共和盆地兰采温泉地区地热特征及干热岩靶区

干热岩大力开发有助于我国“双碳”目标的尽早实现,其中放射性生热是干热岩形成的重要因素之一,研究该类型干热岩地质特征和放射性生热特征,对选择该类型干热岩勘查目标区具有重要价值和现实意义。为此,以共和盆地兰采温泉群地区为线索,通过野外地质调查、地表放射性伽马测量、岩石放射性测试等手段,研究了高温温泉形成的地热地质条件和放射性特征,并依据地球物理勘查解译数据初步圈定了干热岩勘查目标靶区。研究结果表明:(1)兰采温泉地区擦拉更复式花岗岩体和羊智河—夏琼断裂与兰采温泉群的形成关系密切;(2)该区出露的中晚三叠世斑状二长花岗岩、钾长花岗岩和斑状钾长花岗岩等岩体的生热率表现出异常高的生热率特征,是正常沉积盖层生热率的5~8倍;(3)基于大地电磁测深勘查解译,羊智河—哲格姜—夏琼断裂破碎带下伏低阻体,推测为侵入时代较晚、温度较高的“体中体”花岗岩体。结论认为,该区具有“体中体”地质结构的晚三叠世高放射性斑状钾长花岗岩体,可作为干热岩勘查的主要目标方向;下一步应查明复式岩体空间分布形态,研究复式花岗岩体与地热流体的关系以及对深部温度场的影响机理,进而为圈定干热岩勘查靶区提供更加确凿的依据。

干热岩勘查开发进展及展望

清洁能源开发利用是当前全球可持续发展共同关注的资源环境问题。干热岩指埋藏于地球深部、内部不存在或仅存在少量流体,温度高于180℃的高温岩体,作为未来人类可持续利用的重要战略可接替清洁能源,其开发利用备受关注。文章在梳理总结国内外典型干热岩勘查与开发利用进展的基础上,针对干热岩资源研究方向提出几点思考,希望对我国未来干热岩勘查与开发工作起到有益参考借鉴作用。自20世纪70年代提出干热岩概念以来,世界各国开展了多处勘查开发工程探索,在取得大量理论技术突破的同时,也存在不少失败的案例。虽然全球投入建设的干热岩开发工程数量总体上不断增加,为干热岩勘查开发积累了宝贵经验,但是迄今为止尚未建造有商业规模的储层,由于缺乏持续经费支持、水力压裂诱发微地震等问题,多数被迫终止。目前来看,全球干热岩开发正逐渐进入新的探索阶段,欧美各国纷纷加强相关基础理论和技术攻关。我国近年来在干热岩资源调查评价和勘查开发方面取得了重要阶段性成果,编制了大地热流、居里面深度、控热构造等系列基础图件,初步估算了我国陆域干热岩资源潜力,并在青海共和、福建漳州、广东惠州、河北马头营、山西大同、江苏兴化等地区相继开展了干热岩勘查开发探索。其中,青海共和盆地恰卜恰地区在4000 m深度探获超过200℃的高温干热岩体。2019年在青海共和启动我国首个干热岩勘查试采示范工程,2020年完成干热岩储层规模化建造,有效改造体积超千万立方米,并于2021年实现试验性发电并网,在干热岩深部探测、高温硬岩钻探、规模化储层建造、循环连通、有机朗肯循环发电等方面取得了系列基础成果,推动了我国干热岩在勘查开发方面的实质性进展。总体来看,全球干热岩勘查开发取得了长足进展,实践证明干热岩资源是一种十分有发展前途的绿色能源,有望未来成为全球重要战略能源。然而,干热岩现有开发利用路径及其配套技术、装备与商业化开发预期相比还存在较大差距。我国干热岩资源开发尽管实现了从“0”到“1”的突破,但距离国际水平还有较长的路要走,仍需要在高温硬岩钻完井、深部储层精细刻画、安全规模化储层建造、高效换热取热等方面推动颠覆性技术创新,破解规模化、经济性开发难题。

阳高—天镇地区高温地热系统形成机制及资源开发前景研究

“双碳”背景下,山西省持续深入推进清洁能源发展,2020年3月在大同天镇县水桶寺村附近探获高温高压地热流体。为探究大同阳高—天镇地区高温地热系统及成因机制,选择阳高孤山村—平山村一带20 km^(2)的范围作为重点研究区,采用地质调查、地球物理、钻探、测井等手段查明研究区地热赋存条件和规律。研究结果表明:(1)阳高—天镇地区的地热资源主要赋存于太古界变质岩及断裂带含水岩组中,直接热源可能为中上地壳未冷却的岩浆囊,盖层为第四系堆积物、新近系和古近系砂砾石层。(2)该地区高温地热系统为对流、传导型地热系统:一方面大气降水、地表水经孔隙渗透作用及断层裂隙通道下渗至热储位置受热形成热水,随后沿断裂通道对流上升至浅地表出露成温泉;另一方面新生代以来持续的伸展拉张环境,导致软流圈上涌,上地幔部分熔融形成的基性玄武岩浆经深部断裂通道上升至中上地壳形成多个岩浆囊,热量通过断裂或高热导率值的太古界变质岩传递至浅地表形成地热异常。(3)YG-1井抽水试验结果显示,该地区水热型地热资源以静储量为主,开发利用应考虑采用无干扰换热技术。综合分析区域地质条件,结合物探、钻探成果,认为该地区深部可能存在干热岩型地热资源,有待进一步查证。

天津山岭子地热田蓟县系雾迷山组热储流体同位素特征及其指示意义

为分析天津山岭子地热田地热流体化学成因、赋存条件及物质来源,笔者通过采集地热流体样品和测试分析,对天津山岭子地热田蓟县系雾迷山组地热流体同位素特征进行了研究,总结了天津山岭子地热田蓟县系雾迷山组地热流体起源与形成机理。结果表明:研究区蓟县系雾迷山组地热流体^(87)Sr/^(86)Sr范围为0.7113~0.7118,指示碳酸盐岩溶解成因,表现出明显的时间累积效应;蓟县系雾迷山组热储流体的^(40)Ar/^(36)Ar范围为301~412,远小于幔源^(40)Ar/^(36)Ar,可排除其幔源物质成因。δ^(34)S范围为34.1‰~34.6‰,气体组分含量以氮气和甲烷为主,指示其还原环境。本文研究结果对山岭子地热田地热资源的开发利用具有借鉴参考意义。

中国二氧化碳地质储存目标靶区筛选技术方法

在沉积盆地三级构造单元CO2地质储存潜力与适宜性评价得出的"适宜CO2地质储存"区域的基础上,借鉴国外已有的选址流程和方法,结合我国的地质条件和技术方法水平,提出了深部咸水层CO2地质储存目标靶区筛选评价指标体系,包括安全性、储存规模、场地地面环境条件和经济适宜性四大评价指标层以及44个具体评价指标,并将层次分析法和多因子逐层叠加法等评价方法应用于目标靶区筛选。通过鄂尔多斯盆地和河套盆地3处典型目标靶区适宜性评价的实例,证明了该评价指标体系在目标靶区筛选过程中具有较好的可操作性和推广应用价值。

吉林西部人工草地水分生产函数模型初探

水分生产函数模型用以描述作物产量与水分因子之间的数学关系。确定合适的作物水分生产函数模型对建立与完善节水灌溉系统具有十分重要的意义。选常用的Jensen、Minhas、Blank、Stewart及Singh模型,依据在吉林省松原市前郭县草原管理站进行的苜蓿非充分灌溉试验中所获得的资料,采用多元回归分析方法求出各模型的参数,并对这5种模型进行了对比和筛选,得出了Jensen模型是最适宜于吉林省松原地区苜蓿的水分生产函数模型的结论。还探讨了Jensen模型水分敏感指数在苜蓿全生育期的变化规律,并指出了其在实践应用中的意义。

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。

美国干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”与中美典型EGS场地勘查现状对比

美国能源部正在实施干热岩"地热能前沿瞭望台研究计划"(FORGE计划)。它是以经典干热岩定义的干热岩勘查开发为约束,通过增强型地热系统(EGS)示范工程建设实践,形成新一代EGS试验平台。美国本着"可复制的结果=巨大的潜力"的理念,实现干热岩勘查开发技术新突破,以满足美国1亿家庭绿色电力供应为实际应用目标。中美典型EGS场地勘查现状对比结果表明:犹他州米尔福德与青海省共和县恰卜恰两个典型EGS场地具可比性,大致处于"并跑"的水平;在天然裂隙系统、原位地应力场、压裂参数获取与压裂方案制定等方面,米尔福德EGS场地有所超前。据此建议有关部门加快青海省共和县恰卜恰EGS场地进入勘查开发阶段,以提高我国干热岩勘查开发技术水平,早日实现EGS工程化。

规模化深部咸水含水层CO_2地质储存选址方法研究

本文依据中国沉积盆地CO2地质储存潜力评价结果,认为深部咸水含水层是实现规模化CO2地质储存的主体,进而对适宜CO2地质储存的深部咸水含水层属性进行了界定。提出了深部咸水含水层CO2地质储存选址原则,合理划分了选址工作阶段。建立了选址技术指标、安全性评价指标、经济适宜性和地面地质-社会环境选址指标4个指标层,60余个指标的选址指标体系,提出了基于层次分析(AHP)的多因子排序选址评价方法。本文的研究成果对中国深部咸水含水层CO2地质储存场地选址具有一定的指导意义。

深部咸水层二氧化碳地质储存场地选址储盖层评价

深部咸水层CO2地质储存属于环保型工程项目,开展地质评价来确定良好的储盖层是实现CO2地质储存长期、有效、安全封存的首要前提。储层地质评价内容主要包括储层的物理性质及其注入能力等;盖层地质评价内容主要包括盖层发育特征及封闭能力等。在规划选址到工程选址的不同阶段,储盖层评价的内容和对象应根据不同阶段的目的依次提高精度和量化程度。通过国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址阶段划分,结合储盖层地质评价的主要内容,初步建立了储盖层适宜性评价指标及其分级标准,对国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址中的储盖层地质评价及适宜性评价工作具有一定的指导意义。

中国北方高砷地下水分布特征及成因分析

本文分析了银川平原北部饮水型砷中毒分布、水文地质条件和水化学特征,并探讨了地下水中砷离子分布规律和富集环境。研究表明:高砷地下水区呈两个条带状分布于冲湖积平原,主要为埋藏深度小于40m的潜水,水化学环境呈弱碱还原环境,水化学类型主要为HCO3-Na·Ca,Cl·HCO3-Na,Cl·HCO3-Na·Ca型;最后对比分析了中国北方内蒙古平原、山西大同盆地、新疆、吉林西部高砷地下水分布和环境地质特征。

黑龙江省五大连池尾山地区火山岩浆囊探测与干热岩地热地质条件分析

五大连池火山群北部的尾山火山形成于第四纪中更新世,具中心式火山喷发,距今(0.57~0.31)±0.05 Ma。同美国芬顿山干热岩项目所在地火山活动于1.40~1.10 Ma相比,其下方具备发育正在冷却中的岩浆囊的可能。重、磁法勘查结果表明,尾山地区基底以北宽河组(Pt3-∈1b)变质岩为主,放射状断裂和环形构造发育,外环影响直径12~13km,是地壳浅部火山穹窿构造的反映。天然地震背景噪声层析成像勘查结果表明,尾山下部火山岩浆囊顶界埋深6.5km,至8km深度面积扩展至约13km^2,至13km面积扩展至约35km^2,平面上呈北西—南东向展布西大东小的"蝌蚪状",可能构成了尾山地区干热岩体的热源。大地电磁测深(MT)勘查结果表明,该地区高导体/高温岩体主体顶界埋深5km,最浅达3km。MT单点勘查曲线及图解表明,尾山西侧(B点)在约2km深度,电阻率值降至2Ω·m以下,4~6km小于2Ω·m的低电阻率区域逐渐连成片,6km以下几乎整体小于2Ω·m。综合分析认为,五大连池尾山地区具较好的干热岩地热地质条件。

基于两种插值算法的三维地质建模对比

三维地质建模过程中,插值算法对模型准确性具有显著影响。为评价不同插值算法对三维建模准确性的影响,本文选取反距离权重插值法和自然邻域插值法开展对比研究。通过理论分析和案例研究,从统计学原理、插值误差和可视化效果等三方面进行了对比分析。结果表明:反距离权重插值法在建模中精度较高,适应面更广。与自然邻域插值法相比,反距离权重插值法更加适用于地层缺失严重的层位,能够更好地保留地层缺失的特征;同时,反距离权重插值法能够更好地处理断层构造,对于地层的错断起伏情况表现效果更好;反距离权重插值法在沉积地层中误差更小,与实际情况更接近。

基于高精度航磁数据的共和盆地干热岩勘查目标靶区圈定

发育于沉积盆地内的隐伏花岗岩体是干热岩资源勘查开发的主要对象。为分析青海共和盆地隐伏花岗岩体的分布规律,圈定该区干热岩勘查目标靶区,基于1∶50 000高精度航磁测量数据的反演计算结果,综合考虑该区地形地貌、水文地质条件、隐伏花岗岩体的分布面积与群聚性及沉积盖层厚度等因素,分析了该区隐伏花岗岩体的分布规律,并在航磁测区范围内圈定出15处隐伏干热岩资源勘查目标靶区(共和盆地13处,青海湖盆地和同德盆地各1处)。结论认为:①圈定出的恰卜恰隐伏印支期中酸性花岗岩体,经综合地球物理勘查和钻探验证为干热岩体,表明高精度航磁测量适用于区域性干热岩资源的初步勘查及目标靶区圈定;②隐伏印支期磁性花岗岩体主体呈NW向带状分布,与区域隐伏断裂构造展布方向基本一致,部分不规则状的隐伏印支期磁性花岗岩体主要出现在共和县城西,大致沿NE向赛日钦—达连海隐伏断裂分布;③赛日钦—达连海隐伏断裂与唐乃亥—罗汉堂隐伏断裂分别构成共和盆地东、西盆地深部热流上涌的主通道,与干热岩资源的成因关系较为密切;④在东西向上,由已知的东部恰卜恰干热岩体向西,各隐伏花岗岩体埋深逐渐增加;南北向上,由盆地南、北缘向盆地中心,各隐伏花岗岩体埋深有不断加深的趋势。

中国二氧化碳地质储存研究进展

2010年以来,中国地质调查局组织实施了"全国二氧化碳地质储存潜力评价与示范工程"项目。依据我国沉积盆地的地质条件,基本建立了中国CO2地质储存潜力与适宜性评价体系,初步评估了417个(面积大于200 km2)陆域及浅海沉积盆地的CO2地质储存潜力与适宜性;在内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗参与并合作实施了中国首个、也是世界上规模最大的煤基全流程深部咸水层CO2地质储存示范工程,突破了钻探、灌注、采样、监测等一系列科学技术难题;在储存过程中的物理化学与生物作用、仿真模拟、环境影响与安全风险评价等基础理论研究方面取得了实质性进展。

中国大骨节病地质环境特征及其病因研究

大骨节病是一种影响因素复杂、病因一直未明的地方病,其学说众多。本文阐明了中国大骨节病地域分布与病情动态变化特征,重点论述了中国大骨节病自然环境与地质环境特征以及病因研究现状。针对多种病因学说,本文认为大骨节病病因是多因素复合作用的结果,硒缺乏是环境背景因素、环境中与人体有关的毒素是主控因素、常量与微量因素的比例失调是影响因素。病因研究中应注意宏观与微观相结合、地学与医学等多学科相结合。

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。

深部水文地质研究的机遇与挑战

经济社会快速发展需要更多的能源与资源保障,地球深部资源与能源极其丰富。“向地球深部进军”是经济社会发展需要与资源勘查开发技术、经济效益成本承受能力相匹配的必然发展趋势。随着“碳达峰、碳中和”战略目标的提出,绿色低碳高质量发展成为时代发展的主旋律。为满足能源、资源保障和生态环境保护等重大需求,加大清洁能源勘探开发力度、提高碳封存能力、强化地质储能研究等显得尤为重要。深部水文地质作用与此息息相关,亟待重视和加强研究。本文采用文献分析法,通过学科发展历程与热点焦点问题的综合对比研究,对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水地质作用下地热与锂资源成藏、深部地热-干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO;地质封存、地质储能等方面涉及的深部水文地质研究现状和未来趋势进行了分析总结,认为深部水文地质在高温高压条件下地下水循环动力机制、物质能量转换过程、水岩相互作用、成热成藏机理和勘查监测技术精准度等方面尚需深入系统的研究,而储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是未来应给予重点关注的关键性问题。

CO_2地质储存潜力与适宜性评价方法及初步评价

借鉴国外CO2地质储存潜力与适宜性调查评价工作程序,在充分考虑我国复杂的地质背景、CO2地质储存研究现状等因素的基础上,将我国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作划分国家级潜力评价阶段、盆地级潜力评价阶段、目标区级潜力评价阶段、场地级评价阶段、灌注、监测运行期评价阶段,按评价精度由低到高,分称为CO2地质储存潜力与适宜性评价E、D、C、B、A级;并对我国CO2地质储存潜力与适宜性进行了E级评价,即运用层次分析-模糊指数法对我国陆相沉积盆地进行了初步筛选,并对其储量进行了计算,认为我国陆上沉积盆地深部咸水含水层是最主要的CO2地质储量场所。

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1800 m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1723.67 m,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2300~2700 m深度的热流值为(44.1±7.0)mW/m^(2)。同时,估算了D01井新近系400~800 m深度段的热流值为84.6 mW/m^(2),较太古界高出40.5 mW/m^(2)。【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。