雄安新区地热资源潜力评价

分析地热资源的形成、准确评估地热资源量是实现雄安新区地热资源可持续开发利用、推进碳中和的重要途径之一.本文通过研究雄安新区26口地热勘探井及水质分析、试采试验等数据,对地热田内馆陶组、寒武系、蓟县系雾迷山组、高于庄组热储的空间分布范围及热储特征进行了分析,采用可采系数法和采灌均衡法评价了雄安新区地热资源量.结果表明,采灌均衡法计算的可采资源量和热量远大于开采系数法.采灌均衡法更贴近实际开发条件,且可靠性经过了比拟法验证.采灌均衡条件下全区地热流体可开采资源量为401.77×10⁶ m³/a,地热流体可开采热量为1 013.2×10¹⁴ J/a,折合标准煤346.99×10⁴ t/a.以上研究可优化新区地热资源区划,推动“碳达峰、碳中和”目标实现.     

雄安新区容东片区地热资源赋存特征及潜力评价

雄安新区容东片区是新区规划建设的第一个安置区, 具有较好的地热资源赋存潜力。查明该地区地热地质条件, 准确评估其地热资源量, 可为雄安新区地热资源的开发利用、能源结构转型提供理论支撑。本文综合分析深部地质结构、断裂分布、地温场与水化学场等, 揭示了容东片区地热资源赋存特征和形成机理, 采用采灌均衡法综合评价了蓟县系碳酸盐岩热储地热资源量。主要结论: (1)本区的主要热储层包括新近系明化镇组孔隙型砂岩热储、蓟县系雾迷山组及高于庄组碳酸盐岩热储、长城系碳酸盐岩热储; 其中, 蓟县系热储为地热勘查开发主要目标层段, 其水温约为50 ℃, 储厚比为20%~40%, 储层最大孔隙度为11.3%。(2)西北部太行山地区大气降水是本区地热资源的补给水源, 地下水沿断裂经深循环被深部热源加热, 而后沿导水断裂带运移至凸起处强岩溶裂隙发育区, 形成水热型地热系统。(3)容东片区蓟县系碳酸盐岩热储在采灌均衡条件下热储地热流体可开采量为1.33×104 m3/a, 地热流体可开采热量为0.95×1015 J/a, 折合标准煤3.23万吨/年。以上研究助力构建雄安新区清洁低碳、安全高效的能源体系。     

慕尼黑地热产业发展对雄安新区的启示北大核心CSCD

雄安新区建设低碳之城的“绿色理念”下,通过与慕尼黑地区地热产业发展的对比分析,形成对雄安新区地热高质量发展的启示。以雄安新区100余口地热井与慕尼黑57口地热井的资料为基础,通过对慕尼黑地热资源勘探和开发政策、利用技术、发展趋势等多方面分析,提出雄安新区地热产业高质量发展的建议。慕尼黑马尔姆热储层埋深1500~5000m,温度80~140℃,丰富的中深层地热资源是其进行积极能源转型规划的基础。近年来,在慕尼黑政府的积极引导下,地热资源勘探开发得到快速发展。2021年,基于丰富的地热资源开发的基础上,慕尼黑提出2035年实现气候中和的发展目标。雄安新区中深层地热资源条件与慕尼黑具有较强的可对比性,在政府支持下,地热资源勘探和利用取得了一系列成果,形成了地热供暖的“雄县模式”,供暖面积达700万平米。通过对比分析认为应加大新区基础勘探工作投入,坚持科学可持续开发,实时引导建立地热发电示范项目,制定积极、可预期的地热管理政策,充分发挥地热在碳中和目标中的作用。不仅对雄安新区而且对我国地热产业在实现碳中和目标中的作用均具有借鉴意义。     

雄安新区地下空间资源开发利用地质适宜性评价

雄安新区开发作为千年大计、国家大事,地下空间资源的开发利用可促进新区高质量建设与可持续发展。通过层次分析法,建立了雄安新区地下空间资源开发利用地质适宜性评价指标体系,对雄安新区浅层、次深层、深层地下空间地质适宜性进行了评价。研究结果表明,雄安新区地下空间资源开发利用的地质适宜性评价指标可划分为五大类10个指标,主要影响指标为含水砂层、地面沉降、液化砂土、水土腐蚀性等;按浅层、次深层和深层将评价结果划分为适宜区、一般区和敏感区,其中适宜区和一般区总面积约占新区面积的80%,说明雄安新区地下空间资源开发利用地质适宜性整体较好。该评价结果为雄安新区高质量建设及可持续发展提供了可靠的技术支撑。     

雄安新区地热资源综合利用研究

雄安新区赋存有丰富的浅层地热能、中深层地热能及干热岩等地热资源,通过分析研究区地温场及各热储在区内赋存、分布特征认为本区地热资源属沉积盆地传导型成因,在研究目前地热资源开发利用现状及存在的问题基础上,提出了本区地热资源勘查、综合利用规划及科学管理的建议。     

雄安新区D15地热勘探井钻探施工技术

为探查容城地热田地热资源,中国地质调查局在雄安新区部署了地热勘探井D15井。D15井设计井深3000 m,完钻井深3111.58 m。钻探目的是为揭露容城凸起北部斜坡带地层发育情况,服务于新区地热开发规划。本文介绍了D15井的井区及地质状况、钻探施工情况;总结了取得的钻探成果,包括完成的钻探施工任务和施工质量;提炼出水热型地热井钻井液技术,优选取心工具,以及获取了岩心等实物资料;实施射孔作业完成了目的层抽水试验,获取的地层水温、水量等参数,为雄安新区地热资源调查评价提供了资料。     

太行山-雄安新区蓟县系含水层水文地球化学特征及意义

雄安新区蓟县系雾迷山组热储层中具有丰富的中低温地热资源,研究其地热流体水文地球化学特征可分析地热资源的形成机制,对推动雄安新区深部地热资源有效开发利用具有重要意义.太行山区雾迷山组为基岩裸露区,雄安新区雾迷山组基底埋藏较深,两个系统的地热流体经历不同的水岩相互作用,导致水化学特征有一定差异.通过对保定以西太行山区-雄安新区共26组蓟县系雾迷山组地热流体样品的水化学及同位素数据进行分析,研究地热流体的补给来源及经历的深部地热循环过程.太行山区雾迷山组流体水化学类型以HCO₃-Ca·Mg型为主,雄安新区以Cl·HCO₃-Na型为主.地热流体均来源于大气降水,通过断裂、裂隙等通道入渗,在长距离运移过程中伴随有矿物的沉淀和溶解现象,水岩相互作用逐渐增强.深部热循环深度为2 880.26~4 143.42 m,均值为3 700 m,深部热储温度为160℃左右;地热流体在深部通过断裂上升过程中,由于传导冷却、冷水混入及深部热源通过结晶基底的热传导作用,在750~2 100 m的凸起处雾迷山组碳酸盐岩地层中封闭聚集形成热储层,热储平均温度为70℃左右,属于对流-传导型地热系统.      

雄安新区高阳地热田东北部深部古潜山聚热机制

为查明雄安新区深部碳酸盐岩热储的赋存特征与聚热机制,中国地质调查局近两年组织实施的雄安新区地热清洁能源调查评价工作,综合地温场背景、深部地质结构、凹凸相间构造格局、深浅断裂系统控热导热、地球物理场特征、区域水动力场、水化学场与温度场的多场耦合指示等综合探测手段,分析总结了高阳地热田东北部深部古潜山地热资源的最新勘查成果...     

油田地热资源评价研究新进展

油田地热资源评价和开发利用一直是我国陆上沉积盆地内中-低温水热型地热资源研究的重点工作。本文介绍了油田地热资源评价的基本思路和评价方法,并以大庆油田、华北油田和辽河油田为例,通过地温场研究、热储特征分析、岩石热物性测试,按照新建立的油田地热资源评价分级体系,重新评价了油田区的地热资源量。3大油田区11个层系地质资源总量为10 934×10¹⁸ J,地热水资源量为86 607×10⁸ m³,其中,可采水资源量为19 322×10⁸ m³,可采地热能资源为425×10¹⁸ J。根据油田采出水和综合利用等5种开发利用方式,评估了油田地热能开发潜力,为我国地热资源评价和油田地热规模化开发奠定了基础。     

采灌均衡条件下地热资源潜力评价方法探讨——以雄安新区碳酸盐岩热储为例

回灌是保障地热资源可持续开发利用的关键手段,而采灌均衡条件下地热资源潜力评价方法研究对地热资源的可持续开发利用具有重要意义。本文通过引入热突破和考虑回灌条件下单井开采权益保护半径的概念,提出了回灌条件下地热资源可开采量的评价方法,并以雄安新区雾迷山组碳酸盐岩热储层为例,分别计算了未考虑回灌条件和考虑回灌条件下的地热流体可开采量、可开采热量及折合标煤量。结果显示采用开采系数法计算的未考虑回灌条件下的可开采量要远小于考虑回灌条件下的可开采量;考虑回灌条件下三种方法的结果对比为：热突破法＞考虑回灌条件下单井开采权益保护半径(消耗15%)＞考虑回灌条件下单井开采权益保护半径(热储温度下降2℃),考虑地热资源的可持续性以及对热储环境严格保护要求,按照考虑回灌条件下单井开采权益保护半径方法计算的雄安新区雾迷山组热储地热开采量更为适宜。目前全国各地陆续出台相关政策要求实施地热回灌,该方法的提出为科学评价各地回灌条件下的地热可开采量提供了技术支撑。     

雄安新区自然资源与环境-生态地质条件分析

提要:自然资源、环境本底及生态地质条件调查是城市地质调查的基础,可为城市国土空间规划、建设及精细化管理提供有效的基础地质支撑.随着雄安新区城市进程的加快,使得其自然资源与生态环境发生了翻天覆地的变化.本文基于雄安新区综合地质调查成果,明确了雄安新区自然资源与生态环境本底条件,分析了建设周期内自然资源变化趋势,探讨了未来...     

雄安新区地热水的化学场特征及影响因素分析

【研究目的】雄安新区地热水化学场特征及其影响因素对了解区域地热资源聚敛机制具有重要意义。【研究方法】在区内5个主要构造单元（容城凸起、牛驼镇凸起、霸县凹陷、保定凹陷和高阳低凸起）开展地热水水化学采样和测试分析工作。【研究结果】研究区内主要分布有砂岩热储和岩溶热储,水化学类型以Cl-Na型和Cl·HCO₃-Na为主。从浅入深,地热水TDS值呈增大趋势。自西向东,地热水TDS含量表现为增大的趋势,指示着地下水流向。受断裂带导水作用影响,部分深部雾迷山组与馆陶组地热水发生混合现象。雾迷山组岩溶热储地热水的变质系数和脱硫系数低,热储封闭性较好,处于相对还原状态,而馆陶组和明化镇组砂岩热储地热水封闭性相对较差。【结论】区内地下水化学场主要受水岩相互作用程度、断裂、储层封闭性等因素影响。研究成果对于认识雄安新区地热资源、科学合理开发利用地热能,推进北方地区冬季清洁取暖具有重要意义。     

雄安新区地上地下工程建设适宜性一体化评价

为支撑雄安新区总体规划编制,2017年6月至8月,中国地质调查局在雄安新区组织实施了大规模工程地质勘察工作。以典型示范区为例,探索了地上地下工程建设适宜性一体化评价方法,并利用该方法对雄安新区全区进行了评价。结果显示:雄安新区建设场地稳定性较好,稳定场地和基本稳定场地占89.5%;雄安新区工程建设适宜性好,全区均适宜或较适宜工程建设,平均深度15~20 m、35~45 m、55~70 m的3段地层土体承载力普遍较高,可优先作为多层、高层、超高层建筑物复合地基或桩基的桩端持力层;雄安新区起步区地下空间开发利用条件优越,建议将70 m以浅地下空间分3层进行规模化开发利用,充分开发利用30 m以浅的浅层地下空间,适度开发利用30~50 m次深层地下空间,超前规划利用50~70 m深层地下空间;建议加强地下空间开发与浅层地热能开发利用的统筹协调。局部存在地面沉降、地裂缝、砂土液化、软弱土等不良工程地质问题,在控制性详细规划和岩土工程勘察中应加以重视。     

雄安新区牛东断裂带碳酸盐岩热储探测及其对地热勘探的启示

雄安新区在暂不考虑开采砂岩热储地热资源的前提下,探明碳酸盐岩热储东部边界断裂牛东断裂带的分布位置与地热资源品质,对新区地热资源开发利用规划的编制与整体能源利用布局均有着重要意义。以雄安新区高铁片区第一口碳酸盐岩热储勘探井D09孔的探测数据为依据,结合地震剖面解释成果,分析了牛东断裂带内碳酸盐岩热储的空间展布特征、储集层物理性质与单井产能参数,并简述其对地热勘探的指导意义。探测结果表明,牛东断裂带的碳酸盐岩热储主要为蓟县系雾迷山组含硅质的白云岩,分布在断裂西侧基岩宽缓背斜顶部,层状稳定,厚约2000m,顶板埋深1000~1200m,井口水温约70℃,单井水量约102m3/h。D09孔揭示,在距风化壳顶部678m的地层内共发育122个裂隙带,累计厚度达251.20m,裂隙发育率37%,平均孔隙度9.26%,裂隙发育率与平均孔隙度明显比断裂带外地热井高出50%。D09孔与牛东断裂带周缘地热井的地层地温梯度、地热水水化学特征、储集层导水系数等对比分析表明,垂直断距达7000m的牛东断裂带是一条导水导热的盆内隐伏型深断裂,其限定了雄安新区碳酸盐岩热储含水系统的东部边界,构成了西侧牛驼镇凸起的导水通道与东侧霸县凹陷油气运移的阻隔屏障,控制了牛驼镇凸起面积达1000km2的整装地热田的形成。     

The status quo and prospect of geothermal resources exploration and development in Beijing-Tianj in-Hebei region in China

The Beijing-Tianjin-Hebei region boasts rich geothermal resources and new achievements have been made in the exploration and development of geothermal resources in this region based on previous regional investigation. In detail, geothermal reservoirs of Gaoyuzhuang Formation of Jixian System and Changcheng System in Xiongan New Area have been recently discovered, opening up the second space of geothermal resources; the calculation method of the recoverable resources of geothermal fluid with reinjection being considered has been improved in Beijing-Tianjin-Hebei region, and uniform comprehensive assessment of shallow geothermal energy, hydrothermal geothermal resources, and hot dry rocks (HDR) geothermal resources in the whole Beijing-Tianjin-Shijiazhuang region has been completed. The scientific research base for cascade development and utilization of geothermal resources in Beijing-Tianjin-Hebei region has applied hydraulic fracturing technology to the geothermal reservoirs in Gaoyuzhuang Formation. As a result, the production capacity doubled and two-stage cascade utilization composed of geothermal power generation and geothermal heating were realized, with the first-phase installed capacity of 280 kW and the geothermal hearing is 30000 m². In this way, a model of the exploration, development, and utilization of geothermal resources formed. Large-scale utilization has become the future trend of geothermal resource development in Beijing-Tianjin-Hebei region, and great efforts shall be made to achieve breakthroughs in reinjection technology, geothermal reservoir reconstruction technology, thermoelectric technology and underground heat exchange technology.     

河北高阳低凸起深部热储层回灌注水诱发断层失稳危险性探讨

近年来, 注水诱发断层活化引发地震已成为深部地热资源安全开采面临的突出地质安全问题。河北高阳低凸起深部岩溶热储丰富, 区内分布多条隐伏断层, 研究旨在探明未来大规模开发高阳低凸起深部地热资源是否会诱发区内隐伏断层失稳破坏。研究基于华北地区综合地应力场, 利用莫尔-库伦准则计算热储区及邻区主要隐伏断层的初始稳定状态; 选用Hsieh and Bredehoeft水文模型计算代表性地热井回灌注水10~40年产生的超孔隙水压力值; 在初始稳定状态的基础上叠加该孔隙水压扰动, 采用断层滑动失稳概率评价方法, 分析长期回灌注水对断层稳定性的影响; 讨论断层走向与最大水平主应力夹角变化对断层滑动失稳风险的作用规律。结果表明: 高阳低凸起及邻区代表性地热井在170 m3/h注水速率条件下, 持续注水40年产生的超孔隙水压力值最大不超过11 MPa, 该扰动以注水井为中心向四周呈幂函数规律递减, 其影响范围不超过8 km; 持续回灌注水对高阳低凸起代表性地热井附近2 km范围内隐伏断层的稳定性影响显著, 部分断层滑动失稳概率超过85%, 具有极高的活化风险; 距离注水井2 km范围内不同走向的断层, 在单井回灌注水50年的作用下, 滑动失稳概率随断层走向与最大水平主应力夹角的减小而迅速增加。文章研究方法及相关成果可为国内外深部地热资源安全开发利用提供地质科学支撑。     

雄安多要素城市地质标准体系研究

雄安新区作为多要素城市地质调查试点城市,急需建立城市地质标准,为高水平现代化城市管理提供全方位技术支撑。从城市地质与现代城市行政管理有机融合的角度角度出发,通过分析我国城市地质标准现状和雄安新区规划建设需求,研究提出雄安多要素城市地质标准体系。研究表明:高起点规划、高标准建设雄安新区,需要建立一套系统的、完整的、先进的多要素城市地质标准体系;标准体系应该包括空间、资源、环境和灾害等子体系:空间涵盖全域、重点区、特色小镇、工程建设场地等四方面,资源涵盖地热、矿泉水、地下水等三方面,环境涵盖土壤质量、地下水质量、湿地质量等三方面,灾害涵盖地面沉降、地裂缝、地震、砂土液化、地面塌陷等五方面。与雄安新区规划、建设、运行等不同阶段城市管理密切结合,需要研制30项城市地质技术标准,包括空间标准6项、资源标准9项、环境标准7项、灾害标准8项。     

雄安新区D03地热勘探井钻探施工实践

D03地热勘探井部署在雄安新区雄县牛驼镇凸起的轴部,设计井深2500 m,完钻井深2511.10 m。实施的目的是为探明蓟县系碳酸盐岩热储的地质结构和分布,获取碳酸盐岩热储地热—水文地质参数,计算地热资源潜力。本文主要介绍了D03地热勘探井的钻探施工情况,开展了螺杆马达单点定向顶漏侧钻绕障作业,解决了失返性漏失段定向侧钻难题,探索了失返性漏失段水泥固井工艺,获取了标志层杨庄组的岩屑和岩心,区分开了雾迷山组白云岩和高于庄组白云岩,实现了勘探的目的。通过钻探施工、取心、岩屑录井、薄片鉴定等工作,基本查明了D03井区的地质结构及主要岩性特征。通过抽水试验,获取了水文地质参数,评价了可开采资源量。     

雄安新区地层及主要热储空间结构特征与地热水资源潜力

雄安新区中深层白云岩热储地热资源丰富,为了提高对该区主要热储白云岩热储特征及地热水资源潜力的认识程度,指导新区中深层白云岩热储地热水资源的规模化开发,基于钻井、地震、地质等资料,研究了该区白云岩热储的地层空间分布、构造特征、储集空间特征和主建设区白云岩热储地热水资源潜力。研究表明：雄安新区主要热储雾迷山组、高于庄组除在断裂面部分地区外基本全区分布;雾迷山组埋深在容城凸起、牛驼镇凸起相对较浅,在高阳低凸起相对较深;高于庄组有类似的分布特征,总体埋深更深,温度更高;其它地层除第四系、新近系明化镇组外分布都比较局限;区内发育众多以NNE向为主的正断层,与少数其它方向断裂交会,将深部地热通过流体传输到浅部,并造就断裂两侧大量的裂缝和控制岩溶发育方向及规模,形成众多溶蚀孔洞;同时构造演化中雾迷山组古地貌中高地貌部分,在喜山期大多剥蚀与新生界形成不整合面,共同构成本区重要的输导通道和储集空间,岩溶孔洞和裂缝结合型复合空间是本区雾迷山组主要热储空间,单独的裂缝、孔洞是次要热储空间,大型溶洞一旦发育往往是主力产水层;新区主建设区顶面在5000 m（底部埋深可达6000 m）及以浅的白云岩岩溶裂缝热储地热水资源,按100年采用总热水储量的50%及500 m井距“三采两灌”原则单井产量110 m³/h计,最适宜生产井布井数目233口,主建设区现阶段可满足每年4787×10⁴ m²的供暖面积,占实际需求的30.1%。结论认为：雾迷山组埋深较浅,在当前经济技术条件下目前是主力热储,高于庄组埋深较深是最重要的备用热储,今后20年内会被大规模开发利用,但即便现在同时开发它们也不能满足雄安新区主建设区的清洁能源需求,需要发展“多能互补”系统,域外的过剩地热资源能否向域内目标区集输受经济成本和环境成本风险制约。

     

鲁东地区地热资源分布规律及勘查定井方法探讨

鲁东地区具有丰富的地热资源,在地热勘查、开发和利用中,对地热勘查定井方法的选择至关重要。在介绍鲁东地区地热资源分布特征和赋存规律的基础上,结合鲁东地区地热勘查及施工的经验和教训,针对不同的地热地质条件,分别采用天然电场选频、瞬变电磁法(TEM)测深、可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、电磁测深和自然放射能测深等方法对鲁东地区典型地热勘查区进行地热井位确定,并对勘查定井方法效果进行对比。结果表明: 鲁东地热资源主要分布在NE向、NNE向及NW向断裂交汇带附近,为断裂控制的深循环对流型带状地热资源,热储分布主要受断裂控制,勘查定井宜选择在2条或多条断裂的交汇处; 天然电场选频、瞬变电磁法测深对于浅部地层和断裂具有较好的反映; 可控源音频大地电磁测深对断裂深部发育特征反映明显,为鲁东地热勘查定井较适宜的方法; 地热勘查定井宜采用2种以上的勘查方法,避免在物探施工过程中受外在因素的影响。