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3～10 km 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3 000 m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。      

章丘地热田地热资源量计算与评价

济南市东部地区地热地质条件较好,典型代表为章丘地热田。为了估算评价其地热资源,服务于进一步的预可行性勘查,该文在资料收集、野外勘查的基础上,依据地热地质条件及地热田勘查研究程度,确定奥陶纪灰岩裂隙岩溶层状、带状热储层为章丘地热田的主要研究对象。该文对章丘地热田地热能资源量、地热流体可开采量进行了计算。章丘地热田总面积为468.524km~2,在章丘地热田Ⅰ,Ⅱ计算分区385.225km~2范围内,地热资源总量为1.337×10~(18)J,折合标准煤0.4562×10~8 t,地热资源储量查明程度为推断的。按照最大允许压力降低值0.3MPa计算,章丘地热田奥陶系热储地热流体资源可开采量为6620.56m~3/d。按照地热流体可开采量计算的地热田产能为10.83MW,年开采累计可利用的热能量为5.690×10~8MJ,折合标准煤1.941×10~4t/a。通过该次评价,为持续做好该区的地热资源开发利用工作,带动当地经济发展,构建能源节约型社会提供了数据支持。     

日照市沿海地区地热资源特征研究

日照市沿海地区位于日照-青岛断裂两侧,区内断裂、构造较发育,成热地质条件良好。为了全面查明日照市沿海地区地热资源特征,该文通过浅层地温测量、物探、测温孔等手段,确定日照街道三柱山村东和南湖镇徐家坪-万家坪一带两处地热异常区,然后分别建立热储概念模型分析研究,采用热储法对两区域地热资源量进行评价。浅层地温测量显示区域恒温带埋深一般在17.84～26.15m,恒温带平均温度15.39℃,地温梯度值平均值为1.46℃/100m;热储概念模型分析显示,地下水受深部热源加热、温度升高,遇构造交会区形成凝滞,与围岩发生溶滤,形成了具有较高温度和矿物质的地热流体,最终沿断裂破碎带传输至地表,形成了地热异常区;热储法计算结果:三柱山区域地热资源量3.07×10~(15)J,可利用地热资源量2.46×10~(14)J,南湖区域地热资源量3.85×10~(15)J,可利用地热资源量3.08×10~(14)J。这对于日照市沿海地区地热资源勘查提供了方向,对我国"断控型"地热资源研究提供了一定的参考价值。     

宁乡灰汤地热田干热岩资源埋藏深度探讨

湖南省已开发地热资源均为水热型,干热岩的勘查开发尚是空白。宁乡县灰汤温泉是湖南省现今仅有的两处高温温泉之一,热水温度最高达102℃,是省内最具有干热岩开发潜力的地热田。干热岩埋藏深度是评价其是否具有经济开发价值的重要指标,本文采用管道模型的方法,利用热田中心钻孔的测温资料计算地下热水的上涌流速;利用化学温标方法,计算热储温度值范围;用图解法求出灰汤地热田的热水循环深度为2.7~3.1 km,进而推算出灰汤地热田干热岩埋藏深度为3.13~3.49 km,具有较好的开发前景。     

河南清丰地区岩溶热储地热地质特征

以河南清丰地区区域地质构造、地震资料解释为基础,结合最新的地热钻井资料,分析研究区奥陶系岩溶热储地热地质特征和水化学特征,建立地热田成因模式,精细评价地热资源量。结果表明:清丰地区地热田成因模式是以太行山山脉和鲁西南隆起区的大气降水为补给水源,以岩溶不整合面和深大断裂为运移通道,经过长距离搬运,在内黄凸起奥陶系碳酸盐岩储集层中富集的中低温传导型地热系统。奥陶系岩溶热储层顶板埋深为1.2～1.3 km,产水贡献能力由大到小依次为峰峰组、下马家沟组和上马家沟组;平面上,NE—SW向断裂发育处是岩溶热储富集的有利区;地热水水质类型为SO_4·Cl-Ca·Na型;地热田奥陶系岩溶热储地热资源总量为9.90×10~8 GJ,折合标准煤为3.38×10~7 t,年可开采地热资源量可满足180万m~2的供暖面积,具有良好的市场开发前景。该结果为河南清丰地区的地热资源开发提供指导。     

黄河三角洲地区地热资源及其开发利用前景初析

黄河三角洲地区蕴含着丰富的中低温地热,为2000m以浅经济型地热资源,经计算,全区地热资源总量折合标准煤相当于125×10~8t,其中仅地下热水总储存量就达到4570×10~8 m~3,可开采储量超过750×10~8 m~3,至少可以开采100a。如果形成以东营、河口、孤岛、广饶为中心的4个大面积系统的开发利用体系,并注重地热资源的综合利用和梯级利用,对于缓解能源紧张、促进经济的可持续发展等方面具有重要的意义。     

数字国土

68亿立方米日前在亚洲地热资源直接利用国际研讨会上获悉,据估算,中国主要沉积盆地储存的地热能量为736亿亿千焦耳,相当于标准煤2500亿吨。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米,所含地热量为973万亿千焦耳,折合每年3284万吨标准煤的发电量。(新华网)     

基于热储法的鲁西平原地热资源评价

鲁西平原地处山东省的西南部,热储层主要有新近系馆陶组、明化镇组,古近系东营组和奥陶系。通过野外勘察和室内分析结果,选取合理的计算参数,利用热储法等对鲁西平原地热资源进行了评价。结果表明鲁西平原地区地热资源量达1.735 5×1021 J,折合标准煤5.923 3×1010 t;可利用地热资源量达3.252×1020 J,折合标准煤1.110×1010t;热储层百年地热水储存量为4.229×1011 m3,地热水允许开发量为4.229×1011 m3。      

利津县陈庄地区干热岩地热资源存在可能性分析

干热岩温度一般大于150℃,埋深数千米,内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。干热岩资源分布广泛,资源量巨大,干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类岩体中,较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。利津县已施工一眼干热岩勘探孔,资料表明,陈庄地区具有干热岩地热资源存在所需的大地构造、岩性及地温梯度,具备干热岩地热资源存在的可能性。     

山东半岛蓝色经济区地热资源与开发利用区划

为了适应山东半岛蓝色经济区多产业快速发展的需求,通过区内地热资源开发利用现状调查、抽水试验、地热地质钻探等资料及以往地热地质研究成果,对山东半岛蓝色经济区地热地质条件进行了分析总结,将其分为层状、带状热储类型进行了地热资源量计算,从地热资源勘察、开发、利用条件和地热资源开发前景方面入手,结合区内交通、经济发展等社会环境,对半岛蓝色经济区地热资源进行开发利用区划,提出了地热资源开发利用方案及保护措施。     

山东省地热资源开发利用现状调查与问题分析

山东省地热资源类型多且分布广,资源储量丰富,开采条件好,是名副其实的地热资源大省。本文采用逐井调查方法,对山东省范围内地热井数量、开发利用方式、地热流体开采量、地热井与油气资源矿业权重叠等进行了调查,对开发利用过程中存在问题进行研究分析。截至2020年底,全省共有地热井1862眼,主要包括洗浴与疗养模式、洗浴与疗养兼养殖与种植模式、养殖与种植模式、供暖兼洗浴模式四种模式;全省地热流体开采总量约1.405×108m3/a,其中供暖开采量约1.216×108m3/a,供暖面积约4060×104m2;康乐用开采量约0.166×108m3/a,养殖及其他用开采量约0.068×108m3/a。对油气资源矿业权（采矿权、探矿权）与地热井重叠进行论述,分析了地热开发利用过程中存在的问题,为今后全省地热资源的开发利用提供了依据。     

山东省地热资源分布与开发利用研究

山东省地热资源丰富,目前16地市均有地热资源分布。天然温泉共19处,位于威海、烟台、青岛、临沂、泰安5个地市,主要用于洗浴、理疗、休闲度假等。以齐河-广饶断裂、聊考断裂、沂沭断裂带为界,山东省共分为鲁东隆起地热区、沂沭断裂带地热区、鲁西隆起地热区和鲁西北坳陷地热区,区内人工开采地热井共1160眼,主要用于供暖、洗浴、种植、养殖等。本文采用图文结合的形式展现了天然温泉的分布特征和四大地热区地热井的分布特征、热储特征、成热模式、水化学特征以及自然条件下地热资源可开采量。描述了目前全省的地热开发利用情况、开采现状和开采潜力,并根据鲁西北地热区和鲁东地热区的特征展开前景分析。     

济宁市南部地热资源分析

济宁市南部地处鲁西南潜隆之济宁凹陷,经地质调查、物探、钻孔验证等分析表明,济宁城区南部地热属层控岩溶裂隙型层状热储中低温地热田,经初步概算,区内奥陶系灰岩热储地热资源总量为3.424×1017J,折合标准煤1.17×107t,开发利用前景十分可观。     

菏泽地区奥陶系地热单井开采权益保护范围的研究

菏泽地区地处鲁西南黄泛平原,中低温地热资源丰富,具有良好的开发应用前景。目前菏泽地热的开发利用正处于起步阶段,地热资源的开发利用主要以奥陶纪热储层地热水为主。该文对奥陶系地热单井产能测试和开采权益保护范围进行了描述,对区内地热资源开发利用和地热资源规范管理起到一定的指导作用。     

文登地区浅部干热岩地热资源的赋存条件分析

文登地区的5处天然温泉,多分布于河套边沿,水源足,水质优,水温高,证明该地区存在多处地温梯度异常。分析认为该地温梯度异常与太平洋板块边沿俯冲带、苏鲁超高压变质带放射性元素生热异常、深大断裂带的导热作用有关。根据各种岩性的导热性分析,认为含石英岩脉的花岗岩、花岗片麻岩或片麻岩为有利于干热岩资源开发利用的最优目的层。建议在5处天然温泉区域内,利用物探、钻探等勘查手段相结合,查明深大断裂带,调查地温梯度异常区,寻找浅部干热岩地热资源赋存区。     

关于山东省地热尾水回灌试验的应用研究

为解决地热水开采利用过程中造成诸如水位下降、热流体排放引起的热污染和化学污染等问题,通过开展地热尾水回灌试验研究,认为在开采深层的地下热水资源的同时,必须进行人工的回灌补源,山东省通过在德州、东营、济南等地开展地热尾水回灌试验工作,效果显著。     

干热岩勘查评价指标与形成条件

干热岩具有利用率高、无污染、储量巨大、分布较广、持续稳定、安全性好等特点,被全球公认为在21世纪能够取代化石能源的一种最优质的、可再生的新型清洁能源。目前对于干热岩的成因机理还没有定论,而对于干热岩的勘探寻找、远景区的圈定以及资源评价也有不同的观点,为了有利于干热岩勘探开发,本文在综述前人研究工作基础上,总结归纳了干热岩勘查评价指标,几个重要的指标及其特征如下。第一个指标是岩石圈厚度和莫霍面埋深,岩石圈厚度较小并且莫霍面埋深比较浅,是评价干热岩远景区的一个重要指标。莫霍面埋深较浅指示深部热源（幔源热）更加接近地表,故埋深较浅（较薄的厚度）并具有上隆的特征有利于深部的热量向上传导,为干热岩的孕热环境提供良好的条件。第二个指标是居里等温面,埋深较浅的居里等温面是干热岩远景区一个重要的评价指标。居里等温面是地球内部一个非常特殊的温度（热物质）界面,它不仅能指示地下温度场的分布特征,还可指示地壳深部热能分布特征,对干热岩及地震的成因研究具有十分重要的意义;如果居里面埋深较浅,则热量传导到地表的距离比较短,深部的热流活动更容易向地表传送,不仅是有利的高温干热岩孕热环境,也有利于储存的热能快速向上传导。第三个指标为地温梯度,地温梯度较大是寻找干热岩远景区的一个重要指标;如果一个地区具有较高的地温梯度（≥ 35℃/km）,则随着深度的增加深部的地温增加较快,在相对较浅的地方就可以获得温度较高的岩石体。第四个指标是大地热流,大地热流值较大（≥ 75 mW/m2）就指示地球深部有存在高温岩石体的可能;大地热流是地温场的综合性热参数,能够准确地反映区域内的地温场特征。第五个指标是新构造运动,这也是人们寻找干热岩时容易忽略的一个重要指标。新构造运动包括火山、地震及活动断裂构造等。地震和火山是极具破坏性的自然灾害,两者的发生都表明了地球内部的热能汇聚到一定程度,从而打破了地球内部平衡状态而以地震或火山的形式把热量进行释放的地球系统行为。该指标中,如地震震级大（>3级）、震源深度浅（10~15 km）、频度大,火山活动时间新（活火山、休眠火山、中新世以来的死火山）规模大都说明地球深部存在不稳定的高热状态,易形成干热岩;如果能提前找到该区域的干热岩,可以先取出其中的热,那么地震和火山就有可能不会发生,这样可以达到取热减灾减排的作用。活动的深大断裂即能产生一部分热,也能将深部的热传输到浅部,尤其是活动性强的走滑拉张断裂,其深部具有韧性剪切特征,直接指示了深部的高温体的存在。第六个指标是高温温泉与气田等。温泉、气田的形成通常与深部的热储关系密切,一般认为地下水沿某个通道向下渗透接触到深部高温热储被加热后再沿某一通道流出地表而形成温泉;所以,温泉的出露指示了深部存在高温的岩石体（干热岩）;区域地温场异常明显,地表热泉等高温水热型地热田较密集的区域有望在深部寻找到干热岩,这也是一种就热（水热）找热（干热）的常规方法。作为固体矿产资源的干热岩,其形成具备四个必要条件:源、通、储、盖。第一个条件是要有丰富的动态热源如来源于深部地幔（幔源热）,来源于晚新生代活动的控热构造系统-活动的韧性剪切带,来源于地壳内的低速低阻体（中下地壳热）以及来源于高放射性中新生代花岗岩体（壳源热）。第二个条件是要有优良的导热通道,如壳内15~25 km低速层不仅是热源,同时具有将深部地幔热能向上传导的作用;软流圈地幔上隆时具活动性的深大断裂（深部具韧性特征、浅部具脆性特征）常常具有很好的导热功能;地壳浅表层次的脆性断裂系统往往不是干热岩的热通道,而是水热型地热能的导水、释热构造。第三个条件是要有巨大的储热岩石体,除埋深要适中（3~6 km）并具有较高温度（≥150℃）外,其规模要大（蕴含丰富的热能）,热导率大（>2 W/mK）,裂隙少（不含水或含少量不流动的水）;当然热储层可以是变质岩、岩浆岩,也可以为沉积岩。第四个条件是要有良好的保热盖层,盖层（被子）导热率低（< 2 W/mK）、厚度适中（>1 km）（具有良好的保温效果）,地温梯度高（≥40℃/km）、大地热流值高（≥70 mW/m2）（指示深部存在高温特征）是深部赋存有高温地热资源的必要条件。      

广西干热型地热资源成因机制与赋存模式

干热岩(HDR)作为一种清洁、可再生的地热资源,所蕴含的地热能潜力巨大,极具开发前景和研究价值。为了向干热型地热资源生成理论研究及赋存条件分析提供案例,向干热岩成因机制、赋存模式的系统性总结贡献广西经验,选取地热资源丰富的钦州、合浦盆地为研究对象,采用区域地质调查、热物性测定、放射性元素测量、地热地球化学和地球物理勘查等综合性研究方法,对两个干热型地热资源潜力区的热源机制、运移和聚热模式进行了系统总结,即在有限的地质、地热井、热物性和大地电磁测深(MT)资料的约束下,初步建立密度、磁性、电性参数与基础地质认识有机统一的地质—地球物理模型和干热型地热资源赋存模型。结果表明:在地球内热的生成、演化理论制约下,钦州盆地以壳、幔物质上涌所形成的传导型热为主要热源,归属于强烈构造活动带—沉积盆地型干热型地热资源区;合浦盆地以“低速高导”局部熔融层为主要热源,以次级幔枝或热点为热源补给,归属于近代火山—沉积盆地型干热型地热资源区。研究结果为干热型地热资源的勘查提供了理论依据,对广西干热型地热资源潜力区的对比性研究和精细化评价具有示范性意义。      

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。      

成矿深度研究及其对深部找矿的指示意义——以胶东典型焦家式金矿为例

近年来,焦家式金矿在500～3000m深部不断取得重大找矿突破,显示出深部巨大的找矿潜力。然而,该类型金矿深部是否仍具有找矿空间,赋矿空间在哪是目前制约深部找矿亟需解决的关键科学问题。本文以三山岛、焦家、台上-水旺庄等3个千吨级超巨型金矿床为研究对象,在分析前人定量计算成矿深度方法的基础上,综合利用构造特征、岩浆作用及地温梯度约束该类型金矿成矿深度,构造特征分析结果表明,焦家式金矿成矿作用发生于韧脆性转换空间至脆性空间内,成矿深度范围大约在5～10km。岩浆作用研究表明,与金成矿密切相关的玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩侵位深度分别为10～15km, 6～13km。岩浆热液出溶深度12km,成矿深度10km。成矿温度及地温梯度计算结果表明成矿深度范围约2.5～9.5km。焦家式金矿成矿后至今虽略有剥蚀,但整体剥蚀量不大,深部矿体保存良好,深浅部金矿体沿同一控矿断裂构造倾斜方向分布,具有明显的侧伏规律,沿侧伏方向厚度×品位高值区具有似等间距分布规律,焦家式金矿深部仍具有2～4km的找矿空间,沿侧伏方向按照厚度×品位高值区的间距向深部具有良好的找矿前景。