我国陆区地壳生热率分布与壳幔热流特征研究

壳幔热流配分代表了一个地区的深部热量来源与最基础的地热背景,为区域地热资源的形成提供了重要的约束条件.本文依托CRUST1.0模型与地质资料,将中国陆区在平面上划分为19个构造区,在垂向上将这些区域从第四系沉积物至上地幔的地层划分为8个圈层,确定了这些圈层的分布范围和厚度.在全国范围内实测放射性生热率数据664组,收集地壳放射性生热率及U、Th、K元素含量数据约1000组,系统地完成了上述区域各圈层的放射性生热率填图,统计得出我国陆区上、中、下地壳生热率的平均值分别为1.31 μW·m^-3、0.57 μW·m^-3与0.22 μW·m^-3.在此基础上,结合最新的全国大地热流测量数据（1503组）完成了我国陆区地壳-地幔热流分布的研究.研究结果表明,我国陆区q_c/q_m>1的面积占80.1%、q_c/q_m>1.2的面积占65.8%.除我国东部、中部的一些盆地之外,在我国陆区大部分地区,地壳均为大地热流的最主要热源.地壳各圈层中,基底层至中地壳为地壳的主要的产热区域,贡献了平均约50%的大地热流值.本文以面积加权计算得我国陆区地壳热流平均值为39.1 mW·m^-2,其中青藏高原最高、东南沿海次之,两者分别得益于较大的地壳厚度与较高的基岩地层生热率.我国陆区地幔热流平均值为29.7 mW·m^-2,与全球地幔热流平均值接近,其中东部沿海地区、环鄂尔多斯地区、藏滇地热带分布区较高.地壳热流、地幔热流的高值区与我国的主要地热资源分布区均具有较好的一致性.

     

利用测井资料获取松辽盆地深部热物性参数

盆地导热系数是研究盆地深部热结构的重要参数,通常通过获取深部岩心测试获得,但这种传统方法经常会受到经费、取样条件等限制,并且对于地热井来说,因受温度压力条件的影响,室内测试结果也不能代表岩石原位导热系数。本研究获取了松科2井三开3 289m至4 536m岩心实测导热系数和测井参数,分析了砂岩、泥岩、流纹岩导热系数与测井参数之间的关系,结果显示砂岩的测井参数孔隙度、波速与导热系数之间具有明显的相关性,泥岩和流纹岩的相关性并不高。在此基础上,本研究分析了松辽盆地温度、压力对导热系数的影响,认为温度效应造成松辽盆地松科2井三开导热系数与室内实测值偏小约30%;压力效应使盆地三开段导热系数相对室内测试值偏大约10%。本研究成果可以为我国盆地深部导热系数以及大地热流值的获取提供新的思路,尤其是对于一些具有测井数据但无法获取深部岩心的废弃井具有更大的意义。     

红崖山水库径流量减少与民勤绿洲水资源危机分析

民勤绿洲是武威、金昌等重要经济区的生态屏障。近半个世纪以来,随着石羊河中游工农业经济的持续发展,用水量不断增加,致使红崖山水库入库径流量不断减少,进而引起了下游民勤绿洲一系列生态环境问题,已到了"崩溃"的边缘。本文在定量分析入库径流量减少原因的基础上,全面阐述了民勤绿洲生态环境恶化的严重程度,并以流域水资源承载能力为依据,提出了解决民勤绿洲水资源危机之途径。     

青藏高原东北缘活动构造与共和盆地高温热异常形成机制

构造作用是影响地球深部内热向地表传输和热能再分配过程的关键因素之一。青藏高原东北缘共和盆地发现高温地热资源,其热源成因机制一直是研究焦点。为理解构造作用对地热资源分布的控制过程,本文选取共和盆地高温地热异常区,分析边界断裂构造性质、活动期次、演化历程,结合钻井、大地电磁和背景噪声成像地球物理异常特征,提出新生代构造演化和地热异常形成的耦合关系。认为:1)青藏高原东北缘共和盆地及周缘变形区形成于昆仑断裂和海源断裂大型活动左旋走滑作用的滑动消减带;2)共和盆地新生代以来经历中新世(12–6 Ma)旋转泛湖盆凹陷、上新世—第四纪(6–3 Ma)盆内张扭变形两期主要演化阶段;3)共和盆地上地壳发育的与高温相关的地球物理低速-高导异常层(Vs<3.2km/s,R<10Ω·m)是主导热源;4)上新世持续左旋走滑变形导致的岩石圈隆起变形是深部热能向浅层传输的主要动力学机制,浅部热能聚集成热过程至少延续到了3Ma;5)预测青藏高原东北缘与共和盆地具有类似构造演化性质的次生盆地具有高温地热资源发育的条件。     

地热回灌条件下单井开采权益保护半径的计算

根据假设条件：（1）除了抽取和回灌的热量外,系统与外界没有能量交换;（2）开采100年,消耗15%左右地热储量;（3）回灌未发生热突破且抽水井井口温度与热储层回灌前温度一致。推导出回灌条件下单井开采权益保护半径的计算公式。并以深泽县为例进行了计算,对比回灌条件下和无回灌条件下的单井开采权益保护半径和面积的计算结果。     

京津冀地区地热资源成藏模式与潜力研究

京津冀地区雾霾较为严重,同时地热资源丰富,因此,充分利用地热资源是调整该地区能源结构,减缓雾霾的重要途径之一。本文在分析京津冀地区构造、大地热流、地温梯度等地质背景的基础上,分别总结了京津冀地区隆起山地对流型与沉积盆地传导型地热资源的成藏模式与赋存条件,并对两种地热资源的资源量、开发利用现状与潜力进行了分析。京津冀地区地热资源储量折合标准煤约1383亿t,年地热流体可开采热量折合标准煤1100万t,但目前地热流体年开采热量仅相当于114万t标准煤,约占总量的10%,开发利用潜力巨大。     

抽水含水层对非抽水含水层水位影响的效应分析

利用自动水位计记录的抽水试验过程中不同层位含水组之间的动态水位,分析了在抽水试验最初阶段时抽水含水组与非抽水含水组之间的水力联系。研究结果表明:(1)抽水含水层对非抽水含水层存在水位影响效应,在抽水初期,水位影响效应较大;当抽水含水层水位达到稳定或缓慢下降时,水位影响效应随之消失。(2)单位降深水位影响效应显示,上部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越大;下部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越小。(3)利用三维地下水流数值模拟方法和应力应变对含水层水位动态影响的原理对水位影响效应机理进行分析,发现水位影响效应与含水层的固体骨架压缩系数(α)、水体积压缩系数(β)、孔隙度(n)和边界控制系数(Cm)等参数有关。     

雄安新区深部岩溶热储探测与高产能地热井参数研究

河北雄安新区地热资源条件优越,以往的勘查开发层位主要在1 800 m以浅,探测深部岩溶热储,寻找高品质地热资源是支撑服务新区规划建设的迫切需要。本文以位于容城—牛驼镇地热田中南部的D18孔为依托,阐明了3 500 m深度的岩溶热储探测方法、重要发现和主要参数。主要结论为:(1)容城—牛驼镇地热田中南部地质构造复杂,是地热资源勘查开发的有利目标区,深部岩溶热储由蓟县系雾迷山组含燧石条带、巨厚叠层石白云岩组成;(2)D18孔在2 120~3 500 m深度共发育115个岩溶裂隙带,岩溶裂隙总厚度353 m,孔隙率3.44%~39.8%,其中2 120~2 300 m为主要出水层,平均孔隙率12.9%;(3)D18孔孔口水温93.1℃,孔内实测最高温度95.05℃,温度峰值出现在高孔隙率发育的2 120~2 300 m孔段,推测由深部热对流机制造成;(4)D18孔抽水试验曲线具有水-汽二相混合特征,完井抽水流量140 m3/h,单井供暖潜力达20万m2,为目前发现的雄安新区范围内产能最大地热井。     

中国沉积盆地型地热资源特征

地热资源作为一种可再生清洁能源,对可持续发展有着重要的意义。本文通过分析中国沉积盆地型地热资源特点,对主要热储层分布进行了论述,并在此基础上对不同热储的水化学特征进行了总结,评价了我国主要沉积盆地型地热资源潜力。沉积盆地型地热资源主要为中低温地热资源,是中国水热型地热资源的主要类型,约占水热型地热资源总量的89%,具有储集空间广、厚度大,地热资源热储类型多、储量大,赋存中低温地热水,资源可利用程度高等特点。沉积盆地型地下热水水化学类型一般由补给区HCO_3-Na型、HCO_3·Cl-Na型等低矿化水,逐渐过渡为Cl·HCO_3-Na型,最终到排泄区或封闭状态下变为Cl-Na型等高矿化水。沉积盆地中热盆地热资源储存量较大,占到主要沉积盆地总储存量的54%,地热资源可开采量占到主要沉积盆地总可开采量的59%,温盆地热资源储存量占到42%,可开采量占到40%,冷盆地热资源储存量仅占到4%,可开采量占到1%。应进一步加强地热资源勘查工作;积极开展地热资源回灌,保证可持续开发利用;推进地热资源梯级综合利用;建立地热资源监测网。