藏高原北部新生代火山岩中麻粒岩包体特征及其成因

青藏高原北部第三纪火山岩中的麻粒岩包体为深部地壳岩石捕虏体。麻粒岩具有石榴石、斜长石、紫苏辉石、普通辉石、石英等矿物组合，为变质峰期的产物，其原岩为富含泥质的沉积岩。麻粒岩的形成温度和压力经估算为1061℃～1222℃和1．010GPa～1．124GPa，相应的深度为36．7km～40．9km。上述资料表明，青藏高原北部的麻粒岩是在陆内板块挤压碰撞、剪切、地壳叠置增厚的条件下，由动热区域变质作用形成的。     

广西合浦盆地干热岩资源成热条件及潜力评价

为了对广西合浦盆地干热岩资源成热条件及其潜力进行评价,利用广西航磁勘查数据,采用Parker-Oldenburg法反演计算了居里面深度。在此基础上进行大地热流密度值和不同埋深地温计算,发现计算结果与现有测温资料吻合,合浦盆地内西场凹陷和常乐凹陷具有干热岩资源成生条件。结合合浦盆地内基础地质调查资料和油气钻孔资料,分析了合浦盆地干热岩资源的储层和盖层条件。初步圈出2个位于西场凹陷和常乐凹陷的干热岩勘查靶区C1和C2,面积分别为167.10和72.90 km²,干热岩资源量分别为182.48×10¹⁵、77.59×10¹⁵ J。按20%的采收率,合浦盆地干热岩资源量可开采量为52.01×10¹⁵ J,折合标准煤177.48×10⁴ t,占2018年广西全区能源生产总量3 756.69×10⁴ t标准煤的4.72%。在资源量评价基础上,可优先考虑位于合浦盆地西场凹陷的C1靶区开展进一步的勘探工作。