我国发展增强型地热开采技术所面临的机遇与挑战

介绍了增强型地热系统(EGS)的技术原理及增强型地热资源所具有的分布广、对环境污染小、可循环利用等优点。阐述了我国干热岩地热资源前景广阔,大陆地区3~10km深度段干热岩地热资源总量为2.09×107EJ,按2%的可开采资源量计算,亦达4.2×105EJ,相当于14.3×103亿t标准煤,是中国大陆2010年能源消耗总量的4 400倍。以青海共和贵德盆地为例,该盆地干热岩储层的地温梯度为7℃/hm,井深3 000m温度可达200℃。根据典型干热岩储层特征,讨论了我国开展干热岩吸热系统存在的技术难题,并对开展相关研究给出了建议。     

天文周期约束下始新统湖相地层页岩岩相组合类型及其发育模式——以北部湾盆地涠西南凹陷流沙港组为例

北部湾盆地涠西南凹陷油藏储量丰富。其中, 始新统流沙港组发育主力烃源岩层系, 以湖相泥页岩沉积为主, 沉积厚度较大, 具有较高的稳定性与连续性。对流沙港组进行旋回地层学及岩相组合的研究可为盆地内勘探新区页岩油甜点精细预测与评价提供重要指导。本研究以涠西南凹陷始新统流沙港组为例, 以GR测井曲线为替代性指标, 对其进行数据预处理、频谱分析、滤波和调谐分析, 识别了研究区多口井的天文周期, 以长、短偏心率、斜率及岁差周期(405 ka、100 ka、40 ka和20 ka)作为四、五、六、七级层序划分参考曲线, 将流沙港组三段上亚段至流沙港组二段下亚段(简称流三上-流二下)划分为14个四级层序, 44个五级层序, 建立了研究区高精度等时地层格架。基于有机质丰度、矿物组成特征等, 将流三上-流二下页岩划分为九类13种岩相类型, 并依据岩芯、岩相及曲线变化特征, 以五级层序为单元, 划分出A型、B型和C型3种岩相组合类型, 分析了不同岩相组合的特征和沉积环境, 建立了天文周期约束下湖相页岩岩相组合发育模式。结果显示, 流三上亚段水体较浅, 陡坡带、缓坡带及二号断裂中央隆起区岩相组合主要为A型; 深湖-半深湖区以C型和B型为主。流二下亚段水体较深, 仅在滨岸带发育A型, 二号断裂中央隆起区主要发育B型, 半深湖-滨浅湖区发育B型和C型, 深湖区均为C型。研究成果不仅为涠西南凹陷页岩油甜点精细预测提供了有力支撑, 也为其他陆相盆地页岩岩相组合发育模式提供了参考模板, 对页岩油的勘探开发具有重要意义。

     

新疆阿尔泰蒙库铁矿床的成矿流体及成矿作用

蒙库大型铁矿床赋存于上志留统—下泥盆统康布铁堡组变质火山-沉积岩系中,容矿岩石为石榴子石矽卡岩、变粒岩、浅粒岩和大理岩。矿体总体顺层分布,空间上与矽卡岩密切相关。研究表明,矽卡岩期石榴子石以发育玻璃质熔融包裹体、流体熔融包裹体和流体包裹体为特征,晚期矽卡岩阶段矿物中发育液相包裹体,变质期矿物中主要发育液相包裹体和含子矿物包裹体。矽卡岩期熔融包裹体的均一温度为1100℃,早期矽卡岩阶段流体包裹体均一温度变化于193～499℃,在450℃、350℃和230℃出现峰值。中期矽卡岩阶段均一温度变化于236～550℃,峰值为350℃。区域变质期均一温度介于132～513℃,在350℃、230℃和190℃出现峰值。流体包裹体的盐度w(NaCleq)介于1.23%～60.31%,流体密度变化于0.60～1.16g/cm3。石榴子石、石英和方解石的δ18OSMOW变化于0.2‰～8.4‰,δ18OH2O介于-5.1‰～5.33‰,δD为-127‰～-81‰,表明矽卡岩期成矿流体主要是岩浆水,混合少量大气降水;变质期流体主要为大气降水,为混合变质水。方解石δ13CPDB变化于-6.1‰～-2.3‰,表明流体中碳来自深部或地幔。成矿时代为早泥盆世早期(略晚于404～400Ma),成矿作用与矽卡岩的退化变质作用有关。     

新疆阿尔泰山南缘泥盆纪弧型苦橄岩铂族元素地球化学特征及其地质意义

全球岛弧火山岩的铂族元素数据非常少。本研究对新疆阿尔泰山南缘中泥盆世北塔山组地层中的苦橄岩的铂族元素进行了分析,结果表明:其铂族元素的含量总体变化不大,其原始地幔标准化曲线总体上和已经报道的大西洋Lesser Antilles岛弧的G renada苦橄岩相似,均以富集钯组铂族元素(PPGE)为特征,但总体含量比后者高,而比大火成岩省的苦橄岩低。一些铂族元素的特征比值指示了苦橄岩和富辉玄武岩起源于软流圈地幔,而高的w(Os)/w(Ir)比值则暗示了源区中有深海沉积物的加入。w(Pd)/w(Ir)-w(N i)/w(Cu)图解说明本区的苦橄岩不是原始岩浆,而是原始的高镁玄武岩中有过剩橄榄石的加入,而w(Pd)-w(Cu)图解则说明原始岩浆硫不饱和。IPGE在俯冲带流体中相对稳定,而PPGE在俯冲带流体中的活动性相对较高。     

川西北甘溪地区吉维特阶核形石特征、成因及地质意义

川西北龙门山前甘溪地区吉维特阶发育一套厚2~3m灰-深灰色微生物岩,由直径0.1~4.0cm的核形石组成,其核心皆由早期葛万藻及其他生物碎屑组成,包壳由具同心圈层结构的亮色和暗色含葛万藻的纹层组成,并可分为球状、帽状和变形状3类核形石微生物岩,垂向上可分4个旋回,从底到顶核形石密度和粒径总体变密、变大,平面上呈不均匀发育。核形石样品具不同程度的δ~(13)C、δ~(18)O值负偏移和~(87)Sr/~(86)Sr正偏移特征,表明核形石微生物岩层遭受过古表生期大气淡水的影响,其中亮色纹层与球状核形石微生物岩受大气淡水影响最为强烈,核形石是在葛万藻发育、水流扰动及大气淡水参与的环境下,葛万藻包覆于生屑的外缘而成,藻类越发育、水体能量越高、沉积环境越稳定,形成的核形石粒径越大、丰度越高。核形石微生物岩在纵、横向分布特征,表明在全球中泥盆统艾菲尔期—吉维特期海平面上升背景下,龙门山地区吉维特金宝石组末期表现为至少6期次脉动式且逐渐强烈的构造抬升作用,造成该地区金宝石组末期海平面大幅下降而暴露于地表遭受大气淡水的淋滤作用。     

σ-数值切割单元法(σ-SIBM)——解决σ-坐标在海洋陡坡区域数值模拟中压强梯度误差的新方法

σ-坐标是地表水三维水动力及物质输运模型使用最多的垂向坐标,但陡坡区域水平压力梯度误差长期制约着σ-坐标在海洋模拟中的发展,现有解决方法如z-平面法、相对密度法、提高精度法和地形光滑法等都未取得满意的结果.本文提出σ-数值切割单元法,在陡坡区域引入伪床面,降低H/x,消除了长期存在的区域水平压力梯度问题,将问题转化为陡坡位置的非贴体网格问题,进一步采用数值切割单元法解决边界拟合问题.对数值切割单元法的关键步骤,如床面数值识别、网格单元或节点分类、数值源项的半隐式求解以及切割速度的插值计算,提出适合于地表水地形分布特性的具体解决方法.模型既利用了传统σ-网格的简单高效性,又克服了σ-坐标在陡坡或复杂地形中应用的局限性,实现了σ-坐标和数值切割单元法的联合优势.理想海山试验表明,σ-数值切割单元法所产生的最大速度误差相对z-平面法减小近一倍,全域动能误差减小两个量级左右.海沟、海山、大陆架及河口区域存在下的复杂地形数值试验表明,模型对复合陡坡地形同样具有很好的适应性.     

新疆富蕴县苏普特一带片麻岩地球化学特征及锆石U-Pb SHRIMP定年

苏普特片麻岩为含堇青石、矽线石及红柱石等变质矿物的眼球状、条纹条带状黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、二云母片麻岩等。其SiO2含量为63.12%~68.34%,Al2O3为13.64%~15.91%,TiO2为0.538%~0.772%,TFe2O3为6%左右,MgO含量较高,多数样品为3%左右。根据其岩石化学特征判断,原岩为泥质岩、砂岩等沉积岩。苏普特片麻岩稀土元素含量较高,ΣREE为155.21×10-6~271.93×10-6,轻稀土元素富集,具中等程度的负Eu异常;在以北美页岩(NASC)标准化的稀土配分型式图上具有较平缓的配分曲线,无明显的Ce、Eu异常。依据地球化学特征,推断其原岩的形成环境为活动大陆边缘。苏普特片麻岩中锆石具有岩浆锆石特征,其U-Pb SHRIMP年龄为282 Ma,可能代表了早二叠世的一次构造-岩浆-混合岩化事件。     

温室气体浓度增加情景下大西洋温盐环流的演变

温室气体浓度增加(以CO2为主)引起的温盐环流演变在未来气候系统中扮演非常重要的角色.在最新的温室气体排放情景下,利用基于德国马普气象研究所为IPCC第四次评估报告而最新发展的气候模式(ECHAM5/MPIOM),对3种不同的温室气体排放假设(B1,A1B,A2)进行了可靠的数值模拟.在此基础上,就大西洋温盐环流和北大西洋深层水形成的变化,以及北大西洋不同海区的温盐环流对温室气体浓度增加的响应,对模拟结果进行了分析.研究揭示,到21世纪末,在3种CO2排放情景下,温盐环流强度分别减弱了4Sv(1Sv=106m3/s)、5.1Sv、5.2Sv,大体相当于减弱了20%、25%、25.1%.由于全球变暖引起副极地海区表层海水变暖变淡,拉不拉多海(LabradorSea)和丹麦海峡(DenmarkStrait)以南区域的深层对流有所减弱.而在格陵兰-冰岛-挪威海(GINSea)的情况相反,由于北大西洋暖流的增强,通过法鲁海峡(Faro-BankChannel)进入GIN海域的高盐水增加,导致GIN海域上层盐度(密度)增加,进而深层对流加强.在A1B情景下,由于全球变暖北大西洋的深层水生成率从16.2Sv降到了12.9Sv.     

阿尔泰南缘东段变形岩石磁组构分析

磁组构是指岩石磁化率的各向异性,磁组构方法已经被广泛应用于构造变形分析。阿尔泰南缘东段地区岩石磁组构特征是磁各向异性度P值大,反映本区总体韧性剪切变形强烈。萨尔布拉克—科克萨依脆性劈理化带和玛因鄂博韧性剪压构造带的E>0占优势,磁面理发育,部分样品磁线理发育,反映变形以压扁变形为主,主压应力方向为NE(NEE)向,伴随弱的左行剪切;达拉维孜—阿热勒托别韧性流变构造带和锡泊渡—富蕴深层次变晶糜棱岩带E>0和E<0均存在,磁面理和磁线理均发育,反映以剪切变形为主;其中达拉维孜—阿热勒托别构造带主压应力方向为NE(NEE)向,为左行剪切,而锡泊渡—富蕴构造带主压应力方向为SN向,为右行剪切。在达拉维孜—阿热勒托别构造带中的哈腊苏铜矿和卡拉先格尔—老山口一带一些叠加蚀变矿化的强变形岩石的P值明显减小,说明在韧性变形之后发生过矿化热液作用导致磁化率各向异性发生了均一化。结合区域构造分析,可以认为萨尔布拉克—科克萨依构造带、达拉维孜—阿热勒托别构造带和玛因鄂博构造带构成一个完整的板块碰撞聚合带,而锡泊渡—富蕴构造带可能为在古生代期间被强烈改造的具有前震旦纪结晶基底的微大陆的残留(或断片)。     

连续弯道水流模拟中二次流修正效果评价

为了选择适用于复杂连续弯道的二次流修正方法,选取了线性方法中两种典型的计算模式,通过在正交曲线坐标系二维浅水动量方程中增加扩散应力项开发了考虑二次流影响的平面二维水流模型。基于不同复杂度的4个连续弯道试验的水位和流速分布资料,通过理论分析和数值试验对比定量评估了传统二维模型和两种二次流修正方法在连续弯道水流模拟中的效果。测试结果表明,Delft3D模型的二次流修正方法自由度较高,适用于不同复杂度的连续弯道水流模拟,而Lien模型二次流修正方法适用于微弯或中弯,应用于中弯时需要慎重选用,不适用于急弯连续弯道模拟。两种方法比较,建议连续弯道水流模拟中优选Delft3D模型的二次流修正方法。