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。

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。

苏南现代化建设示范区现今地温场特征及影响因素

苏南现代化建设示范区隶属于下扬子陆块,区内主要包含有苏北坳陷、中部隆起、苏南坳陷、南通—太湖隆起等构造单元。通过分析该区39口地热井测温数据并结合前人的研究成果,对研究区地温梯度、深部地温和大地热流分布特征进行剖析,并分析地温场的主要影响因素包括地质构造、岩石热导率、盖层厚度和火山岩体。结果表明苏南地区地温梯度范围为14.9~26.5℃/km,平均值为21.3℃/km,大地热流值介于51.0~73.5 mW/m^(2)之间,平均值为64.2 mW/m^(2);研究区地温梯度、深部地温和大地热流分布均表现出凹凸分布的特征,隆起区高于坳陷区,钻孔存在地温梯度分段现象,热导率高的地层地温梯度较热导率低的地层小。

松辽盆地中央坳陷区中-新生代岩石圈厚度演化

岩石圈厚度演化为揭示深部动力学过程提供依据和重要信息。本文通过恢复松辽盆地中央凹陷区典型单井的热历史,利用实测的热物性参数和前人所确定的地壳分层结构,基于地热学相关理论计算了松辽盆地中-新生代主要地质时期的“热”岩石圈厚度。研究表明,松辽盆地中央凹陷区热流演化有两个阶段:1)晚白垩世逐渐升温阶段,此期间热流逐渐增加,最终在白垩纪末期达到最大热流值;2)新生代以来的热流衰退阶段,此阶段构造活动相对稳定,大地热流在此期间逐渐减少,现今热流平均为78.2 mW/m^(2)。松辽盆地岩石圈厚度在早白垩世为42 km左右,白垩世末期降低至36 km左右,现今岩石圈厚度增加至55 km。这主要是由于在侏罗纪-白垩纪时期,中国东部大陆岩石圈整体处于东西拉张的环境中,地壳和岩石圈伸展减薄,导致白垩纪末期岩石圈减薄,此后盆地整体处于拗陷构造发育期,岩石圈再次增厚至现今的55 km。本文的研究成果初步揭示了松辽盆地中-新生代岩石圈演化的过程,为松辽盆地深部动力学过程提供依据,并具有重要的科学意义。

基于GIS与GOCAD的天津双窑凸起构造区热储三维地质建模

因地制宜开发利用地热能已成为助力国家碳达峰、碳中和目标实现的有效途径。通过三维地质建模技术,实现热储空间结构透明化,有利于地热资源精细化管理,从而实现因地制宜开发。以天津双窑凸起构造区为例,通过地理信息系统(geographic information system,GIS)与地质对象计算机辅助设计软件(geology object computer aided design,GOCAD)相结合的方法,利用GIS对钻孔、平面地质图、地质剖面、地球物理资料、文献等多源数据资料综合分析,并对数据可信度进行优先级排序,利用GOCAD对构造、地层面和地质实体进行了构建,建立了热储三维地质模型。模型实现了对研究区新近系、奥陶系、寒武系、蓟县系等不同层位热储及其边界断裂的空间发育情况的三维刻画,研究结果可以为热储结构研究、地热资源评价和因地制宜开发提供技术支撑。

中国东部地热异常区深层高温分布特征与动力学背景

中国东部的东北地热异常区、华北及华东地热异常区、东南丘陵-沿海地热异常区是中国重要的地热资源区,研究其深部地温分布特征与动力学背景对合理开发、高效利用地热资源具有重要的科学意义。中国东部自北向南,地热地质条件及热源成因各不相同。东北地区地热资源主要分布在长白山、松辽盆地、二连盆地以及依兰-伊通裂谷地堑,是火山、裂谷地堑、深断裂活动区,其深部热源与地温分布主要与西太平洋现代俯冲板片的岩浆活动有关。华北及华东地区地热资源主要分布在渤海湾盆地、南华北盆地群、郯庐断裂带的临沂-郯城段以及苏北盆地,是裂谷地堑、活动深断裂、岩溶热储发育区,其深部热源及地温分布主要与青藏高原东向挤出、太平洋俯冲后撤导致的盆地伸展、断陷以及深大断裂带走滑活动有关。东南丘陵-沿海地区地热资源主要分布在广东中西部、江西中南部以及福建东北部,是火山、岩体放射性高值区,其深部热源及地温分布主要与南海张裂、岩石圈减薄的岩浆活动有关。深部地温及居里面计算结果表明:中国东部地热异常区热流值≥80 mW/m^(2)的点在10 km深度的地温分别为,东北260~360℃,华北及华东270~400℃,东南丘陵-沿海地区260~340℃。在居里温度统一取475℃的条件下,居里面深度分别为:东北14.7~23.7 km,平均20.5 km;华北及华东18.4~26.5 km,平均22.1 km;东南丘陵-沿海地区16.9~24.9 km,平均21.9 km。综合分析认为,中国东部存在3种不同特征的地热资源区:长白山、东营等地,浅层地温高,居里面浅,地幔热源浅;松辽盆地中部的大安-大庆之间、渤中坳陷北侧的唐山等地,浅层地温高,但居里面深,地幔热源深;泉州-漳州之间浅层地温低,但居里面浅,地幔热源浅。

武汉西部蔡甸地区中深层地热资源主控因素分析

武汉西部蔡甸地区拥有丰富的地热资源,其热源为地球内部传导热,主要热储层为古生界碳酸盐岩。鉴于武汉中心城区各类地球物理勘查手段受限,充分利用前期江汉油田的石油勘探和水文资料勘探成果,结合2021年4月成功钻探的索河1地热井资料,分析后认为蔡甸地区储热储水构造主要为背斜构造,导热导水通道则主要为断裂;蔡甸地区地热资源主控因素为断裂和古生界碳酸盐岩溶储层,且岩溶储层埋深适中,具备很好的地热资源开发前景;蔡甸地区有利地热资源勘查目标是与深大断裂相伴的各类背斜构造。

粤港澳大湾区地热异常空间分布特征的GIS分析

粤港澳大湾区地热资源丰富,研究地热异常空间分布特征可为大湾区地热资源潜力评价和勘探开发决策提供科学支撑.基于地理信息系统技术构建了粤港澳大湾区大地热流、花岗岩分布、断裂、布格重力异常、航磁异常和居里面深度等空间数据层,综合分析地热异常与地质和地球物理场特征的空间关联关系,揭示研究区地热异常的空间分布特征.分析结果表明,研究区内大地热流值大于75 mW/m^(2)、燕山期花岗岩边界或内部、与主断裂距离小于3 km、布格重力异常梯度大于1.6 mGal/km、航磁异常值为-5~5 nT及居里面深度小于15 km等区域,与地热异常区的空间关联密切;强地热异常的出现与居里面深度、燕山期花岗岩和主断裂关系最为密切.基于数据层分类,采用证据权重模型和加权信息量模型两种矿产资源预测方法对上述多元信息进行复合分析.研究表明,研究区内燕山期花岗岩分布广泛且岩石热导率较高的低山或丘陵区地区易出现强地热异常,具有这一特征的江门西部、肇庆中部、广州东北部、惠州东北部以及深圳等地的是粤港澳大湾区地热资源高潜力区.

格陵兰岛地区居里面深度

基于全球磁异常数据,利用质心法计算格陵兰岛地区的居里面深度,并结合最新的热流资料、地壳结构和大洋年龄进行分析,加深了对研究区热结构的认识。首先,总结了磁性体满足不同分布时,居里面深度计算的理论公式和校正因子的选择。在格陵兰岛地区应用分形分布,结果表明,研究区居里面深度h_(b)在40 km以内,平均值约为20 km,估算误差约为2.7 km。校正h_(b)得到地形到居里面的距离h_(m)和沉积层底界面到居里面的距离h_(c),并根据不同的地壳类型对地表实测热流数据校正得到Q_(s)。对比结果显示h_(m)与Q_(s)基本成负相关,计算结果合理。进一步分析表明,研究区居里面总体上浅于莫霍面,但在格陵兰岛北部部分区域居里面深于莫霍面,在大洋地区的h_(c)随洋壳年龄的增大而增大。

二分法在上地幔温度模拟中的应用

为提高上地幔温度模拟的计算效率,使用Arrhenius方程和Hashin-Shtrikman边界条件模拟上地幔温度,提出了基于二分法的上地幔温度模拟方法。验证结果表明,该方法拥有良好的模拟精度及较快的运算速度,计算的误差系数可以根据上地幔温度模拟需求进行调节。在选用模型网格2000 m×2000 m时,计算速度较快,且能较好地体现出异常的轮廓信息;在选用模型网格200 m×200 m时,计算耗时增加,但异常体轮廓更清晰,模拟结果更精确。该计算方法在上地幔地温模拟研究中有良好的前景,为上地幔的温度模拟提供了一种新的思路。

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．

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。