青海省贵德县热水泉干热岩体地质—地热地质特征

贵德县热水泉干热岩体平面上呈半椭圆形展布于NNW向区域性新街断裂带组分的热光断裂之西,面积约122km2。ZR1孔钻探结果表明:干热岩体上部为具自封闭盖层性质的中温水热型地热田,2800～3050m属相对完整或隔水的次高温花岗岩体,3050.68m深处温度为151.34℃,进入干热岩段。干热岩体热储为侵位于233.2～222.3Ma的中晚三叠世花岗岩,岩石类型主要有闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和钾长花岗岩等。具正花状构造结构的新街—瓦里关走滑挤隆构造带为区域性控热导热构造,并对干热岩体的就位有明显的控制作用。基于大地电磁测深、高分辨率重力异常、电阻率与Rayleigh波群相速度线性反演,以及地质综合分析认为,以壳内部分熔融层供热为主,地幔热流供热、沿走滑断裂带上升的晚期小熔体与双倍地壳U、Th、K等放射性元素衰变生热为叠加热源,一并构成的复合型热源,是热水泉干热岩体最有可能的热源机制。     

青海共和盆地干热岩赋存地质特征及开发潜力

青海共和盆地贮藏有丰富的干热岩地热资源。为提升共和盆地干热岩地热资源成因的理论认识,进一步推动干热岩资源的勘探,文章从共和盆地干热岩热源机制、盖层条件、储层特征等方面对共和盆地干热岩资源成因件进行了全面分析。首先,结合区域地质构造分析、地热地质调查、地球物理（航磁、地震）解译等手段,在共和盆地恰卜恰岩体内实施了4口深度为2927~3705 m的干热岩勘查孔,并在3705 m处钻获236℃的优质干热岩资源,为中国非现代火山区干热岩地热资源勘探的首个重大突破。其次,系统测试了钻孔不同深度花岗岩放射性,结果表明,共和盆地花岗岩体铀、钍、钾放射性含量略高于大地背景值,放射性生热率较低,对干热岩热源的贡献小,其热源可能来自壳内熔融体。第三,基于地质资料分析和航磁解译,圈定了共和盆地总体面积约1.4×104 km2的潜在干热岩分布区。最后,采用体积法评估了共和盆地干热岩资源潜力,结果表明,共和盆地3.0~6.0 km深度范围保守的、静态干热岩资源总量为8974.74×1018 J,换算标准煤可达3066.19×108 t,具有广阔的开发利用前景。      

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.     

浅析北京市延庆区西北部地热地质特征

为解析延庆区西北部地区的地热地质特征,本文通过对研究区内的地热流体通道、热储层和盖层条件的总结分析,并综合地温场分布特征和地热流体化学特征,浅析了研究区内的地热资源形成条件。结果表明,研究区内的NEE向与NS向断裂为主干断裂,在其交互处,形成主要的热水通道,发育了以蓟县系雾迷山组为代表的层状热储,地热流体主要来源于1.5～4.6万年前的大气降水补给,与浅层地下水几乎无水力联系。延庆盆地内的地热资源主要受以热传导为主的传热过程控制,热储层和盖层岩石热导率的差异,使得平面上的温度差异显示出受控断裂构造控制的趋势。     

苏南地区热地质特征

阐述了苏南地区地热资源形成的地层、构造、水文地质条件，研究了其地球物理、地热显示、恒温带、地温梯度、大地热流值、岩石热导率 、热水化学及热水分区等特征。     

从青海共和—贵德盆地地热勘查成果探讨干热岩综合地球物理勘查技术

青海共和—贵德盆地位于秦岭—昆仑造山带"秦昆岔口",是新生代断陷盆地。盆缘断裂构造、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3个钻孔,共和QR1孔深969m孔底温度为70℃;DR1孔深1 455m孔底温度87℃;贵德R2孔深1 709.56m,孔底温度可达97℃。钻孔测温,地温梯度高达6~7℃/100m,是正常地温梯度2倍,地热增温随深度而升高,推测3 000m温度可达150℃~200℃。重力低推断的基底凹陷,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不符,并有磁异常对应,经钻探证实,此重、磁异常为花岗岩引起。花岗岩为燕山—印支期,据区域资料对比,花岗岩铀、钍、钾丰度高、生热率高,上述进入花岗岩钻孔深部有热无水,花岗岩作为盆地热源称其为干热岩。     

威海市刘公岛地热地质特征

通过对刘公岛地热资源地质勘查,区内岩浆活动强烈,断裂切割深度大,破碎宽度大,有一定汇水区的局部地温异常区,具备形成地热的条件。刘公岛地热温泉属于温热水型低温地热资源,其水质属于锶型低温温水型矿水,适宜洗浴、理疗、保健,可与刘公岛旅游资源开发密切结合。     

香格里拉盆地地热地质特征及勘探前景

本研究工作的直接目标，是为在香格里拉县城附近钻探地下热水提供确定井位和钻井设计的地质依据。本次勘查研究，对已有资料进行了综合研究，在县城周边地区补充开展了地热地质测量、地球物理与地球化学勘探。本文是这些勘查研究成果的总结，文中论述了香格里拉盆地的地热地质背景、地球物理、地球化学特征与地热显示特征。经过综合分析，提出了盆地的热储概念模型，叙述了热储的地质结构。指出盆地内存在可供钻井开发的深埋藏层控型热储；盆地的北东部存在形成热储的地质条件，其构成热储的各项要素齐全，是前景良好的钻探靶区；预测在埋深1800m左右极有可能钻探到可供开发利用的热储层。     

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。     

青海省恰卜恰地区深部热储温度估算

地下热储温度的确定,可为评价地热资源潜力提供重要参数.青海省恰卜恰地区地热资源丰富,但深部热储温度难以确定.利用青海省恰卜恰地区两个热水井,结合其水化学特征,采用多种方法估算深部热储温度.结果显示：二氧化硅温标指示性最强;PHREEQC软件对冷水混入和脱气作用进行了校正,使得计算结果相对准确可靠.经多种方法相互验证,最终确定恰卜恰地区新近系的热储温度在86~107℃,地温梯度大约为6℃/100 m.     

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。     

青海共和盆地中低温地热流体发电

青海省是我国地热资源相对丰富的地区, 但其主要地热能开发利用方式长期以来为效率较低的直接利用.以青海东北部地热异常明显的共和盆地为典型研究区, 依据前期地热地质调查和地球物理工作成果, 在盆地北部施工了终孔深度为1 852 m的DR2井, 获取了温度达84.2 ℃的地热流体.在此基础上, 建立了青海省首个试验地热发电站, 设计年平均净发电量为114 kW.与利用高温地热流体发电的西藏羊八井地热电站不同, 青海共和试验地热电站是青藏高原利用中低温地热流体发电的典范, 有望为青海省能源结构优化做出开拓性贡献.总体来看, 共和盆地地热流体温度较高、水量丰富、具有较大的发电潜力, 但在开发利用过程中也应注意结垢问题.      

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。     

Experiments and Analysis of the Hydraulic Fracture Propagation Behaviors of the Granite with Structural Planes in the Gonghe Basin

Hydraulic fracture (HF) propagation behavior is signi?cant when building enhanced geothermal systems (EGS). HF geometry is closely related to the structural planes (SPs) in hot dry rock (HDR), such as natural fractures (NFs), quartz veins (QVs) and lithologic interfaces (LIs). However, the HF behaviors in HDR have not been well understood, especially the influence of multiple SPs on the HF geometry. To clarify this mechanism, several groups of physical simulation experiments of hydraulic fracturing were conducted to investigate the intersection relationship between the HFs and the SPs. Results show that the HF geometry shows great differences when intersecting with different SPs. In summary, the HF geometry displays four basic patterns, namely, propagation along the SPs, branching, capture, penetration/non-dilation. The fluctuation degree of the pressure-time curve and the HF complexity show a positive correlation. The cementing strength of the SP and their different mechanical properties from rock matrix influence the HF behaviors significantly. Therefore, the HF shows diverse geometries when intersecting with the NFs and LIs, while propagating along the QV when intersecting with it. For the complex networks, it is favorable for the HF to penetrate through and dilate several SPs, rather than simply cross or propagate along the SP.     

青海共和盆地地热资源热源机制与聚热模式

青海共和盆地东侧贵德扎仓热田是探讨共和盆地地热资源成因的关键地区。本文综合区域地质、岩石热物性、同位素年代学、水文地球化学和地球物理测量等方法,重点分析了共和盆地的构造背景和热源机制,深入研究了共和盆地地热能系统的关键环节。研究发现:①识别出盆地地壳15 km以下深度发育高导体,并可与新生代青藏高原东部中-下地壳发育的层状低速高导层对比;②近NW-NS向的瓦里贡左旋走滑逆冲断裂是扎仓热田重要的控热和导热断裂;③晚中生代花岗岩与上覆围岩具有显著的热导率;④温泉氢氧同位素指示水源以地表水补给为主;⑤存在浅层新生界碎屑岩中-低温热储和深层花岗岩中-高温热储,发育四层两类地热资源。综合分析提出了共和盆地干热岩三元聚热模式:即新生代中-下地壳发育的高温低速高导层是主要热源,中晚三叠世花岗岩是良好的导热和储热体,既是干热岩母岩,也是热储,新生代低热导率沉积岩是良好的盖层。研究对于青藏高原地热成因、资源预测、开发规划等具有参考意义。     

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.     

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。