我国干热岩资源分布及勘探:进展与启示

干热岩是地热资源的重要赋存形式之一,是未来地热开发的主攻方向。我国干热岩勘查工作近年来进展迅速,先后在不同地区发现了优质的干热岩资源,取得了我国干热岩资源勘查突破,但同时也存在不少勘查失败的案例。本文在分析高放射性产热型、沉积盆地型、近代火山型和强烈构造活动带型等四种类型干热岩成因模式的基础上,结合我国的地质构造背景、地热地质条件,对未来我国干热岩资源重点勘查方向及靶区进行了论述,并重点针对目前不同类型区干热岩资源勘探工程进行了梳理,简要分析了不同勘探区的选址依据、勘探过程、地温场分布及特征、前景预测等,并初步进行了经验总结,希望对我国未来干热岩资源勘查及开发工作起到借鉴作用。     

中国地热资源现状及发展趋势

中国地热资源禀赋良好,分布广泛且具有明显的规律性和地带性。本文系统总结了国内取得的地热资源勘查开发成果:浅层地热能资源在全国范围内普遍分布,我国336个地级以上城市规划区范围内浅层地热能资源年可开采量折合标准煤7亿吨;水热型地热资源年可开采量折合标准煤19亿吨;干热岩远景资源量折合标准煤856万亿吨。阐明了有代表性的水热型地热资源成因机制和干热岩资源成藏模式。地热开发利用技术发展迅速,浅层地热能和水热型地热资源利用量逐年攀升,但在地热资源成藏模式研究、勘查开发及管理利用等方面仍有亟须突破的技术瓶颈和需要改进的环节。文章分析了存在问题并提出了我国地热发展战略路线,下一步应加强热源机理与控热构造研究,推进地热探测技术和开发利用示范,开展重点地区浅层地热能、水热型地热资源勘查评价,完善干热岩勘查开发技术体系,推动地热产业健康有序发展。     

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。     

全国地热资源调查评价与勘查示范工程进展

地热作为一种清洁能源,在我国经济发展与能源转型过程中正发挥着越来越重要的作用。“全国地热资源调查评价与勘查示范工程”自实施以来,主要开展了京津冀地区地热资源评价以及东南沿海和青藏高原东部干热岩的勘查等工作。这些工作的开展在获得一系列科研突破成果的同时,也解决了大量地热开发的工程问题,积累了大量成果和经验。该文对工程取得的进展及成果进行了总结,对工作开展中出现的问题进行了探讨,可用于指导我国地热资源勘查开发工作。     

江西干热岩地热资源潜力评估

干热岩是一种清洁的可再生地热资源,随着开发利用技术日益成熟,已显示出其巨大的利用价值。江西作为高热流花岗岩地区(福建、广东、江西)所在的三个省份之一,具有较好的干热岩勘查开发前景,但对于干热岩的研究却相对滞后。通过对大地热流基本特征、岩浆岩分布规律、江西地热资源形成规律、盖层特征进行研究,初步划分了泰和南康、贵溪乐安、南丰会昌、万载宜春、全南龙南5个干热岩勘查远景区;再运用体积法,对江西5个干热岩勘查远景区资源潜力进行了评价,估算全省3~10km深处干热岩地热资源总计15.07×1020J,合514亿吨标准煤,相当于江西省2015年能源(控制)消耗总量的767倍,5.5~7.5km干热岩资源量为5.91×1020J,热储目标温度为150℃~250℃,占3~10km干热岩资源总量的39.2%。     

苏中及其南部地区地热勘查物探方法

苏中及其南部是江苏地热能主要分布区,区内地热类型多、水量大、温度高、分布广、开发滞后,因此,对苏中及其南部地区开展不同深度的地热勘查与研究工作,尤其是在地热资源勘查中起重要作用的物探方法研究非常必要。通过对区域地热地质、区域地球物理场特征、时空及温度对岩石物性参数影响的分析,对区内浅层地温、中浅层地热、深成干热岩物探勘查方法进行了研究。分析认为：浅层地温能勘查应以电（磁）类方法为主;中浅部地热资源勘查以电磁法为主,地震微动技术为辅;干热岩资源勘查应以重力和磁法勘查为基础,以大地电磁法和地震微动法为主要勘查方法。通过2个有代表性的成功勘查实例,说明浅层地温能和中浅层地热物探勘查方案的可行性。     

渤海湾盆地干热岩型地热资源有利区位研究

基于沉积盆地型干热岩的基本特征,系统总结了渤海湾盆地干热岩型地热资源选区的地热地质学、地球物理学、地表地热显示、干热岩资源潜力和地质安全性等指标,对渤海湾盆地内主要构造单元干热岩赋存背景进行了分析,建立了适宜于沉积盆地型干热岩勘查选区的评价指标体系。通过层次分析和打分法进行综合评价,结果表明,渤海湾盆地内干热岩勘查的最有利区位为沧县隆起区,次有利区位为济阳坳陷和冀中坳陷,显示厚覆盖盆地内隆起区较坳陷区更为有利,而坳陷区内的次级凸起构造较凹陷构造更为有利。基于上述认识,在有利区位中进一步圈定了沧县隆起、牛驼镇-容城凸起、陈庄凸起和乐亭-昌黎凹陷4个靶区,为渤海湾盆地开展干热岩勘查选址指明了方向。     

东南沿海干热岩资源成因模式探讨及勘查进展

干热岩是一种重要的地热资源,绝大部分以开采地壳中生代以来中酸性侵入岩体中所蕴含的热量为主。东南沿海地区是中国最主要的高放射性花岗岩分布区,发育大面积的中生代酸性花岗岩体,是寻找干热岩的良好靶区。通过研究东南沿海大地构造背景、区域大地热流分布、地壳厚度、居里面埋深及新构造等条件,分析了东南沿海干热岩资源的赋存背景,对福建地区是否存在干热岩进行了探讨,并通过控热构造分析提出了东南沿海干热岩资源的成因模式,初步建立了东南沿海干热岩成藏的三元聚热模型,总结了漳州、惠州等地区的干热岩资源靶区勘查进展,相关研究为今后中国东南沿海地区干热岩勘查评价提供了基础。     

试论我国干热岩地热资源开发战略

我国拥有潜力巨大的干热岩地热资源。干热岩作为一种新型的可再生的特殊地热资源,具有绿色、高效、安全的特点。目前,一些发达国家已进入到干热岩的实际开发利用阶段,并取得了很好的效果。我国已经开始了干热岩勘查,在青海共和盆地钻孔2 735m处测得168℃,但压裂试验尚未展开。文章从能源革命的需要,提出在可再生能源替代常规化石燃料能源的进程中应加快开发品质优良的干热岩资源,从资源潜力的角度论证了我国干热岩开发的可行性和必要性,并提出开发思路,即在充分了解发达国家干热岩研究开发现状的基础上,学习其成功的经验,尽快完成第一口试验井,使其尽早在我国能源革命中发挥重大作用。     

独山城地区多元信息干热岩预测模型

针对干热岩勘查靶区不好确定的问题,以遥感技术为主导,辅以航磁、钻探、水文勘查技术,在上黄旗-乌龙沟断裂岩浆活构造带中南段——独山城地区尝试性开展干热岩资源勘查工作,在分析12种勘查地质数据特征的基础上,建立了独山城地区多元信息干热岩预测模型。通过地层、岩体、环形构造、线性构造遥感解译,推测研究区存在隐伏岩体,挤压形构造应力场控制岩体规模,岩体最大规模460 km²,航磁负异常佐证隐伏岩体;依据遥感热异常和水热蚀变异常推测地下存在热源,温泉、地热田、107.1倍空气氦体积分数、航磁负异常均佐证地下热源及高放射性的存在;初步估算地温梯度均值为3.87℃/hm;遥感地层解译盖层为中-新太古代、古元古代变质岩和中-新元古代沉积岩。独山城地区干热岩地质特征优于蔺文静初步建立的干热岩地热资源开发地热地质学标准,推测深部存在高放射性产热型干热岩资源,断裂交汇处为地下热水储集、排泄的最有利部位,并存在水热蚀变。建议进一步开展物探、深部钻探及温泉查实工作。     

Problems of high fluoride waters in Turkey

The geochemistry theory can provide information about the distribution, contents and migration in nature of the chemical elements in minerals, rocks, soils, waters, atmospheres, etc. Therefore, it has been applied extensively. Nowadays the petroleum supply throughout the world is in tension. The coal resources are unfriendly to the environment, because coals contain many harmful chemical elements. How to exploit the efficient clean liquid energy from coals is a hot subject of study. This paper deals with the present domestic and international applications of geochemistry in coal liquefaction research, on the basis of coal geology, points out the shortages and problems that need to be dissolved, clarifies the necessity of coal liquefaction technique research under the coal geochemistry background. To enhance the oil production and reduce environmental effects, the direct coal liquefaction technique research should take it into consideration the three-aspects coupling pattern, which includes the influence of coal direct liquefaction activity combined with different geochemical parameters, the different migration behaviors of harmful elements in the coal liquefaction process, and the geological control factors of coal-forming environments. It is indicated that the coal geochemistry is extensively applied in coal direct liquefaction technique research.     

超高温高压流变仪的研发及应用

随着我国能源勘探及地球深部探测等向深部发展,深井越来越多,地层温度、压力越来越高。保证高温高压状态下钻井液流变性能的稳定是深井安全钻进的必要前提,测定钻井液高温高压流变性是评价和优选钻井液体系最基础的工作。依托国家科技部重大仪器设备开发专项,通过对压力控制系统、温度控制系统、剪率控制系统、粘度检测系统等方面技术难题的攻关,研制成功了国内首台超高温高压流变仪。该仪器可在高温高压及低温高压条件下对钻井液、完井液、压裂液等样品的流变性进行高精度测量。     

高温高压下叶蜡石脱水电学性质的阻抗谱分析

在1.0、2 .0GPa和873～12 2 3K的温压条件下,借助于12 6 0阻抗增益相位分析仪测定了叶蜡石的电导率,并用阻抗谱原理分析了其微观导电机制。实验结果表明:样品的电导率对频率具有很强的依赖性;电阻率随着温度的升高而减小,电导率随着温度升高而增大,logσ与1/T之间符合Arrenhius线性关系;叶蜡石在1.0GPa和2 .0GPa的压力下脱水温度分别为10 74K和110 1K。根据本次获得的电导率实验结果并结合前人对滑石族所做的工作,得出了与前人不同的结论:滑石族矿物脱水电导率曲线出现了转折点。     

高温高压下石英砂岩的电导率实验研究

利用交流阻抗谱实验技术,在0.5~2.0 GPa、573~873 K和10-1~106 Hz条件下,借助YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和Solartron-1260阻抗/增益-相位分析仪测定了石英砂岩的电导率。实验结果表明:在测定的频率范围,样品的复阻抗的实部、虚部、模和相角对频率有很强的依赖性。随着温度升高,电导率增大,lgσT与1/T之间符合Arrhenius线性关系。通过拟合计算,获得了表征样品电学性质的指前因子、活化焓、活化能、活化体积等物性参数。杂质离子导电机制对高温高压下石英砂岩的导电行为提供了合理的解释。     

高吸水材料改善高含水率淤泥流动性的试验研究

城市疏浚和建设过程中产生的高含水率淤泥具有高流动性的典型特点,导致此类淤泥运输、周转都极为不便。开展了利用高吸水材料改善淤泥流动性的试验,研究结果表明,淤泥的流动性随着含水率的升高而显著上升,曲线拟合结果显示两者之间近似成二次函数关系。通过添加较少量的高吸水材料就可以使淤泥的流动性迅速降低到非常利于运输和周转的程度;引入“净流动值”定量地描述高吸水材料对淤泥流动性的改善效果,不同初始含水率的淤泥在添加一定比例的高吸水材料后其“净流动值”降低比例处于相同水平;高吸水材料对淤泥流动性的改善效果在极短时间内可以得到显著体现,未进行充分搅拌混合的情况下淤泥流动值改善就已接近最优值,搅拌的持续时间和强度对淤泥流动性改善效果并无明显影响,工程应用时的工作耗时和工作强度将会明显降低。     

耐高温高压复合保温管研究

耐高温高压复合保温管主要解决超高温高压环境下钻孔测量问题。为攻克超高温高压环境下真空绝热保温、高压密封等关键技术,研究的耐高温高压复合保温管为“超高温钻孔测量仪”提供一种耐高温承压管,使用环境温度可达270 ℃,压力120 MPa。通过室内测试与现场应用,说明其满足超高温高压要求,可应用于高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探等工程中,为超高温大深度钻井测量提供技术支撑。     

TSP在高地温—高地应力隧道地质预报中的问题及改进

正在建设的川藏铁路有大量隧道具有高地温、高地应力特征,如何提高高地温—高地应力隧道超前地质预报的精度是工程建设面临的一大难点.以TSP法超前地质预报为例,分析该方法在高地温—高地应力隧道探测主要存在两方面的问题:一方面是采用乳化炸药和塑料导爆管在高岩温炮孔中激震时易发生拒爆、哑炮及瞎炮,影响数据采集;另一方面是数据处理...     

致密砂岩高围压和高孔隙水压下渗透率演化规律及微观机制

深部岩石工程具有高地应力和高水头压力的特点。为了研究岩石在高围压和高孔隙水压条件下渗透率演化规律,选取致密砂岩开展不同围压条件下变孔隙水压的渗流试验。研究结果表明:(1)在所研究的围压范围内(0~50 MPa),随孔隙压力增加,渗透率依次呈现3种不同的变化趋势,即快速增长阶段(围压为10~20 MPa)、缓慢增长阶段(围压为30~40 MPa)和保持恒定阶段(围压为50 MPa);在围压卸载时,由于高围压作用使试样内部产生不可逆变形,导致渗透率具有明显的不可恢复现象,且随围压降低,渗透率恢复存在滞后效应。(2)渗流试验过程中,体积应变和渗透率演化具有较好的一致性。(3)在围压加卸载过程中,高孔隙水压力条件下渗透率对应力的敏感程度和恢复程度均大于低孔隙水压力。(4)偏光显微镜图像从微观角度揭示了试样在围压加卸载过程中产生不可逆变形的内在机制:骨架颗粒相互挤压、错动导致原有微裂隙压缩、孔隙减小甚至坍塌,引起渗透率不可恢复。渗流试验后,纵波波速增大,说明岩石致密性提高,与试样内部微观结构变化具有较好的一致性。     

石英高压相变研究进展

文中总结了前人有关石英高温高压相变的实验结果。根据以前的实验,在静水压条件下,石英-柯石英-斯石英-CaCl2结构超斯石英相-α-PbO2结构超斯石英相之间的相变方程分别是:p(GPa)=(2.11±0.03)+(9.8×10-4±1.2×10-4)×T(℃),p(GPa)=(8.0±0.2)+(1.1×10-3±3×10-4)×T(℃),p(GPa)=(51±2)+(0.012±0.005)×T(K),p(GPa)=98+(0.0095±0.0016)×T(K)。文中还初步探讨了非静水压状态对石英相变的影响。实验结果表明,差应力的出现降低了石英相变所需要的围压,即相变边界向低压方向偏移,在周永胜等人实验数据的基础上,笔者尝试将二维的相图扩展到三维相图以考虑差应力的影响。最后讨论了石英相变在地学研究中的作用,对比不同的观点分析了前人对超高压变质作用过程的解释,希望可以为以后解释地质资料提供较为广泛的可能性,促进我们对地球内部动力学过程的了解。     

存储式高温高压钻孔测温仪的研制与应用

为解决大于200 ℃高温环境下的测温难题,为高温地热和干热岩资源勘查提供技术支撑,利用铂电阻测温技术和真空绝热保温技术研发了存储式高温高压钻孔测温仪。该仪器设计适用工作环境温度为300 ℃,耐水压100 MPa,主要用于高温高压环境下的钻孔测温。在广东惠州惠热1井和青海共和GH-01井进行了实测应用,满足目前钻遇到的孔底温度的测温要求。