中深层套管式换热器可持续供热性能及优化设计研究

中深层套管式换热器的热提取具有“取热不取水”的特点,是我国北方地区稳妥推进中深层地热能供暖的重要技术之一。针对当前中深层套管式换热器在长期热提取期间供热性能不明的问题,本文基于可持续供热的运行特点,建立数值换热模型分析换热器水温、性能系数随运行年份的变化规律,并针对性地开展设计优化研究。结果表明:在可持续供热过程中,换热器水温在前5年的下降程度较为明显,运行至20年以后,基本不发生变化。换热器季节性能系数的下降程度受岩土体导热系数的影响较大,在1.5 W/(m·K)条件下的SPF₁、SPF₂分别下降11.50%和10.56%,在3.0 W/(m·K)条件下的SPF₁、SPF₂则分别下降4.73%和4.23%。岩土体导热系数越小,换热器供热性能的下降程度越明显。基于可持续供热性能的变化规律,提出以“准稳态特征年”的供热性能为基准进行设计,并综合考虑运行要求与节能性要求优化换热器的运行条件,明确了在不同地热特征参数、埋管深度下的最优运行流速与最佳供热负荷的分布情况,对中深层套管式换热器的高效可持续供热设...     

渭河盆地岩石圈热结构模拟及其对地热系统热源机理的启示

深部温度场与岩石圈热结构特征是认识地热系统深部热源机理的重要途径。本文在系统分析渭河盆地及其邻区现今大地热流特征基础上,基于旬邑—西峡宽角反射/折射地震测深剖面揭示的地壳分层结构,采用二维有限元方法,对渭北隆起、渭河盆地以及北秦岭构造带的深部温度场和岩石圈热结构开展数值模拟研究,在此基础上分析渭河盆地地热系统深部热源机理。结果表明,旬邑—西峡剖面上大地热流介于57.6～75.7mW/m²之间,平均为(70.4±4.7)mW/m²;地幔热流在29.5～38.6mW/m²之间,平均值为34.1mW/m²;莫霍面温度变化范围约在600～740℃之间;“热”岩石圈厚度约为95～110km。从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,大地热流、莫霍面温度和地幔热流值表现出低→高→低的变化规律,相应地“热”岩石圈厚度则表现出厚→薄→厚的变化趋势。渭河盆地地壳厚度减薄明显,莫霍面温度显著高于渭北隆起和秦岭造山带,暗示着渭河盆地地壳活动性显著。然而,从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,“热”岩石圈厚度变化范围不大,且渭河盆地内...     

渤海湾周缘高温地热异常特征及深部热结构分析

渤海湾周缘高温地热异常区是华北重要的地热资源区,研究其浅层高温地热异常及深层高温地热结构,是解决中国东部高温地热勘查开发瓶颈的重要基础,对加快构建东部现代能源体系、推进“双碳”目标进程具有重要的科学意义。利用最新的中国大陆岩石圈速度模型USTClitho2.0和航磁资料,在大地热流资料约束下,本文计算了渤海湾周缘浅层与深层高温热结构,结果表明:该区居里面平均深度20.8km,居里温度420℃,中、上地壳高温热结构与居里面起伏形态密切相关。上地壳生热率随深度增大而递减,反映了放射性生热元素向上迁移、在浅层富集的垂向分异特征。Moho面温度在600～800℃之间,岩石圈底界面1300℃等温面深度在66.3～97.5 km之间,平均值为76.8 km。依据USTClitho2.0模型Vp、Vs速度结构,本文修正了前人的地壳分层结构及上地壳生热率,计算了研究区内全部91个大地热流点的壳幔热流比,结果表明:Qc/Q=56.4%、Qm/Q=43.6%, Qc/Q>Qm/Q,显示该区为“热壳”结构。前人认为此区是“冷壳热幔”型热结构,本文的计算结果修正了前人的认识,指出上地壳层热流在地表总热流...     

大地电磁测深法在冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价中的应用

地热资源作为一种清洁能源,在“双碳”背景下,其开发和利用越来越受到重视。为了探查渤海湾盆地的冀中坳陷深部碳酸盐岩的热储条件,笔者等利用3条大地电磁测深剖面,进行了数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型和电阻率等深度平面图。分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,同时根据基底隆起形成的高阻异常对深部碳酸盐岩分布和埋深进行了推断,并对冀中坳陷深部碳酸盐岩热储进行评价,以圈定地热异常远景区。分析认为：① 研究区电性结构可以被划分为5层,其中第5电性层为高阻标志层,对应深部碳酸盐岩基底;② 据此圈定了3类深部地热远景区：基岩埋深小于4000 m,如高阳低凸起地热远景区、黑龙口低凸起地热远景区（徐水凹陷）和河间潜山地热远景区（饶阳凹陷）,基岩埋深4000~5000 m,如雁翎潜山地热远景区（霸县凹陷）,基岩埋深5000~5500 m,如肃宁潜山地热远景区和留路潜山地热远景区;③ 大地电磁测深方法适用于冀中坳陷深部碳酸盐岩热储远景区的探查。深部热储远景区的圈定,可为后期的地热资源评价和开发利用建立基础。     

江西印支期蔡江岩体中暗色微粒包体的发现及其地质意义

文章报道了江西蔡江花岗质岩体中发现暗色微粒包体,以及这些包体的地质、岩相学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和元素地球化学特征。包体多呈椭圆状,显示淬冷边和反向脉,具有典型的岩浆结构并含有针状磷灰石,有的包体含有长石捕虏晶。包体具有相对较低的SiO₂（低至57.05 wt%）和较高的MgO+Fe₂O₃（高达14.21 wt%）含量。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年数据表明,包体形成于晚三叠世（224 Ma）,与寄主花岗岩（230~228 Ma）在误差范围内基本一致。上述特征表明,包体是离散的幔源偏基性岩浆团或者是幔源与寄主岩浆混合的产物。原始包体岩浆属于超钾质岩浆,可能是通过岩石圈地幔中交代成因的金云母辉石岩脉发生部分熔融而形成的。暗色微粒包体的发现为幔源岩浆底侵提供了直接证据,从而为蔡江花岗质岩石形成于较高温度提供佐证。该研究对于进一步探讨华南印支期花岗岩形成的热源机制具有意义。     

障壁岛—潟湖沉积特征及模式:以美国普拉姆岛上更新统—全新统为例*

普拉姆岛(Plum island)是美国东北部缅因湾最大的障壁海岸,岛内向陆一侧为新英格兰地区最大潟湖和沼泽区,它们是晚第四纪末次冰期冰川作用和冰后期海岸作用的沉积响应。通过普拉姆岛研究区上更新统—全新统160个钻孔描述,识别出8种沉积物: 泥炭、冰川黏土、黏土、粉砂、细砂、中粗砂、砾、坠石。根据沉积物类型及其组合特征,结合沉积环境,共划分出8种沉积微相: 障壁沙丘、滨岸沙、水下临滨沙、河道、潮汐水道、潟湖、潮坪、沼泽。研究区在晚第四纪末次冰盛期(MIS2)被劳伦斯蒂德冰盖(Laurentide Ice Sheet)覆盖,发育冰川地貌,冰川泥覆盖在基岩之上,形成底层沉积; 冰后期(MIS1),冰盖消融,海平面发生变化,在冰川地貌鼓丘附近形成沙坝,最终沉积演化为障壁岛—潟湖环境,潟湖通过潮汐水道与广海相连通。     

青藏高原形成演化研究回顾、进展与展望

青藏高原形成演化涵盖了前身的东特提斯地质构造演化、新生代地质构造演化和高原隆升对气候环境演变的制约,它不仅包含有关全球构造的空间格局、运动状态的历史记录,而且也留下了青藏特提斯洋陆转换、盆山转换构造体制的时空结构、运动形式和发展变化的地质遗迹。所以青藏高原是研究全球构造的窗口,被自然科学工作者誉为解决地球动力学的一把钥匙。自20世纪60年代以来,特别是1979年以来我们先后开展了青藏高原地质构造演化、系列编图及综合集成等研究工作。本文以认识现今青藏高原地质历史各阶段重大地质构造事件的结构组成和演化为主线,回顾了40年来历次重大青藏高原基础地质研究过程,系统总结了青藏高原新生代隆升过程、碰撞构造效应,以及东特提斯地质调查研究中一系列重要新发现、新进展、新成果,并对相关研究成果和新发现进行了简要的归纳梳理。在此基础上,就青藏高原形成演化模式、科学理论与学术争论观念层次上的问题,以及关键的基础地质问题等方面进行了讨论与展望。     

Late Quaternary tephrostratigraphy and pollen stratigraphy of Uwa Formation,Shikoku Island,SW Japan: Reconsidering the MIS 11 super-interglacial horizon

We investigated a late Quaternary terrestrial sedimentary sequence (Uwa Formation) in core IC2, from a site adjacent to that of the reported core IC on NW Shikoku Island, SW Japan, and developed its tephra and pollen stratigraphy to refine the age model of the formation. First, we identified 19 horizons with high glass shard concentrations in the IC2 core sediments as possible tephras or cryptotephras, and correlated them with reported tephras on the basis of the major- and trace-element compositions of their glass shards. All correlated widespread tephras and cryptotephras were products of volcanoes in the Kyushu volcanic zone (Aso, Kakuto, Aira, Ata, and Kikai calderas). Second, we confirmed the presence in core IC2 of two pollen zones dominated by Quercus subgen. Cyclobalanopsis, which is an indicator of very warm interglacial vegetation. In the Japanese Islands, these two vegetation zones have usually been considered to characterize marine isotopic stages (MISs) 1 and 11. A previous study of the Uwa Formation correlated the upper pollen zone to MIS 1, but the lower zone was not correlated to MIS 11; rather, it was inferred to be older than MIS 12 because it was stratigraphically below the “Oda” tephra (equivalent to a distal Kasamori 5 [Ks5] tephra [MIS 12]). In this study, however, noting that the Naruohama-IV tephra (Nh-IV; MIS 10d) and Ks5 cannot be distinguished by their shard chemistries, we inferred that the suggested “Oda” tephra actually correlates to Nh-IV, rather than to the Ks5 tephra. By re-assigning the “Oda” tephra to Nh-IV, we could correlate the underlying Quercus subgen. Cyclobalanopsis-abundant zone to MIS 11 and, consequently, a pair of pollen zones indicating cool and warm conditions below the MIS 11 pollen zone to MISs 12 and 13, respectively. The resulting age model whereby tephra and pollen constraints are integrated showed a roughly constant sedimentation rate from MIS 13, without any long-term gaps; further, our MIS 13 horizon in core IC2 corresponds to the reported 1 Ma tephra horizon in core IC. Therefore, these findings represent a dramatic change in the Uwa Formation age model and validate the Uwa Formation as one of the most useful terrestrial archives of Quaternary tephrostratigraphy and paleoclimatic fluctuation in SW Japan.     

雄安新区D01井岩溶热储下伏太古界中热流测定研究

【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少。2018年以来,在雄安新区牛驼镇地热田实施了D01深部地热参数井,揭穿了高于庄组岩溶热储,并揭露太古界厚度达1723.67m,给该地区岩溶热储下伏太古界的热流测定研究提供了条件。【研究方法】本文基于近稳态钻孔测温及岩心热导率测试,对D01井太古界进行了热流测定及分析。【研究结果】结果表明：D01井太古界呈显著的传导型地温特征,地温梯度为18.3℃/km,相比于新近系地温梯度48.6℃/km偏低。测得25块D01井太古界片麻岩岩心样品的热导率平均值为（2.41±0.40）W/(K·m)。根据钻孔测温数据及热导率测试,计算出D01井太古界2300～2700m深度的热流值为（44.1±7.0）mW/m²。同时,估算了D01井新近系400～800m深度段的热流值为84.6mW/m²,较太古界高出40.5mW/m²。【结论】分析认为D01井新近系较太古界高出热流主要为高孔渗岩溶白云岩层中地下水侧向热对流作用以及牛东断裂地下水垂向热对流作用共同所致。研究结果对前人提出的地下水运移聚热模式及导热断裂聚热模式提供了数据支撑,对雄安新区深部地热资源成因机制和太古界地温场研究具有重要意义。