鲁中南典型地热区地热水氟分布特征及其驱动机制

山东省鲁中南典型地热区主要包括沂沭断裂带地热区和鲁中隆起地热区,为了探明研究区地热水氟分布特征及其富集规律,综合运用水化学图解、地球化学模拟和主成分分析等方法,分析沂沭断裂带地热区和鲁中隆起地热区地热水水化学数据。结果表明:研究区地热水以Na-Ca-Cl型、Na-Ca-SO_(4)-Cl型和Na-Cl^(-)SO 4型为主,基本为弱碱性水,优势阳离子为Na^(+),氟质量浓度在0.38~4.5 mg/L之间,富钠弱碱性环境有利于地热水中氟的富集。地热水中F-质量浓度与Na^(+)、Cl^(-)和总溶解固体(TDS)质量浓度呈显著正相关,而沂沭断裂带地热水样中F-质量浓度还与K^(+)、SO_(4)^(2-)质量浓度呈显著正相关,与Mg^(2+)和HCO_(3)质量浓度呈显著负相关;鲁中隆起地热区地热水中阳离子交换作用较沂沭断裂带地热区更为强烈,Na^(+)反应强度明显强于Mg^(2+)。鲁中隆起地热区和沂沭断裂带地热区均为裂隙型热储,热储岩性分别为石灰岩、灰岩热蚀变带和安山岩破碎带,水岩作用强烈。研究区地热水中氟离子的物质来源主要为萤石等含氟矿物的溶解沉淀,受控于阳离子交换等水岩相互作用影响,最终形成高氟地热水,其中高温和富钠对研究区地热水中氟离子富集影响较大。研究成果为地热资源开发利用提供了参考。

干热岩压裂储层布井方式优选数值模拟

增强型地热系统(EGS)是从干热岩储层中提取热能的重要手段,而布井方式是影响其采热效果的关键因素,目前开展的布井方式研究较少考虑压裂储层开采模型的影响。建立了干热岩压裂储层采热的数值模型,通过不同位置的基质岩体温度下降幅度、热提取率、采出温度和采热功率对比分析了4种不同的布井方式对EGS采热性能的影响。结果表明:相较于直井,水平井的流体热交换的面积更大,能充分开发裂缝间的热量。在生产30 a时,考虑水力压裂裂缝连通的情况下,水平井一注两采模型的采热效率最高,其在垂直于井方向上温度波及范围约690 m,基质岩体平均温度下降38.09 K,热提取率为24.42%,采热功率为3.5 MW。研究成果为提高地热系统产热量、实现干热岩高效可持续开发提供了理论参考。

枯竭油气藏储集库储热供暖耦合CO_(2)封存性能分析

利用枯竭油气藏储存热能并封存CO_(2),既可解决太阳能跨季节储热难题,又可扩大可再生能源供暖占比,同时还可提高CO_(2)地质封存的经济性。提出了枯竭油气藏储热供暖耦合CO_(2)封存的新方案,以CO_(2)作为循环工质,夏季吸收太阳热量储存于油气藏背斜构造中,而冬季取出供暖,建立了储释能过程的数学模型,重点分析了枯竭油气藏储能系统热工性能和CO_(2)封存性能。结果表明:(1)新方案储能系统热工性能优异。单井平均采热功率4808.95 kW,每个采暖季可有效利用的平均储热量49859.21 GJ,平均能量储存密度28984.23 kJ/m^(3)。(2)CO_(2)密度对温度敏感的特性降低了热损失,提高了系统效率。枯竭油气藏储能系统平均能量回收效率95.84%,平均热回收效率83.66%。(3)储能加速了CO_(2)溶解。储释能过程中周期性的注入和采出工作气导致气液界面反复膨胀收缩,增加了气水接触面积,提高了传质动力,加速了CO_(2)在水中的溶解。对比储能模式和仅CO_(2)封存模式,CO_(2)溶解比例增量由0.26%上升至2.22%。枯竭油气藏储热供暖耦合CO_(2)封存新方案既有优异的热工性能,又加速了CO_(2)的地质封存,是一种高值化的枯竭油气藏利用和可再生能源供暖方案,具有大规模推广应用的潜力。

松辽盆地南部大情字井区青山口组地热水化学特征及成因模式

位于长岭凹陷鞍部的大情字井地区水热型地热资源丰富,其中储层温度较高、岩性好、含水量高的青山口组是最佳热储层,因此,阐明地热水的成因模式对于该区地热资源的可持续开发利用具有重要意义。通过青山口组7口井地热水样的水化学测试,结合收集的8组氢氧同位素数据,研究了目标区地热水的来源及混合过程,并分析了成因模式。结果表明,青山口组地热水主要为部分平衡的Cl^(-)Na型流体,补给来源为长白山地区的大气降水和原生沉积水,补给高程为2347~2370 m;通过2210~3470 m的循环吸热过程形成现今温度为81.25~112.80℃的地热流体存储于半开放体系的青山口组碎屑岩储层中。另外,研究区NE、NW向2组断裂系统是地热流体循环的主要导水通道,地热流体在深循环过程中与围岩矿物发生水岩反应,碳酸盐岩及硅酸盐矿物的溶解,形成了以Na^(+)、Cl^(-)和HCO^(-)3离子为主的地热水资源。

华北克拉通东北缘改造:来自吉林辉南地区构造热事件的古地磁记录

华北克拉通东北缘处于构造运动活跃地区,古地磁研究可为构造演化和岩浆热事件提供依据。笔者在吉林辉南地区中寒武统32个采点共采集246块样品进行了岩石学、岩石磁学及系统热退磁实验。古地磁实验表明,徐庄组砂质泥岩主要磁性矿物是赤铁矿和磁铁矿,张夏组灰岩主要磁性矿物是颗粒较小的磁铁矿和黄铁矿,且均发生了重磁化,并记录了稳定的中温分量,前者中温分量地理坐标平均方向为D/I=10.9°/50.8°,α_(95)=11.7°,对应的极位置为76°N,264.6°E,A_(95)=13°,与早白垩世岩浆活动记录的古地磁极位置一致;后者中温分量地理坐标平均方向为D/I=29.1°/59.0°,α_(95)=6.5°,对应的极位置为68°N,213.7°E,A_(95)=8.4°,与第四纪火山岩记录的古地磁极位置一致。综合区域地质背景分析,早白垩世—第四纪,吉林辉南及邻区古地磁记录的2次较为强烈的构造热事件,以及因敦化-密山断裂带左旋走滑运动造成的北向运移形成的古纬度差,一定程度上对华北克拉通东北缘起到双重改造作用。

纳米流体地热循环换热实验研究

提升换热介质的换热性能是高效开采地热资源的有效手段之一。添加纳米级金属氧化物可有效提升流体的换热能力,而纳米颗粒种类、质量分数、粒径、分散剂质量分数等物性参数以及流速对纳米流体换热性能具有重要影响。采用球形纳米CuO和Al_(2)O_(3)(粒径20~50 nm)作为换热介质,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂配制纳米流体,利用自主搭建的纳米流体基础换热实验装置进行室内换热实验,优选纳米流体参数。此外,通过自主搭建循环流动换热实验装置,以湖北英山某水热型地热井中地热水作为热源,讨论了在现场实际热源边界条件下,流速对纳米流体和去离子水的换热性能影响规律。结果表明:(1)CuO纳米流体换热性能优于Al_(2)O_(3)纳米流体;(2)纳米流体的换热性能与纳米颗粒质量分数呈负相关关系,CuO质量分数为1%时纳米流体升温效率最高,在150 s内温度可由25℃上升到79.2℃,同时间内比去离子水高4.1℃,同时,随着纳米颗粒质量分数的增加,纳米流体与热源界面的润湿性减小;(3)纳米流体换热性能随着纳米颗粒粒径增加呈现先增加后减小的趋势,在纳米颗粒粒径为40 nm时纳米流体换热性能最佳;(4)纳米流体的换热性能与分散剂质量分数呈负相关关系,当分散剂质量分数为1%时换热性能最佳;(5)层流状态下纳米流体的换热性能与流速呈负相关关系;在湍流状态下纳米颗粒运动状态逐渐剧烈,有利于纳米流体传热。研究成果可为纳米流体应用于地热换热从而提升地热系统的换热效率提供依据,并为纳米流体参数以及流速参数的选择提供理论依据。

水化学和同位素揭示的广东儒洞地热咸水形成机制

地热咸水的形成机制是开发地热资源的重要参考,地热咸水中的化学组分可以揭示经历的水化学作用,同位素的示踪可以指示地下水的来源和水化学过程。因此,选用水化学和同位素来揭示广东儒洞地热咸水的来源和形成机制。研究表明,广东儒洞地热田发育高盐度地热水(TDS>8000 mg/L),Cl^(-)和Ca^(2+)的含量分别高达5059.76 mg/L和1991.42 mg/L,为Cl^(-)Ca·Na型水。K-Mg温标和玉髓温标估算热储温度88.13~121.42℃,循环深度1963~2790 m。水文地质条件和氢氧同位素结果证实,地热水来自于东部丘陵地区的大气降水补给,补给高程为260~315 m。通过离子比例系数和^(87)Sr/^(86)Sr分析,儒洞地热田地下水运移的环境较封闭,高温下发生了较充分的花岗岩矿物的溶解,同时围岩中蒸发成因盐岩的溶解提供了主要水化学组分,海水入侵的可能性较小,地热咸水和围岩存在一定的阳离子交换作用。因此,围岩中的蒸发成因盐岩的溶解和花岗岩矿物的溶解是地热咸水化学成分形成的主因。

地热水回灌耦合CO_(2)地质封存系统安全性分析

在圈闭良好的水热型地热储层,开展CO_(2)随回灌水同时注入储层的研究,既具有经济效益又具有碳封存的环境效益。建立了3D储层模型,对不同井距、地层倾角、筛管位置和采灌速率下CO_(2)突破时间以及富含CO_(2)的盐水在储层中的运移情况进行了研究。结果表明:(1)在采灌速率为20 kg/s,20 a运行时间内井距为1200 m时CO_(2)未突破;(2)在倾斜地层中,当回灌井位于开采井下游时,随地层倾角增加,CO_(2)突破时间延长,沿地层下倾方向碳酸水运移距离增大;(3)综合考虑筛管位置对突破时间和突破后开采井中CO_(2)质量分数的影响,回灌井筛管位于储层上部30 m、开采井筛管位于储层下部30 m时,有利于CO_(2)地质封存的安全性和有效性;(4)采灌速率对CO_(2)突破时间影响较大,当采灌速率为12 kg/s时,CO_(2)未突破;当采灌速率增加到28 kg/s时,突破时间缩短到11.8 a。因此,在实际工程应用中可以通过对操作参数和地层固有特性的研究延缓CO_(2)突破,提高CO_(2)地质封存安全性。

长白山天池火山地热系统——岩浆囊与隐伏高温地热资源

长白山天池火山是晚新生代中心喷发式复合型层状火山,全新世以来发生过多次大规模喷发,与深部岩浆热扰动活动相关的构造地震、地表形变、温泉气体组份等均显示该火山仍可能再次喷发,是我国东部潜在的高温地热资源区。长白山天池火山周边地下水十分丰富,具有形成高温水热活动的岩浆囊热源。为探索地壳浅层隐伏的高温地热资源,本文在野外考察基础上,利用地热学方法,计算了该区地层结构与热状态,分析了地表下的火山地热系统。结果表明:长白山天池火山区地下2 km深处的温度在66—110℃之间,12 km深处的温度在313—417℃之间;该区居里面深度较浅,平均深度为12.7 km,居里点温度为375℃,其中长白山天池火山喷发中心和望天鹅火山喷发中心为居里面上隆区;在人工地震基底速度约束下,通过沉积地层重力反演发现,在约3.5—5.5 km深度处存在密度梯级高压带,该高压带与12 km深度处的岩浆囊之间的区域是形成隐伏高温地热资源的有利区域。

雄安新区浅层地热能资源潜力及经济环境效益评价

根据雄安新区雄东片区浅层地热能的地温场和热物性等赋存条件,估算了雄东片区浅层地热能静态储量和资源潜力,评价了开发利用的经济环境效益。经计算,雄东片区150 m以浅浅层地热能热容量为4.7×10^(12)kJ/℃,静态储量为23.4×10^(12)kJ,制冷工况下资源潜力为43.3万m^(2)/km^(2),供暖工况下资源潜力为85.9万m^(2)/km^(2)从经济效益角度评价,当浅层地热能开发利用率为25%时,雄东片区全年大约可节约6077吨标准煤,全年大约可节约费用2006万元,可减排二氧化碳14501吨、减排二氧化硫103吨、减排粉尘49吨。

上海地热资源利用现状及发展策略探讨

本文深入分析了上海地热资源勘查、开发利用现状及面临的问题,结合“碳达峰、碳中和”目标、机遇与挑战,对上海市地热资源可持续开发利用发展策略展开探讨。提出了“十五五”规划期间,上海地热资源开发利用的重点任务,即深化地热资源勘查和监测、关键技术强化、全流程标准体系构建、智能化信息服务体系建立、多元化发展模式探索、示范应用推进、管理体系完善、学科建设和人才培养。建议未来工作聚焦强化扶持政策导向、提升政府统领功能、加大关键技术产学研投入、推广代表性应用示范等方面,推动城市向绿色低碳发展转型。

华北断陷盆地热场特征及其形成机制

地热场主要受基底凸凹相间的地质构造格局控制,具有高低相间的带状分布特点。在凸起区盖层地温梯度G和大地热流值Q均较高,一般G=3.5—5.0℃/100m,Q=63—84mW/m^2;而凹陷区则较低,G=2.7—3.5℃/100m,Q=46—59mW/m^2。全区=3.58℃/100m,=61.5±13.4mW/m^2,这说明全区具有较高的地热背景值和局部热异常。地热场数学模拟结果和实测地热资料对比,相符较好。构造单元的地热差异,主要是由于地壳浅部岩石热性质在横向上及纵向上的不均一,地壳深部较均一的热流在向上传导过程中,于地壳表部再分配的结果。

渤海地球物理场与深部潜在地幔热柱的异常构造背景

渤海是中国东部陆缘的一个裂谷型盆地，通过重力、航磁、古地磁、天然地震、地热、应力场、地壳与上地幔结构及地震层析成像等资料，对渤海湾及其周边地带的深部结构、地球物理场效应和深层物理过程进行了综合研究．这一盆地是由NNE－NE向、近EW向和NW向3组断裂组成，这3组断裂与3组地幔隆起带基本相对应，并在渤中坳陷交汇、渤海内部的现代构造运动以水平构造应力场作用下的走滑运动为主要特征，渤海区内地壳厚度仅28-29km，上地幔向上隆起，等温居里面埋深浅（为12km），并为较高区热流值区（56-77mW／m2）．该区岩石层厚度变化显著，庙岛西部中地壳中有一近似圆形的低速体，在120km深度仍为低速异常区．深大断裂可为深部热物质与气态物质上涌的通道．通过综合研究，提出渤海湾很可能是一个潜在的、尚在发展中的地幔热柱．

沉积盆地热演化史研究方法与叠合盆地热演化史恢复研究进展

沉积盆地构造热事件的研究是盆地热演化史研究的热点及前缘领域。介绍了低温热年代学方法、古温标法及地球动力学模型方法研究中的新进展。叠合盆地构造-热演化史恢复是热演化史研究的前缘领域及难点,低温热年代学测年技术已成为叠合盆地构造-热演化史恢复的重要方法。中国普遍发育叠合盆地,叠合盆地古地温场经历的后期叠加改造普遍存在,叠合盆地的后期盆地对前期盆地的古地温场信息有抹去或掩盖作用。从叠合盆地叠加与改造对古地温场产生影响的角度出发,根据叠合盆地不同演化阶段地温场信息记录、保持及后期叠加改造情况的不同,结合多种古地温研究方法,以正确的地质模型及大量的实际地质资料为约束,提出分演化阶段真实恢复叠合盆地热演化史的新思路及方法。

青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征

基于地热地质、综合地球物理勘查成果等布孔依据,实施的GR1干热岩勘探孔位于共和县恰卜恰干热岩体中南部,是迄今我国钻遇地层温度最高的干热岩勘探孔,为我国首个EGS示范工程与科研试验平台建设奠定了基础。GR1孔测温结果表明,2500 m深处温度为150℃,进入干热岩段;终孔深度3705 m处的井底温度为236℃。2500～3705 m井段平均地温梯度为71.4℃/km,高于另3眼干热岩勘探孔;2800～3705 m井段地温梯度大于80℃/km,属中等品质以上干热岩。综合地球物理勘查与4眼干热岩勘探孔钻探结果表明,该干热岩体埋深2104.31～2500 m,面积246.90 km^2;干热岩资源评价结果表明,3～5 km深度范围,100年内的潜在发电装机容量为3805.74 MW,以2%的采收率计,装机容量为76.11 MW;3～6 km潜在装机容量为7788.26 MW,以2%的采收率计,装机容量为155.77MW;3～7 km潜在装机容量为13639.25 MW,以2%的采收率计,装机容量为272.79 MW。

鄂尔多斯盆地早白垩世构造热事件形成动力学背景及其对油气等多种矿产成藏(矿)期的控制作用

华北克拉通中西部中生代晚期早白垩世是否存在岩石圈减薄是地学界普遍关注的重大地质问题。本文在作者多年来对鄂尔多斯盆地构造热演化史研究的基础上,充分收集了近年来前人研究的成果及进展,对鄂尔多斯盆地现今地温场、地壳结构、构造热事件、深部热岩石圈厚度、早白垩世火成岩活动期次、构造热事件形成机理及构造热事件与多种矿产成藏成矿关系方面进行探讨。鄂尔多斯盆地现今地温梯度及大地热流中等,属中温型盆地,现今地温场受现今地壳、岩石圈厚度较厚控制。通过对构造背景、古地温恢复、火成岩活动及热岩石圈厚度恢复等资料分析发现早白垩世太行山以西的山西地块及鄂尔多斯盆地处于拉张背景,早白垩世地温梯度高,存在古地温异常及热事件。早白垩世鄂尔多斯盆地热岩石圈厚度明显较现今岩石圈厚度薄,表明华北克拉通中生代晚期以来岩石圈减薄的西界可推到鄂尔多斯盆地。华北克拉通中西部鄂尔多斯盆地周缘、华北克拉通中部山西地块、华北克拉通中西部南缘早白垩世火成岩形成时间相同,岩浆侵入和喷出的时代主要集中在138~108Ma,反映在燕山晚期早白垩世华北克拉通中西部存在一期较为强烈的热事件。火成岩地球化学分析表明火成岩来源为地幔,反映岩石圈处于拉张背景。早白垩世热事件发生的时间与华北克拉通岩石圈减薄的峰期年龄相一致,表明华北克拉通岩石圈减薄作用在华北克拉通中西部广泛存在。早白垩世构造热事件发生的根本原因在于鄂尔多斯盆地岩石圈深部热活动增强,深部软流圈物质上涌,岩石圈厚度减薄。通过对油气、煤、铀等金属矿产成矿(藏)时代与热事件的对应关系分析发现鄂尔多斯盆地油气、煤、铀矿产及华北克拉通中西部金属矿产的形成受控于早白垩世构造热事件及岩石圈拉张减薄的深部热背景,主要成藏(矿)期均为早白垩世,成藏、成矿具有爆发式及同时性特点。

四川盆地早古生代构造-热演化特征

四川盆地位于扬子板块西缘,是中国重要的含油气盆地之一,在震旦纪—早奥陶世处于裂陷特征的被动大陆边缘阶段。利用地球动力学理论在岩石圈尺度探讨盆地构造-热演化特征,恢复早古生代热历史,为盆地生烃状态、生烃期次等研究提供重要热参数。首先,利用回剥技术得到盆地构造沉降史,并作为构造-热演化模拟的目标函数;然后,基于二维多期拉张模型,分别与晚震旦世、寒武纪和奥陶纪等3个时期构造沉降量拟合得到3期拉张系数,揭示岩石圈底界和温度场的演化以及基底热流随时间的演化特征。模拟结果显示：在岩石圈拉张作用下,软流圈上涌形成热扰动,震旦纪时期基底热流值略有升高,其中高值主要分布在盆地西北与西南,而川东北受到的影响最小;热扰动在寒武纪有所减弱,至奥陶纪时期基本消失,盆地热流值呈缓慢下降趋势;盆地基底热流在早古生代始终在52～59mW·m-2范围内。

塔里木盆地的大地热流

根据１７个稳态顺序测温数据和７个井温测井及静温数据计算的地温梯度，及２２０余块岩石热导率的实测数据，分别计算了１７个实测热流值和７个估算值，它表明塔里木盆地的大地热流值多在４０～５０ｍＷ／ｍ２，其中以盆地中部为最高，可达６５～７２．３ｍＷ／ｍ２；北部多在４０～４５ｍＷ／ｍ２；西部边缘及西南部热流值偏低，分别为３５～４０ｍＷ／ｍ２和３０～３５ｍＷ／ｍ２。盆地的平均热流值为４４．０５ｍＷ／ｍ２．盆地的热流分布特征与盆地的性质和其自古生代以来的构造演化是一致的。

中国大陆科学钻探主孔100～2000m岩石热导率及其各向异性:对研究俯冲带热结构的启示

系统研究了中国大陆科学钻探工程主孔100-2000米岩石的热导率和生热率特征。初步研究了岩石热导率随矿物组成的变化关系、岩石热导率的各向异性及其影响因素。主孔2000米的岩心热导率介于1.873-4.062 Wm-1K-1之间,平均热导率2.967 Wm-1K-1。整体上热导率出现的频率主峰分布在2.8-3.0 Wm-1K-1。榴辉岩热导率随着其退变质程度的增加而降低,新鲜榴辉岩热导率集中分布于3.6-3.7 Wm-1K-1,角闪石化榴辉岩的热导率分布在3.1-3.2 Wm-1K-1,强退变的榴辉岩热导率分布于2.4-2.5Wm-1K-1。片麻岩热导率主要分布于2.8-3.0Wm-1K-1。从垂向上看,主孔100-735米主要由榴辉岩组成,热导率整体比较大,平均3.265 Wm-1K-1;1200-1600米主要以花岗质片麻岩为主,热导率比其它层位偏低,平均2.755 Wm-1K-1。通过对面理发育的样品进行测试,东海地区各类岩石的热导率具有较明显的各向异性。榴辉岩和片麻岩热导率的各向异性平均值分别为4.66％和22.99％,超基性岩的热导率平均值为3.322Wm-1K-1,各向异性 16.08％。岩石热导率在垂直于面理的方向上具有最小值,在平行于面理的方向上具有最大值。上述资料对超高压地体热结 构特征的研究提供了重要数据基础。

青海柴达木盆地大地热流测量与统计热流计算

１９９１年６—８月对青海柴达木盆地２１个石油勘探孔进行了钻孔温度测量，其中８个用于热流计算；从油田已有的测温资料中选取了１４个孔用作热流研究．为解决线性温度段与采样段的不匹配，对１７６块岩样的实测热导率与岩样的埋藏深度及地层年代之间的相关性进行了系统分析，求出热流计算段的加权平均热导率，共获得２２个热流值，其变化范围３２—７５ｍＷ／ｍ２，平均约５３ｍＷ／ｍ２．为阐明全盆地热流分布趋势，采用网格化方法计算统计热流．实测和统计热流一致表明，柴达木盆地热流值呈西高东低的分布特征．