增强型地热系统开发技术研究进展

增强型(或工程型)地热系统(简称EGS)是指从地下3～10km低渗透岩体中经济开采深层地热的人工热能系统,主要用于发电.作为目前地热领域的重要发展方向,其研究受到发达国家的高度重视,但我国对增强型地热系统的研究还基本处于空白.本文从增强型地热系统的概念和开发思路入手,总结资源勘查、人工储层建造、地热田生产以及监测等阶段需要的科学与工程方面的关键技术及研究现状,对于提高深层地热认识,明确未来的技术发展方向具有重要意义.     

AMT方法在鳌山卫花岗岩地区深部地热构造勘探中的应用

作为我国最近规划的中国蓝谷海洋高科技开发区,对能源结构有着较高要求.目前,地热资源的直接利用是最经济最方便的绿色能源途径.鳌山卫研究区,是中国蓝谷的核心区之一,根据地质资料和温泉露头情况推测,该研究区内有可观的地热资源潜力.为探测鳌山卫花岗岩地区的深部地热构造,搜集已有的地质地球物理资料,在该区布设了10条AMT测线.通过资料采集、预处理、反演,得到了研究区地下2000 m以浅的电性结构的空间展布形态.勘探结果显示,研究区发育一条走向为N30°E的断裂构造F1,深度约1500 m;同时确定了构造低阻异常中心位置,为下一步钻孔布设提供依据.本次花岗岩区AMT探测,克服了城市人文干扰和高压输电线引起的各种电磁干扰,为类似地区深部地热构造探测工作提供了实践经验,是一次成功的深部地热构造探测.     

开拓探测地热资源的地震学方法

本文基于国民经济发展的要求,概述了在我国加速开发地热资源的必要性和可能性;简要地介绍了勘探地热资源的地震学方法和原理,以及地热异常与地震研究的关系。文中结合我国地热的地理分布特点,勘探现状和地震部门的技术优势,初步提出利用地震学方法探测地热资源的建议和相应的工作步骤。     

中国的地热学研究

本文对中国地热分布与大地构造,地热资源的勘探与利用,地热的理论研究以及地热的观测与实验等研究成果进行了论述。最后提出了我国当前地热研究的任务和展望。     

高温地热开采热流固耦合模型及综合评价方法

干热岩(HDR)是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,是地热开发研究热点.目前针对地热产能模拟的研究存在热流固(THM)耦合模型考虑因素不全,地热开发效果评价目标单一且缺少定量评价的问题.基于离散裂缝模型,建立了地热开发的热流固耦合模型,采用COMSOL实现了THM模型求解,依据多个地热开发评价指标进行模糊综合评价.首先借助两个THM耦合案例,验证了模型的可靠性及准确性.随后通过层次分析法计算出各项地热开发评价指标的权重,并结合模糊综合评判,对给出的EGS案例进行模拟计算和综合评价.结果表明:压裂裂缝连通注入井和采出井时,热突破时间短,采出温度下降快;水平布井比垂直布井的采出温度下降更快.依据模糊综合评价分析,水平井开采地热要整体优于垂直井开采地热,一注两采开采地热要优于一注一采,垂直井开采地热时,水力压裂裂缝建议不连通注采井.     

近年来我国地热学的研究与展望

简要回顾了近年来我国地热研究的现状及取得的重要进展，包括大地热流、岩石层热状态、地壳-上地慢热结构、地热与气候变化、灾害环境以及矿山地热、油田地热、地热资源等；并从固体地球科学发展动向及国民经济需求两个方面，展望我国理论地热学和应用地热学研究的今后发展方向     

增强型地热系统热流耦合水岩温度场分析

增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,简称EGS)作为深层地热资源开采最有效方法已成为国际研究热点.其中多场耦合是EGS研究中的关键部分,但目前对最基础和最重要的热流耦合研究仍不充分,特别是对热流耦合下热传导过程和采热效率的研究还不透彻.本文构建了针对EGS单裂隙热流耦合的数学模型,模型主要控制热流耦合时水岩温度场的演化,以展现热流耦合下的热传导过程,并以此计算了裂隙宽度和裂隙水流速率对水岩温度场的影响,分析了裂隙特征对采热效率的影响.计算表明,在特定的开采条件下,都有相应的岩体温度场影响半径;热量从高温岩体传至裂隙流体的过程显示为进水口为低温区,以水流方向为轴,向两侧岩体对称展开的三角形热传导模式;裂隙宽度和裂隙流体速度对裂隙两侧的岩体温度场和采热半径产生明显影响,但裂隙长度总体上对采热率表现为正效应,而裂隙宽度和裂隙流体速度在一定范围内对采热率表现为负效应;裂隙宽度与裂隙流体速度对水岩温度场具有完全一致的影响效果.模型的对比验证确认了本模型的合理性和优越性.文中最大的创新点和亮点是首次推导给出了EGS热流耦合水岩温度场演化特征的简明数学表达式,另一亮点是基于岩体热传导系数来考虑耦合过程的热传导量.     

全球干热岩资源开发诱发地震活动和灾害风险管控

干热岩地热资源作为一种绿色可再生的新型能源,其开发利用已成为当前世界各国尤其是发达国家能源战略的重要组成部分.但由于干热岩位于地壳浅部3～10 km,在采用增强型地热系统(EGS)等通用开发方式过程中,伴随着地壳应力状态的扰动,部分开采项目发生较大震级的诱发地震事件,甚至造成明显灾害、引起社会问题,亟待实现科学利用和风险管控.鉴于此问题在平衡能源开发战略和社会安全领域的重要性和关键性,本文梳理了全球干热岩开采诱发地震的总体情况、典型案例,整理了在成因和机理研究、地震灾害风险管控和缓解等方面的研究进展.综合分析结果表明,已有EGS项目案例中诱发地震震级超过3.0的达到31.2％、主要与断层活化有关,最大的诱发地震可发生在注水压裂、关井后、循环生产等各阶段.干热岩开采诱发地震有多种成因,已有案例多为多种成因共同作用,其中的关井后的尾随效应是目前重大难点.目前世界各国已开展了广泛的诱发地震机理研究并探索多种减灾措施,认为累积注水体积、注水速率与最大诱发震级之间不存在普适性的定标关系,前瞻性预测需要采用"一井一策"的方式.在缓解诱发地震灾害风险上,普遍采用科学的流体注入策略、对注采策略进行验证校准、持续开展地震活动监测等系列措施.此外,对储层的临界应力状态和应力时空演化的量化描述、地热储层内的先存断层与裂缝的探测识别、可有效管控地震发生的流体注入策略等,是当前干热岩资源开发减轻地震风险的主要技术难点,而利用地热储层实时感知信息技术、采用新的注入热交换载体、发展前瞻性的地震预测方法是该领域目前重点关注的技术方向.根据我国的干热岩资源开发和减轻地震灾害风险的实际情况,亟待建立开采场地安全性和灾害风险评价、多学科的地震监测网络和分析技术、地震灾害风险管控红绿灯系统等技术体系,并加强关井后的尾随现象、多场耦合等科学问题的基础研究.     

加利福尼亚HONEY LAKE盆地低温地热资源的综合调查

为了探明加利福尼亚北部Honey Lake地区低温地热储,提出了综合调查研究、确定地热资源的区域性研究包括重力、红外、水温、水质分析,由电阻率测量绘制出5个异常区.为了详细说明地热资源的结构和潜力,用温度梯度和地震方法对三个异常区进行了更多的研究.重力数据显示本区的地堑构造;综合地震反射数据与地面电阻和温度梯度数据指出了有关的断层,这些数据支持了浅部热储由深循环加热大气降水沿断层带补给的解释.     

共和盆地恰卜恰地热区现今地热特征

恰卜恰地热区位于青海共和盆地的东北部,是我国重要的具有干热岩地热资源勘探开发潜力的地区之一.自2013年起,不同的研究者针对该区开展了大量地球物理探测工作,然而现今地热场的研究相对较少.本文基于4口干热岩钻孔的稳态测温资料和81块岩芯样品的热导率测试数据,计算了研究区4个大地热流值.研究结果表明：研究区基底花岗岩层现今地温梯度为39.0~45.2℃·km^-1,平均值为41.3℃·km^-1,大地热流值介于93.3~111.0 mW·m^-2之间,平均值为102.2 mW·m^-2,与我国主要的克拉通型盆地（如柴达木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地）和新生代裂谷型盆地（如渤海湾盆地）相比,该区属于青藏高原高热流背景下的局部异常高地温梯度和高大地热流区.分析认为,研究区高地热异常可能暗示共和盆地浅部（20 km以浅）存在局部异常热源体（岩浆囊）.     

世界地热田重力监测研究进展

水热型地热资源是我国地热开发利用的重要组成部分,长期以来水热型地热资源的持续开发导致了不同程度的地质环境变化,逐渐引起人们的重视,进行地热开采过程中的多方法动态监测十分必要.长周期重复的高精度重力测量可以监测地热田的储层水量和参数变化,为热储建模提供约束,进而为地热田评估及可持续开发提供重要数据,目前正成为研究热点.测量方法一般可分为相对重力测量、绝对重力测量和混合重力测量.本文回顾了世界上多个国家开展地热田重力监测的历史、主要成果和最新进展,梳理了地热田开展重力监测的方法技术,包括监测网布设、设备选择、测点高精度定位新技术、各项改正方法、数据处理和反演方法等,提出了在国内重要地热田开展高精度重力监测的建议.随着仪器设备和方法技术的进步,混合重力测量将成为地热田重力监测的发展重点.数据处理及三维反演是目前地热田重力监测的关键技术问题.     

河北省地热资源信息数据系统设计与功能介绍

本次系统在建立信息管理数据库的基础上,采用Mapgis K10软件进行三维地热地质模型及地热井技术论证平台的建设。功能主要包括数据管理与维护、勘查数据信息可视化、地热资源开发利用数据可视化、地热井动态监测预警、三维地热地质建立以及地热井专业技术论证、地热资源数据共享及Web发布系统等。这些功能的实现方便了政府部门管理地热资源,实时掌握地热资源动态,还满足了技术人员对于地热资料的需求,以及各界人士对地热方面知识的学习。     

五大连池火山区地热显示及开发前景探讨

回顾与总结了三次五大连池火山区的地热普查与测量概况，展示了五大连池地热资源的开发前景。     

日本仙岩地区深部地热勘探技术调查(摘要)

(一)地热勘探技术调查概要《地热勘探枝术等检验调查》,作为实施日光计划的一部分,于1980年由地质调查所联同新能源综合开发机构(NEDO)共同进行研究,其目的在于确定有效的深部地热勘探技术和地热资源评价技术。以此为目标,地质调查所承担了主要从确定资源评价技术的角度实现     

地热开采对聊古1井地下流体动态的影响及其对策

简要介绍了聊古1井井区的水文地质条件,全面调查了聊城地震水化站外围地热资源开发的现状,在此基础上分析了地热开发对地震地下流体观测及其动态的影响。结果表明,井区周围地热开发导致聊古1井断流,引起了各项动态异常的出现;该井区碳酸盐岩岩溶性水的开采对地下流体观测及其动态产生影响,特别是冬季供暖期的开采对地下水物理动态产生严重干扰。为了消除或减弱这种影响,通过改造井口装置实现人工自流的方法,保证了各项观测,而且部分测项的观测条件得到改善,多数测项的动态资料可连续,只有少数测项动态受到较大影响,井口改造取得了一定实效。然而,根本的出路还应是保护观测系统,停止同层地热开发     

利用地球物理方法圈定松辽盆地干热岩靶区

干热岩作为一种新型的地热资源,其勘探与开发有重要意义.本文将对干热岩国内外勘探与开发现状进行介绍,给出寻找干热岩的勘探思路.结合已有的地质与地球物理资料对松辽盆地地热分布和地球物理特征进行分析.松辽盆地在地质、地球物理和地球化学等方面已有了大量的研究,通过对本地区的磁法和重力数据进行处理,进行莫霍面、居里面等界面的深度反演,计算不同深度的地热温度值及梯度值,总结分析区域的干热岩形成的条件,圈定可能的尚未开发研究的存在干热岩的区域,并给出了初步的评价结果.     

共和盆地干热岩地热资源的成因机制:来自岩石放射性生热率的约束

共和盆地位于青藏高原东北缘,是我国重要的干热岩地热资源赋存区之一．成因机制研究是干热岩地热资源研究中最为基础与核心的工作之一,也是干热岩地热资源潜力精细评价和合理开发利用的重要依据．本文基于98块采自共和—贵德盆地岩石样品的放射性生热率数据,分析了盆地主要岩性岩石的放射性生热率分布特征,讨论了共和盆地干热岩地热资源的成因机制,并初步建立了干热岩地热资源的成因模式．研究表明,共和盆地恰卜恰地热区沉积岩（以泥岩和粉砂质泥岩为主）放射性生热率为1.21～2.02μW·m~(-3),平均值为1.67±0.29μW·m~(-3);以花岗岩和花岗岩闪长岩等为主的基底岩石的放射性生热率介于1.17～5.81μW·m~(-3)之间,平均值为3.20±1.07μW·m~(-3)．贵德盆地扎仓寺地热区沉积岩（以砂岩和泥质砂岩为主）放射性生热率为1.83～2.40μW·m~(-3),平均值为2.13±0.23μW·m~(-3);基底花岗质岩石的放射性生热率介于0.92～6.49μW·m~(-3)之间,平均值为2.81±1.40μW·m~(-3)．测试数据显示共和—贵德盆地基底花岗岩不存在高放射性生热率异常．但是,新生代以来印度—欧亚板块持续性陆-陆碰撞作用造成的壳内放射性生热元素富集层增厚,导致了花岗岩放射性生热率的热贡献量同步增大（30.3～40.5mW·m~(-2)）,因此,花岗岩放射性生热可为共和盆地干热岩地热资源提供稳定的壳内热源基础．基于放射性生热率数据和热流配分研究,结合研究区已有地质-地球物理研究资料,本文认为壳内部分熔融层作为附加热源为共和盆地干热岩地热资源提供了重要的附加热流贡献．在此基础上,本文初步构建了共和盆地干热岩地热资源成因模式：加厚地壳花岗岩放射性生热与壳内部分熔融层供热．     

浅析广东省地热资源分布特征及成因

地热(水)作为水气矿产之一,是一种珍贵的综合性矿产资源,其功能多,用途广,且经济、社会、环境效益显著。广东省地热资源丰富,温泉点显示数量和地热能潜量均位居国内前列。本文对广东省地热资源分布现状、热储特征及地质条件等进行分析,简单阐述其地热成因,为广东地热工作提供基础认识,有助于全省地热工作的展开。     

地震地下流体自流观测井断流应对技术开发

我国地热田区多利用自流热水井开展地震地下流体物理化学多测项综合观测,但是随着各地地热资源的开发,很多观测井已经断流或即将断流,这使地下流体观测项目大幅减少,甚至全部停测,蒙受很大损失.针对这种情况,山东聊城聊古1井先后引进与开发了人工激发自流观测技术与潜水泵变频稳流抽水观测技术,实现了原有热水自流井的稳定出水,保持原有地下水化学观测项目,并新增井水位与井水温度观测,确保该井地震监测能力.这种技术的开发,性价比很高,且大大延长了观测井的观测寿命,是值得推广与应用的新技术.     

地热地球物理勘探新进展

地热作为一种清洁能源具有巨大的开发潜力,将在我国的经济发展中起到巨大的作用.在传统的热水型地热开发的基础上,国际上非常重视热干岩(Enhanced Geothermal)型地热的勘探开发.在这两类地热勘查和开发中,地球物理方法具有非常重要的作用.本文从地热系统的目标体岩石的地球物理性质出发,分析岩石的地球物理性质与温度、压力和含水量等影响因素的关系.例如随着温度的升高,岩石会出现去磁、电阻率降低、密度降低、弹性波速度也现明显降低等现象.进而分析地球物理方法应用到具体的地热勘查地质-地球物理异常模型.结合国际上21世纪以后的新方法技术,分析了重磁、电、地震方法在利用由于岩石温度的升高而出现的特殊地球物理现象,并应用于地热勘探.通过国内外实例介绍了各种地球物理勘探方法在地热勘查中成功应用,为进一步提高我国地热勘查水平,提供一些参考.