青海共和盆地地热流体地球化学特征及热储水-岩相互作用过程

地热流体地球化学组成及其运移规律和成因机制研究对地热资源勘查和开发利用具有重要意义。当前,青海省地热资源开发利用程度低,更缺乏针对地热流体地球化学特征进行深入研究的系统性工作。青海共和盆地是青藏高原北缘的一个断陷盆地,盆地内地热资源丰富。本文以共和盆地及周围部分山区的地热系统为研究对象,基于系统地球化学采样和测试开展了地热流体地球化学组成及热储水-岩相互作用过程分析,认为:从共和下更新统热储、新近系热储到鄂拉山构造岩浆带再到瓦里贡山构造岩浆带,地热水中SiO₂含量依次升高,反映热储温度依次升高;上述地热地区热储中原生铝硅酸盐矿物的溶解和蚀变矿物的形成是控制地热水中阳离子含量的最重要的水文地球化学过程,而补给水下渗和地热水径流及升流过程中盐类矿物的溶滤则是水中阴离子(特别是 {\mathrm{SO}}_4^{2-}和Cl^-)的主要来源。     

苏北盆地典型地区中低温地热流体地球化学特征研究

苏北盆地作为江苏省地热地质条件最优的地区,发育丰富的中低温地热资源.文章选择存在已探明的中温地热井及干热岩验证孔所在的盆地区作为研究区,利用地热流体携带的地球化学信息,了解深部地热储层基本特征及不同深度地热资源的成生关系.结果表明:研究区地热流体中优势阳离子为Na+,阴离子呈复合离子型,以Cl-为主,Na+、TDS与C...     

太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统演化

针对太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统与边山岩溶水系统的相互作用关系这一难点问题, 以地质构造分析为背景, 以岩溶水的水化学、同位素组成特征为线索, 重塑了太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统地质演化过程.获得了如下3方面的认识: (1)该系统经历了自燕山运动以来的5个阶段的地质演化过程.在晚第三纪至早更新世阶段的稳定沉降期, 该系统与边山岩溶水系统开始分离, 并各自演化.(2)该系统的岩溶作用来自于2个方面: ①中更新世晚期-晚更新世早期的大气降雨沿汾河等断裂带下渗, 经与石炭—二叠煤系地层中的金属硫化物作用, 形成富含硫酸的地下水, 补给碳酸盐岩热储层, 并与其中存留的更古老的岩溶水混合, 促进了碳酸盐岩溶解; ②受中更新世晚期-晚更新世早期盆地基底岩浆的烘烤, 碳酸盐岩发生热解.(3)该系统中的岩溶热水形成于中更新世晚期-晚更新世早期, 由于上覆盖层良好的保温作用而封存至今.其分布范围受地质构造的控制, 东西向分别以东山、西山断裂为界, 南以田庄断裂为界, 北以亲贤地垒北边界为界.      

吉林省伊舒盆地地热流体特性及储量计算

吉林省伊舒盆地地层富水性良好、地热资源丰富,具有良好的地热资源开发利用前景。基于研究区伊舒盆地已有地热地质调查和评价资料,结合相关标准、规范和水化学方法,梳理分析研究区水文地质和地热地质条件,探讨了研究区内地热流体赋存条件、水化学和同位素组成特征,并利用热储岩体参数计算研究区的地热储量。结论表明: 研究区地热流体主要赋存于深层碎屑岩类裂隙孔隙中,形成条件具有较高相似性和一定的同源性,溶解性固体(total dissolved solids, TDS)较高、含氟和偏硅酸的低温碱性地下热水,水化学类型为HCO3--Na+型。氢氧同位素组成表明,研究区地下流体补给以古降水为主,地热流体年龄为27 Ka。地热流体储存水量为4.20×1010 m3,年可开采量为3 446.94×104 m3/a。研究成果可为吉林省后续地热资源管理、开发和利用提供科学依据。     

青海共和盆地地热资源分布特征兼述CSAMT在地热勘查中的作用

青海共和盆地为一新生代断陷盆,具有良好地热地质背景与其东、西两侧构造岩浆带断裂型地热分布,构成秦昆接合部SN向地热带。另据CSAMT在海南州首府共和县恰卜恰镇地热勘查推断出一小型拉分盆地,兼有盆地传导型层状热储和断裂对流型带状热储的特征,提出拟建地热井位钻孔布置构造有利部位,建议孔深1200m。经钻探打出全省第一口水温高、水量大、水质优的地热井,发挥了CSAMT在地热勘查中的指导作用。     

内蒙古平庄盆地地热系统地热流体流动模型及勘查靶区预测

通过对平庄盆地地热地质、热源、水源、封阻、盖层、地温等条件分析,建立了该区地热流体流动模型.研究表明:在地形高差的作用下,大气降水顺着盆地西北部山区的裂隙网络渗透到地下深处,被区域大地热流以及作为附加热源的玄武岩以热传导方式加热.在热水变热密度变小的情况下,沿NNE向和近E-W向两组断裂交汇处的通道上涌,在浅部与第四系砂砾岩裂隙含水层发生冷水混合作用,形成了中低温裂隙水.根据与宁城地热田相同的地热成矿条件,在盆地西部确定了娄子店地热勘查靶区.     

中低温对流型地热系统

中低温对流型地热系统在自然界和我国有着广泛的分布。这类地热系统在阐明地区构造活动性、地热资源形成、分布以及水－岩相互作用和有用元素富集成矿等方面均有着十分重要的意义。文章重点介绍中低温对流型地热系统的特点及其形成模式、在我国的分布，并以漳州地区为例作出实例剖析。     

青海共和—贵德盆地增强型地热系统(干热岩)地质—地球物理特征

青海共和—贵德盆地处在秦岭—昆仑造山带“秦昆岔口”,是新生代断陷盆地.盆缘活动断裂、岩浆岩发育,水热活动强烈、温泉密集,超过60℃的温泉6处,最高可达93.5℃,超过当地沸点(92℃)为沸泉.盆地内地温场高,据地热钻井揭露见花岗岩的三个孔,QR1孔深969 m,孔底温度为70℃,DR1孔深1455 m,孔底温度87℃,R2孔深1709.56 m,孔底温度可达97℃,地温梯度高达6～7℃/100 m,是正常地温梯度2倍,地热增温随深度增大而升高,推测3000m温度可达150 ～ 200℃,重力低异常推断基底凹陷与可控源音频大地电磁测深、地震反射波勘探推断基底界面深度不一致,并有磁异常对应,又经钻探证实.由此认为重、磁异常为花岗岩引起.花岗岩为燕山期,进入花岗岩钻孔深部有热无水,故认为盆地可能存在干热岩.     

青海共和盆地干热岩地热储层水力压裂物理模拟和裂缝起裂与扩展形态研究

水力压裂是青海共和盆地干热岩地热资源开发的难点技术问题之一。本文基于升级改造的大尺寸真三轴水力压裂物理模拟实验系统模拟干热岩储层高温高压环境,利用青海共和盆地露头岩心进行水力压裂物理模拟实验,揭示干热岩储层水力裂缝的起裂和扩展规律。通过物理模拟实验发现：干热岩储层裂缝起裂可以通过文中提出的起裂模型判断起裂方式和预测起裂压力;水力裂缝在岩石基质中的扩展形态简单,仅沿最大主应力方向延伸;但是水力裂缝会受到岩石中弱面的影响,发生转向沿弱面延伸,形成较复杂的裂缝形态。因此,建议在干热岩储层实际施工中,在天然裂缝发育较丰富的层段开展水力压裂,以实现复杂裂缝网络提取地热能。     

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。     

Multi-objective Optimization of Geothermal Extraction from the Enhanced Geothermal System in Qiabuqia Geothermal Field, Gonghe Basin

A geothermal demonstration exploitation area will be established in the Enhanced Geothermal System of the Qiabuqia field, Gonghe Basin, Qinghai–Xizang Plateau in China. Selection of operational parameters for geothermal field extraction is thus of great significance to realize the best production performance. A novel integrated method of finite element and multi-objective optimization has been employed to obtain the optimal scheme for thermal extraction from the Gonghe Basin. A thermal-hydraulic-mechanical coupling model (THM) is established to analyze the thermal performance. From this it has been found that there exists a contraction among different heat extraction indexes. Parametric study indicates that injection mass rate (Qin) is the most sensitive parameter to the heat extraction, followed by well spacing (WS) and injection temperature (Tin). The least sensitive parameter is production pressure (pout). The optimal combination of operational parameters acquired is such that (Tin, pout, Qin, WS) equals (72.72°C, 30.56 MPa, 18.32 kg/s, 327.82 m). Results indicate that the maximum electrical power is 1.41 MW for the optimal case over 20 years. The thermal break has been relieved and the pressure difference reduced by 8 MPa compared with the base case. The optimal case would extract 50% more energy than that of a previous case and the outcome will provide a remarkable reference for the construction of Gonghe project.     

基于测井资料的共和盆地贵德扎仓地热田热储特征分析

青海共和盆地东部的贵德次盆扎仓地区发育复合型高温地热资源,先后施工完成的ZR1井3000 m裂隙型热储测温151.34℃, ZR2井4600 m干热岩热储测温214℃,展现共和盆地良好的地热资源潜力。本文首次报道ZR2井全井常规与特殊测井数据,评价了扎仓沟花岗岩热储的孔隙度、体积密度、岩石生热率、岩石力学、地应力等关键参数,结果显示:ZR2井温测井显示4 092.8 m温度达到180℃, 4602 m深度井温214℃;利用电成像测井识别出两段裂缝集中发育带,分别为4210—4220m和4310—4320m,并对全孔段裂缝的产状进行了统计分析;利用井壁崩落和三井径法,计算该钻孔现今最大主应力方向为近南北向;共解释岩性破碎地层(疑似含水)21.4 m/2层,岩性较完整地层70.4 m/7层,岩性完整地层376.1 m/27层,高放射性地层7.6 m/2层。热储测井解释结果为系统评价热储和开发利用提供参考。     

青海共和盆地存在干热岩可能性探讨

青海共和盆地地处"秦昆岔口"的新生代断陷盆地,盆缘构造岩浆岩带发育,活动断裂、温泉密集,超过60℃的温泉6处,最高可达93.5℃;盆地内温泉成群分布,地热钻井揭露温度高,1203m钻孔(R1)实测孔底温度可达83℃,969m钻孔(QR1)实测孔底温度为70℃,地温梯度高达6～7℃/100m,是正常地温梯度的2倍,地热增温随深度增大而升高,推测3000m温度可达200℃,并在(QR1)孔底见36m花岗岩;地震反射波和可控源音频大地电磁测深推断基底斜坡界面对应重力低异常,可认为重力低异常为花岗岩引起,作为盆地热源可能存在干热岩。     

青海共和盆地猛犸象化石的发现及意义

在青海共和盆地晚更新世河湖相沉积地层中发现了象类化石,对化石的基本特征进行了描述,依据牙片的釉质层、齿脊频率等特征初步鉴定为猛犸象类化石,并在同一层位发现了钙化树木化石。结合区域地质以及产出猛犸象属化石地层的沉积学特征、孢粉组合等的简要分析认为,共和盆地晚更新世晚期为干燥寒冷的气候环境。这一发现有助于认识中国猛犸象属动物的迁徙过程,以及青藏高原晚更新世的生物演化、气候变化和构造活动。同时,也为研究青藏高原第四纪以来生物进化、湖泊与河流演化、气候变化、古地理与古环境变迁等提供了新资料。     

青海共和盆地猛犸象化石的发现及意义

在青海共和盆地晚更新世河湖相沉积地层中发现了象类化石,对化石的基本特征进行了描述,依据牙片的釉质层、齿脊频率等特征初步鉴定为猛犸象类化石,并在同一层位发现了钙化树木化石.结合区域地质以及产出猛犸象属化石地层的沉积学特征、孢粉组合等的简要分析认为,共和盆地晚更新世晚期为干燥寒冷的气候环境.这一发现有助于认识中国猛犸象属动物的迁徙过程,以及青藏高原晚更新世的生物演化、气候变化和构造活动.同时,也为研究青藏高原第四纪以来生物进化、湖泊与河流演化、气候变化、古地理与古环境变迁等提供了新资料.     

The first power generation test of hot dry rock resources exploration and production demonstration project in the Gonghe Basin,Qinghai Province,China

Hot dry rock (HDR) is a kind of clean energy with significant potential. Since the 1970s, the United States, Japan, France, Australia, and other countries have attempted to conduct several HDR development research projects to extract thermal energy by breaking through key technologies. However, up to now, the development of HDR is still in the research, development, and demonstration stage. An HDR exploration borehole (with 236 °C at a depth of 3705 m) was drilled into Triassic granite in the Gonghe Basin in northwest China in 2017. Subsequently, China Geological Survey (CGS) launched the HDR resources exploration and production demonstration project in 2019. After three years of efforts, a sequence of significant technological breakthroughs have been made, including the genetic model of deep heat sources, directional drilling and well completion in high-temperature hard rock, large-scale reservoir stimulation, reservoir characterization, and productivity evaluation, reservoir connectivity and flow circulation, efficient thermoelectric conversion, monitoring, and geological risk assessment, etc. Then the whole-process technological system for HDR exploration and production has been preliminarily established accordingly. The first power generation test was completed in November 2021. The results of this project will provide scientific support for HDR development and utilization in the future.©2022 China Geology Editorial Office.     

青海共和盆地岩石圈热-流变结构及地热意义

地球深度热状况是深部地球动力学和岩石圈活动性研究的重要内容, 岩石圈热结构和热-流变结构可以很好地揭示岩石圈范围内的热状况。近年来, 在青海共和盆地钻探揭露了深部高温干热岩体, 关于其热源机制尚未有定论。本文以青海共和盆地为研究对象, 分析壳内温度分布和流变强度, 探讨壳内低速体的地质属性。结果表明, 共和盆地的地壳流变结构从上而下分为脆性和韧性两层, 韧性层又包括中地壳和下地壳两层韧性层, 在上地壳尺度均表现为脆性破裂为主, 并逐渐过渡为韧性流变; 恰卜恰地区在脆性破裂的上地壳延伸至中下地壳时, 破裂沿一系列滑脱面发生韧性滑动, 局部地段形成壳内熔融, 为恰卜恰地区提供了额外的热源, 使其大地热流值(109.6 mW/m2)显著高于贵德地区(77.6 mW/m2)。这一认识为共和盆地壳内低速体存在提供了新的佐证, 也为区内干热岩热源分析以及高温地热资源探测开发提供了科学依据。