化学刺激法提高花岗岩类岩石裂隙渗透性的实验研究

增强型地热系统(EGS)用于通过人工形成地热储层的方法从深部低渗透性岩体中开采地热能;国际上常采用水力压裂辅以化学刺激的方法改造EGS 储层以提高其渗透率。本文以采自青海共和盆地的花岗闪长岩样品为对象,选用3种不同化学刺激剂(氢氧化钠、盐酸和土酸),在3组不同注入流速条件下开展了系统化学刺激实验。结果表明:注入盐酸和土酸后样品渗透率均有提高,且采用土酸时渗透率提高幅度明显大于盐酸;但注入氢氧化钠后,样品渗透率反而降低。在3类化学刺激剂中,土酸对长石类矿物的溶蚀能力最强,而氢氧化钠溶液对石英的溶蚀能力最强,但氢氧化钠溶液在溶解岩石样品裂隙表面矿物后极易形成非定形态二氧化硅或非定形态铝硅酸盐蚀变矿物并阻塞裂隙,反而对化学刺激效果造成负面影响。总体来看,土酸是青海共和盆地干热岩体的最佳化学刺激剂。在中等注入速度(3 mL·min^-1)条件下,土酸对岩石样品的溶蚀程度就可达到最高;在此基础上进一步降低流速,则可能使溶解组分更易从液相中沉淀而充填于样品裂隙,导致样品渗透率有所下降。     

安徽铜陵胡村矽卡岩型铜矿水-岩反应动力学实验研究

以铜陵胡村矽卡岩型铜矿为研究对象,选择与成矿关系密切的花岗闪长岩,在22 MPa恒压、不间断流动条件下,与纯水在叠层反应器中进行水-岩反应动力学实验研究。结果表明,水-岩反应速率与流体流速成反相关,与流体在体系内的停顿时间成正相关。铜陵地区Cu,Mo等金属矿化普遍分布于岩体附近可能与此有关。成矿流体中的Cu可能主要是在超临界态流体中迁移,在低于临界态条件下从流体中析出;而在体系温度较低时,主要成矿元素Cu难以从岩石中溶出。在相同温度条件下,Cu,Zn等成矿元素的溶解速率存在较大的差异,可能是导致这些成矿元素在空间上出现分带的原因之一。     

高温高压下水岩界面反应与金的迁移富集

高温高压下水岩界面反应与金的迁移富集王玉荣阚小凤王志强（中国科学院广州地球化学研究所,广州５１０６４０）关键词水岩界面反应自发电池实验地球化学本实验以哈达门沟［１］及东坪金矿［２］为地质背景,研究钾长石岩中金矿化富集的物理化学条件。该区金矿既与早期变...     

成矿过程水岩反应研究态势

水岩反应是矿床学的重要研究内容,亦是地球科学领域的前沿问题。复杂性理论、渗流力学等的引入和测试技术的提高,促使水岩反应研究向系统化和定量化的方向发展,并取得了诸多相关进展。通过水岩反应中元素迁移过程和机制的探索,可以进行流体示踪及推测相关水岩反应过程;定量计算、物理实验和数值模拟是水岩反应研究的主要手段;对复杂的水岩反应体系,应综合运用各种方法,以更加真实地重塑水岩反应的过程。     

针铁矿与盐酸反应的化学动力学研究

本文研究了针铁矿αFeOOH与盐酸反应的化学动力学特性,测定了它们的反应级数、速率常数、实验活化能和指(数)前因子。     

地质流体 岩石反应的地球化学动力学方法

摘 要　 提出了一个以矿物生成和溶解的速率确定体系矿物沉淀的量来模拟水 岩反应的新方 法。新固相在体系中沉淀的量只依赖于沉淀速率‚而不是依赖于水 岩之间的平衡。考察了一 个矿物溶解生成次生矿物最终趋于平衡的溶解沉淀反应演化‚结果表明在水 岩体系中对于次 生矿物的部分平衡假定在许多情况下都不能成立。在这样的反应演化过程中亚稳矿物与溶液 之间总保持过饱和态‚矿物的沉淀速率随反应的进展而变化。同时‚当主要溶解矿物达到平 衡而溶解作用停止时‚次生矿物沉淀尚未停止‚直到体系饱和指数全部趋于0时‚才达到总 体平衡。用动力学方法处理地球化学过程中的水 岩反应比准稳平衡的简单假设更合理‚因为 动力学方法更符合自然情况‚同时产生了关于时间过程的时间尺度信息。     

高温高压下超临界二氧化碳作用对花岗岩力学性质影响的试验研究

为了研究二氧化碳基增强型地热系统核心及邻近区域中超临界二氧化碳(ScCO₂)作用对岩石力学性能的影响,设计了纯ScCO₂与干燥花岗岩作用,ScCO₂、水蒸气与干燥花岗岩作用,ScCO₂与在水中浸泡了24 h后的花岗岩作用3种试验条件,每种试验条件下均开展了210、240、270℃温度下的试验。对ScCO₂作用后的岩样以及一个未经处理的对比样先后开展纵波波速测试以及单轴压缩试验,获得了岩石的纵波波速、单轴抗压强度以及弹性模量。纵波波速试验结果表明,在上述3种试验条件下,花岗岩样的波速会都会发生一定程度的降低。单轴压缩试验结果表明,ScCO₂作用后的岩石单轴抗压强度及弹性模量都几乎没有受到影响,但是从破坏模式看,未经处理的岩石以张拉破坏为主,处理后的岩石以剪切破坏为主,并且随着温度的升高剪切破坏越明显。试验结果说明,在不存在水或者仅有微量水存在的情况下,ScCO₂的作用对岩石产生轻微损伤,岩样的刚性减弱、塑性增强,导致其纵波波速有少量的下...     

锂同位素地球化学在地热流体水岩反应中的应用——以川西现代富锂热泉研究为例

高温流体的化学组成及同位素特征是深部环境信息的重要载体。本文基于锂同位素地球化学方法系统分析了川西现代热泉地热流体的水化学特征、水岩反应过程、补给来源、水岩反应温度及循环深度。研究结果显示,茶洛热泉水化学相类型为HCO₃-Na型,与地表水和冷地下水的HCO₃-Ca型存在明显区别。利用锂同位素温标估算茶洛热泉的水岩反应体系温度为227.80±19.84℃（2σ,n=8）,热循环深度为7348.08m±684.26m（2σ,n=8）。茶洛热泉水化学成分主要受水岩反应控制,处于非平衡向局部平衡过度。高K、Li、F、Cl等与花岗岩岩体有关的特征元素表明水岩反应中以与花岗岩岩体反应为主导,估算其贡献率约为75.34%。矿物饱和指数的计算,显示了热泉水中的白云石、萤石、霞石、方解石处于过饱和状态;钾盐以及大多数样品的石膏、硬石膏处于不饱和状态;石盐则趋近于平衡状态。锂元素浓度及锂同位素分析结果表明,热泉中的锂元素浓度远高于地表水和冷地下水,且富集较轻的锂元素。锂同位素质量平衡拟合估算与茶洛热泉水进行水岩反应的岩体的锂元素浓度为13.43±7.04×10^-6（2σ,n=13）,δ⁷Li_rock值为1.14±2.06‰（2σ,n=13）。岩体深度约6958~7450m。研究成果对于认识地热流体的富锂机理,拓展地热型锂资源的找矿思路均具有理论意义与实际应用价值。

     

水－岩反应实验研究现状与进展

摘要：水－岩反应实验研究是地学界瞩目的前缘课题之一。开放的流动体系水－岩（矿物）反应动力学实验和水－岩（矿物）界面地球化学及表面特性的研究,是该领域取得的最重要的进展。     

水－岩反应实验研究现状与进展

水－岩反应实验研究是地学界瞩目的前缘课题之一。开放的流动体系水－岩（矿物）反应动力学实验和水－岩（矿物）界面地球化学及表面特性的研究，是该领域取得的最重要的进展。     

FixAl及同位素方法在EGS返排液研究中的应用

增强地热系统(EGS)是开采低渗透率热岩体中热能的技术,属于广义的地热储工程.其中,作为换热介质被注入岩体并在换热后返回地表的返排液,不仅是岩体地球化学特征的信息载体,而且其物理化学行为直接影响着EGS系统的运行效果.FixAl化学热力学模拟和水同位素十三线图解在天然水热系统评价中得到了广泛应用,对返排液研究的实用性则...     

Catalog of Enhanced Geothermal Systems based on Heat Sources

It is common sense that a deeper well implies higher temperature in the exploration of deep geothermal resources, especially with hot dry rock (HDR) geothermal resources, which are generally exploited in terms of enhanced geothermal systems (EGS). However, temperature is always different even at the same depth in the upper crust due to different heat sources. This paper summarizes the heat sources and classifies them into two types and five sub-types: crust-origin (partial melting, non-magma-generated tectonic events and radiogenic heat production), and mantle-origin (magma and heat conducted from the mantle). A review of global EGS sites is presented related to the five sub-types of heat sources. According to our new catalog, 71% of EGS sites host mantle-origin heat sources. The temperature logging curves indicate that EGS sites which host mantle-origin magma heat sources have the highest temperature. Therefore, high heat flow (>100 mW/m2) regions with mantle-origin magma heat sources should be highlighted for the future exploration of EGS. The principle to identify the heat source is elucidated by applying geophysical and geochemical methods including noble gas isotope geochemistry and lithospheric thermal structure analysis. This analytical work will be helpful for the future exploration and assessment of HDR geothermal resources.     

地热水与回灌水混合的地球化学模拟--以冰岛Laugaland低温热田为例

地热回灌是解决地热田开发利用中热储压力下降的一个有效办法．用地球化学方法模拟了在Ｌａｕｇａｌａｎｄ低温（９５℃）地热田回灌过程中可能发生的化学作用．在模拟中考虑了石英等矿物的化学动力学因素．模拟结果表明：在用地热尾水回灌时,虽然混合水对于石英等矿物是饱和的,但由于它们沉淀速度很慢,在实际中不会产生沉淀．至于产生的较少的方解石沉淀,其全部或至少一部分是模型为使混合水达到对于方解石理论上的平衡而产生的．如果用地下水回灌,地下水中的镁将会和地热水中的二氧化硅形成较多的含镁硅酸盐沉淀．     

基于开挖的增强型地热系统概述

地热能赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,是一种永久的、可再生的、储量丰富的清洁能源.地热能的开发,尤其是干热岩的开发利用,有可能成为解决人类未来能源危机的重要途径.目前采用的干热岩开采方法被称为增强型地热系统(EGS).热储地质环境的复杂性和水力化措施对天然裂隙的依赖性,造成多数的EGS项目存在热储体积和换热面积不...     

增强型地热系统在碳酸盐岩型深层地热能开发利用中的应用进展

地热能是一种储量大、分布范围广、清洁环保的可再生能源,其中深层干热岩地热能最具开发潜力。增强型地热系统是开发深层干热岩地热能的有效手段,在碳酸盐岩热储区已广泛应用,取得了良好的经济社会效益。系统总结了国内外增强型地热系统在碳酸盐岩型地热开发中的进展和经验,分析了国内发展现状,认为加强基础理论研究、核心技术攻关和工程示范,尽快形成具有中国特色的深部地热能开采方案,是今后工作的重点方向之一。     

Solute and gas geothermometry of geothermal wells: a geochemometrics study for evaluating the effectiveness of geothermometers to predict deep reservoir temperatures

Deep reservoir temperatures of 10 important geothermal systems of the world were estimated by applying 13 solute (Na/K) and 21 gas geothermometers. The predicted temperatures were comprehensively evaluated and compared with measured bottom-hole temperatures using geochemometric techniques. The present study reveals (1) high prediction performances in most of the Na/K geothermometers for the majority of the geothermal fields with liquid-dominated reservoirs, whereas low prediction performances were indicated for the geothermal fields with vapour-dominated and high-temperature reservoirs; (2) the gas geothermometers, in comparison to Na/K, are more successful in predicting the subsurface temperatures in high-temperature geothermal systems; (3) the geothermal systems for which Na/K geothermometers have indicated a high prediction performance, the gas geothermometers have specified a low prediction performances, and vice versa; (4) both Na/K and gas geothermometers, generally, overestimated the reservoir temperatures for the majority of the low-enthalpy geothermal fields and underestimated for the majority of the high-enthalpy geothermal fields; (5) the reservoir temperature predictions of gas geothermometers have more scatter than those temperatures inferred from Na/K geothermometers; and (6) in general, Na/K geothermometers seem to be a more successful geochemical tool in predicting reliable reservoir temperatures than gas geothermometers.     

中地壳的地球化学动力学和矿石成因

笔者重点进行了大于300℃——在近临界区至超临界区条件下的硅酸盐矿物与水反应动力学实验。矿物(钠长石Ab、透辉石Di、阳起石Act和磁铁矿Mt)的溶解反应动力学实验是使用流体通过叠层反应器的开放体系在25～400℃和22MPa下完成的。实验发现矿物在300℃至400℃范围,在跨越水临界点时出现反应速率的涨落。各种多金属氧化物硅酸盐与水反应时,各个元素溶解到溶液里的释放速率一般不一样,常称为一致溶解作用。但是,在近300℃变为一致溶解作用。实验发现在22MPa时硅酸盐矿物的最大溶解反应速率多是在300℃,如硅的最大释放速率是在300℃。其余元素如Na、K、Mg、Ca、Fe、Al等释放速率在<300℃22MPa时都高于硅的释放速率,在>300℃时硅的释放速率要高于其它元素的释放速率。确切地说,金属与氧之间的键的性质决定了它们(金属氧化物)与水之间反应速率。在一般情况下,Na-Obr,Ca-Obr,Mg-Obr,Al-Obr和Si-Obr的键桥(br),它们之间相对地由具有离子键性质逐步变为具有极性键的性质。由常温常压到亚临界区(300～374℃22MPa),再到大于临界点374℃、22MPa进入超临界区,水的性质随温度、压力变化。水由容易溶解离子键逐渐变为容易打破极性键。笔者还研究了黑钨矿、锡石(玄武岩、花岗闪长岩)与水在250～400℃条件下的反应动力学过程,得出了相同的结果。实验均发现在跨越水临界点时矿物(或岩石)与水反应的动力学涨落。这些实验结果可以用于说明中地壳上部的水/岩相互作用的特征。发生于中地壳的水、岩相互作用大多是在300～450℃和20～50MPa条件下进行的。各地区的地壳厚度不一,中地壳温度压力并不完全相同。模拟中地壳条件下水/岩相互作用实验,目的主要是研究矿物(或岩石)在300～450℃条件下反应动力学过程。已有热液矿床矿物流体包体数据表明:有一批矿床的主要矿石形成于300～500℃,低于NaCl H2O溶液临界线的条件。中地壳的流体处于由亚临界态跨越临界态,进入超临界流体太的演化过程。这种流体的性质变化会引起水/岩相互作用的反应动力学涨落和矿石大量沉淀。     

中国陆区干热岩勘探靶区优选：来自国内外干热岩系统成因机制的启示

干热岩是指地下高温但由于低孔隙度和渗透率而缺少流体的岩石（体）,储存于干热岩中的热量需要通过人工压裂形成增强地热系统（EGS）才能得以开采,赋存于干热岩中在当前技术经济条件下可以开采的地热能被称为干热岩型地热资源,它是人类未来的重要替代新能源之一.干热岩的研究始于20世纪70年代,经过近50年的不断发展,干热岩在理论和实践两方面都有了长足发展,美国、日本、法国、德国、澳大利亚等发达国家相继投入巨资进行干热岩勘查、评价和开发实验,并且初步形成了商业开发的成功范例.实践表明,干热岩地热资源是深层地热能的一部分,往往与高温水热系统共热源且存在共生关系,但其地质条件复杂,开采难度较大,应倡导“深层地热能”和“广义EGS”概念,即按照EGS技术着眼深层水热型和干热岩型地热能整体开发.为了克服诱发地震等环境安全问题,干热岩压裂造储技术研发方向正在从“刚性造储”向“柔性造储”发展.近几年来,我国分别在青海、西藏、四川、福建、广东、湖南、黑龙江、海南等高热流区域进行了干热岩地质勘查,并在青海共和、山东利津、广东惠州、四川康定、冀东马头营和琼北等地相继开展了干热岩初步钻探,但仅在青海共和的干热岩勘探与开发实验中取得突破.综合考虑全球高温地热带分布和中国陆区板块构造背景、现今大地热流分布格局、岩石圈热结构、Moho面深度及壳内热源、新生代火山活动、温泉分布、深大断裂分布与活动性,以及现有干热岩勘查结果,认为当前中国陆区最具前景的干热岩勘探靶区为东北新生代火山活动区、海南岛及雷州半岛和滇藏川地区——青藏高原东构造结.此外,高热背景条件下的中厚层碳酸盐岩应作为深层地热能开采的重点目标储层.