地熱資源探測理論技術與實踐

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地熱資源探測理論技術與實踐作者：卡卡西

*----冰島地熱的濃密蒸氣地熱資源大國----新西蘭地熱池傳統(tǒng)水熱型地熱資源2

*----冰島地熱的濃密蒸氣地熱資源大國3

*地熱資源基本概念----中國地熱能發(fā)電站里程碑羊八井電站4

*地熱資源基本概念----西藏措美縣古堆高溫地熱我國同深度溫度最高（190m/205℃）5----大興機場地源熱泵工程滿足257萬平方米建筑的冬季供暖和夏季制冷需求----青海共和盆地干熱巖勘查我國同深度溫度最高干熱巖體（3705m/＞200℃）7

*地熱資源基本概念目前最接近商業(yè)化運行的干熱巖發(fā)電站----法國Soultz干熱巖電站8

目錄1地熱資源基本概念及分類2我國地熱資源分布3地熱資源探測理論技術與實踐4地熱資源形成機制5地熱資源開發(fā)利用地熱資源發(fā)展前景91.1什么是地熱能地熱是蘊藏在地球內部的熱能，是一種清潔低碳、分布廣泛、資源豐富、安全優(yōu)質的可再生能源，地球熱能源來源可分為兩部分：外部熱源太陽輻射熱潮汐摩擦熱隕石墜落宇宙射線內部熱源放射性生熱地球轉動熱地球殘余熱101.1什么是地熱能，地熱能從何而來外部熱源潮汐摩擦熱太陽輻射熱隕石墜落宇宙射線111.1什么是地熱能，地熱能從何而來內部熱源放射性生熱地球殘余熱地球轉動熱121.2

地球內部溫度地球內部溫度隨著靠近地核，溫度不斷升高，殼幔邊界處溫度可達3000℃，至核幔邊界溫度超過5000攝氏度，地核內最高溫度在6000℃以上。地球體積的99%溫度超過1000℃，只有不到0.1%體積的溫度低于100℃。131.3

地球表層熱能表現(xiàn)地球表層的熱能表現(xiàn)稱為地熱顯示，是指地球上露出地表、并能被人們直接感知的與地球內熱相關的自然現(xiàn)象。地熱顯示類型有很多，微溫地面或放熱地面，有水蒸氣釋放時，地面上容易形成特殊的晨霧。溫泉和熱泉，包括與它相關的各種泉塘和熱水湖；沸泉；濕噴汽孔；間歇噴泉，包括泥火山；干噴汽孔；水熱爆炸；火山噴發(fā)；水熱蝕變；水熱礦化等等。141.3

地球表層熱能表現(xiàn)晨霧沸泉水熱爆炸151.3

地球表層熱能表現(xiàn)火山噴發(fā)熱水湖水熱蝕變161.4地熱資源的分類17淺層地熱能資源地熱資源（賦存狀態(tài)）水熱型地熱資源干熱巖型地熱資源1.4地熱資源的分類18

水熱型地熱資源（即傳統(tǒng)的地熱資源），系指：地下水在多孔性或裂隙較多的巖層中吸收地熱，其所儲集的熱水及蒸汽，經適當提引后可為經濟型替代能源。按照熱傳輸方式分為：傳導型地熱資源和對流型地熱資源。水熱型地熱資源傳導型地熱資源：主要分布于我國東部中、新生代平原盆地，包括華北平原、河淮盆地、蘇北平原、江漢平原、松遼盆地、四川盆地以及環(huán)鄂爾多斯斷陷盆地等地區(qū)，均為中低溫地熱資源。對流型地熱資源：主要分布于我國東南沿海、膠遼半島、天山北麓等地區(qū)。按溫度劃分，高溫地熱資源主要分布于我國的藏南、滇西、川西和臺灣地區(qū)，其余地區(qū)主要分布著中低溫地熱資源。水熱資源1.4地熱資源的分類19傳導型地熱資源的概念模型對流型地熱資源的概念模型水熱資源

*1.4地熱資源的分類水熱型地熱資源分布板塊內部，我國華北、京津地區(qū)地熱田多為中低溫地熱田分布于地質活動性強的全球板塊邊界，如冰島地熱田、新西蘭地熱田、日本地熱田及我國西藏羊八井地熱田、云南騰沖地熱田、臺灣大屯地熱田低溫地熱資源：

25℃＜t＜90℃，溫水、溫熱水、熱水等形式存在高溫地熱資源：t＞150℃蒸汽形式存在中溫地熱資源：90℃＜t＜

150℃，水和蒸汽的混合物形式存在水熱型地熱資源，按照溫度，又可以分為高溫地熱資源、中溫地熱資源和低溫地熱資源三類。20水熱資源1.4地熱資源的分類21淺層地熱資源

淺層地熱能是地球表層地球內部傳導或者對流的熱量以及太陽能輻射的熱量的綜合體。淺層地熱能目前是我國地熱資源中利用量最多最廣的能源類型。1.4地熱資源的分類22干熱巖型地熱資源干熱巖（HDR），是一般溫度大于180℃，埋深數千米，內部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體。干熱巖型地熱資源：是指在當前經濟技術條件下，從干熱巖中開采提取的熱能。干熱巖是巖體，干熱巖型地熱資源是能源1.4地熱資源的分類23EGS是指在高溫但無水或無滲透率的熱巖體中，通過水力壓裂等方法增強/創(chuàng)造一個人工熱儲，將地面冷水注入地下深部獲取熱能，通過在地表建立高溫發(fā)電站來實現(xiàn)深部地熱能的有效利用。干熱巖資源開發(fā)通過EGS來實現(xiàn)，包括增強型地熱系統(tǒng)和工程型地熱系統(tǒng)兩種方式。干熱巖型地熱資源CaseyResearch,“AHotFutureforGeothermal”花崗巖上覆沉積蓋層

目錄1地熱資源基本概念及分類2我國地熱資源分布34地熱資源形成機制5地熱資源開發(fā)利用地熱資源發(fā)展前景242.1全球地熱資源潛力巨大且分布不均25大西洋中脊地熱帶地中海喜馬拉雅地熱帶紅海—亞丁灣東非裂谷地熱帶環(huán)太平洋地熱帶中國主要分布在以下4個地熱帶：環(huán)太平洋地中海-喜馬拉雅紅海-亞丁灣-東非大裂谷大西洋中脊地球陸地以下5km內，15℃以上巖石和地下水所含熱量可達1.26×1027J，相當于4.6×1016噸標準煤。2.2我國地熱地熱資源分布具有“三區(qū)四帶”特點26華北地熱區(qū)東北地熱區(qū)長江中下游地熱區(qū)郯廬斷裂地熱帶環(huán)鄂爾多斯地熱帶東南沿海地熱帶藏滇地熱帶我國地熱資源主要分布7個地熱區(qū)（帶）：2.3我國東部人口密集區(qū)普遍適用淺層地熱能27全國336個主要城市淺層地熱能年可開采量折合標準煤7億噸，可實現(xiàn)建筑物供暖制冷面積320億平方米。我國中東部共143個主要城市，是最適宜開發(fā)利用淺層地熱能的地區(qū)。中國淺層地熱能適宜性區(qū)劃圖

胡煥庸線2.4水熱型地熱資源儲量豐富，高溫水熱偏少28中國水熱系統(tǒng)類型及分布我國高溫水熱型主要分布于我國臺灣和藏南、滇西、川西等地區(qū)。調查統(tǒng)計溫泉2334個，其中中高溫溫泉僅占約1.9%。水熱型地熱能年可采資源量折合18.65億噸標準煤。調查統(tǒng)計溫泉溫度范圍直方圖2.5干熱巖型地熱資源潛力巨大，可作為戰(zhàn)略接替資源29初步估算，中國大陸3-10km干熱巖型地熱資源量折合856萬億噸標準煤。2017年在青海共和取得我國干熱巖型地熱資源勘查突破。不同深度給定溫度范圍干熱巖熱能資源儲量

目錄1地熱資源基本概念及分類2我國地熱資源分布34地熱資源形成機制5地熱資源開發(fā)利用地熱資源發(fā)展前景30淺層地溫能資源3.1我國陸區(qū)可劃分為19個巖石圈構造區(qū)31將我國陸區(qū)進一步細分為19個巖石圈構造區(qū)構造分區(qū)編號構造分區(qū)1興凱地塊2松遼盆地地塊3興安地塊4額爾齊斯—西拉木倫對接帶5華北陸塊東部6鄂爾多斯陸塊及周邊7秦祈昆構造帶東段8下?lián)P子陸塊9上揚子陸塊10南嶺地塊11東南沿海巖漿弧12海南弧盆系13臺灣弧盆系14青藏高原南部地塊15北羌塘-三江造山帶16秦祈昆構造帶中段17秦祈昆構造帶西段18塔里木陸塊19天山-準噶爾-北山造山系中國陸區(qū)地殼類型與生熱率計算分區(qū)示意圖（據李廷棟等，2013；潘桂棠等，2017修改）淺層地溫能資源3.2大地熱流分布顯示了特提斯構造域和太平洋構造域的高熱流特征322021剔除所有D類數據剔除與周邊熱流值相差較大、存在明顯異常的C類數據剔除小于40mW/m2和大于150mW/2全國大地熱流等值線圖（2021年）補充空白區(qū)大地熱流值，重繪大地熱流等值線圖在中科院熱流研究（2016年）基礎上補充繪制淺層地溫能資源3.3我國陸區(qū)殼源熱流表現(xiàn)出西高東低、南高北低的趨勢33中國陸區(qū)殼源熱流等值線圖中國陸區(qū)殼源熱流：分布基本呈西高東低，南高北低的趨勢；東部地殼減薄區(qū)殼源熱流普遍低于40mW/m2；青藏高原增厚地殼區(qū)殼源熱流達到55~75mW/m2。中國陸區(qū)幔源熱流：分帶性規(guī)律較差；東部巖石圈減薄區(qū)熱流范圍約30~55mW/m2；青藏高原大部分區(qū)域、中西部各盆地及長江中游幔源熱流基本低于30W/m2。中國陸區(qū)幔源熱流等值線圖（王貴玲等，2023）淺層地溫能資源3.4我國陸區(qū)殼幔熱流配分特征34qc/qm≥1.5

殼源產熱區(qū)0.8≤qc/qm＜1.5幔源產熱區(qū)qc/qm＜0.8幔源產熱區(qū)中國陸區(qū)不同構造帶（地塊）殼幔熱流統(tǒng)計表中國陸區(qū)殼幔熱流比等值線圖淺層地溫能資源3.5我國地熱成因機制35殼-幔熱源平衡低溫地熱區(qū)殼-幔熱源平衡中高溫地熱區(qū)幔源生熱中低溫地熱區(qū)殼源生熱高溫地熱區(qū)高殼幔熱流比均等殼幔熱流比低殼幔熱流比中國陸域殼幔尺度熱流配分及熱源分區(qū)淺層地溫能資源3.6聚熱構造是將熱源熱量運輸至淺部的通道36構造聚熱殼構熱控理論模式及我國陸區(qū)不同類型地熱系統(tǒng)分布深部熱源淺部聚熱找熱靶區(qū)找熱標志殼幔產熱配分源通儲蓋組合主要控熱構造淺層地溫能資源3.7根據深部熱源與淺部構造對應，劃分7種聚熱模式37深部熱源分區(qū)對應地熱系統(tǒng)模式分布IⅢⅣⅡ古潛山復合型——華北盆地深坳陷層控型——松遼盆地大陸裂谷盆地型——關中盆地陸陸碰撞板緣型——青藏高原熱控構造型——東南沿海近代火山型——臺灣中央山脈隆起山地深循環(huán)型——山區(qū)殼源生熱高溫地熱區(qū)殼-幔熱源平衡低溫地熱區(qū)幔源生熱中低溫地熱區(qū)殼-幔熱源平衡中高溫地熱區(qū)淺部構造聚熱模式深部熱源分區(qū)淺層地溫能資源3.8沉積盆地古潛山復合型地熱系統(tǒng)以古潛山為聚熱構造38華北盆地復合型地熱系統(tǒng)成因模式雄安D17106.7℃滄縣隆起冀中凹陷雄安D18太平洋板塊俯沖誘發(fā)華北克拉通破壞，地殼減薄，地幔熱流增高，構成基礎熱源。盆地基底凹凸相間的構造格局，基巖裂隙與區(qū)域性的NE、NNE向斷裂。淺層地溫能資源3.9陸陸碰撞板緣型地熱系統(tǒng)以殼內熔融體為聚熱構造39青藏高原陸陸碰撞帶典型地熱系統(tǒng)成因模式青藏高原區(qū)域大規(guī)模低速體（熔融層？）分布圖共和盆地（Linetal.,2022）印度洋板塊向歐亞板塊下俯沖，青藏高原隆起，殼內大面積分布低速體，構成了主要熱源。多期構造活動形成了以東西向為主的構造帶和南北向斷裂，多級斷裂構造為降水和冰雪融水的入滲以及熱水上升提供了天然通道。淺層地溫能資源3.10近代火山型地熱系統(tǒng)以殼內巖漿囊為聚熱構造40近代火山型地熱系統(tǒng)成因模式（據LiuChiameietal.,2011修改）騰沖火山溫泉地下巖漿沿斷裂帶噴發(fā)出地表而形成火山，而未噴發(fā)部分則殘存于深部以巖漿囊的形式存在，從而形成局部的高溫熱源。隨深度增加存在火山型干熱巖資源。淺層地溫能資源3.11其他類型地熱系統(tǒng)41中、晚侏羅世莫霍面隆起形成的熱隆張導致了后期淺部的斷陷-坳陷雙重結構。隆起山地深循環(huán)型地熱系統(tǒng)板緣俯沖帶熱控構造型地熱系統(tǒng)板緣俯沖帶熱控構造型地熱系統(tǒng)模式隆起山地深循環(huán)型地熱系統(tǒng)成因模式（據WhiteDE，1967修改）淺層地溫能資源3.11其他類型地熱系統(tǒng)42中、晚侏羅世莫霍面隆起形成的熱隆張導致了后期淺部的斷陷-坳陷雙重結構。大陸裂谷盆地型地熱系統(tǒng)沉積盆地深坳陷層控型地熱系統(tǒng)松遼盆地深坳陷層控地熱系統(tǒng)成因模式關中盆地大陸裂谷型地熱系統(tǒng)成因模式斷陷帶新生代巨厚層沉積為層狀地下熱水提供了良好的儲、蓋條件。

目錄1地熱資源基本概念及分類2我國地熱資源分布34地熱資源形成機制5地熱資源開發(fā)利用地熱資源發(fā)展前景432.現(xiàn)場儲層改造-河北獻縣壓裂試驗2.現(xiàn)場儲層改造-山東利津壓裂試驗1.實驗室模擬7.青海沉積盆地干熱巖調查海南陵水地熱田干熱巖賦存指標分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景4.1我國地熱開發(fā)利用歷程44驪山華清池,西安臨潼早在2800多年前西周時期，就有周幽王在華清池利用地熱洗浴的記載。20世紀50年代，中國開始規(guī)?；脺厝?。20世紀70年代初，中國地熱能資源開發(fā)利用開始進入溫泉洗浴、地熱能供暖、地熱能發(fā)電等多種利用方式階段。--中國是世界上最早利用地熱的國家2.現(xiàn)場儲層改造-河北獻縣壓裂試驗2.現(xiàn)場儲層改造-山東利津壓裂試驗1.實驗室模擬7.青海沉積盆地干熱巖調查海南陵水地熱田干熱巖賦存指標分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景4.1我國地熱開發(fā)利用歷程45

李四光先生指出：“地球是一個大熱庫，地熱資源是人類開辟的一個新的自然資源，像人類發(fā)現(xiàn)煤碳、石油可發(fā)熱燃燒一樣重要，現(xiàn)在我們知道的只是一個開端，是星星之火”。伴隨第一次世界石油危機李四光先生倡導推動了第一次地熱勘查開發(fā)高潮--石油危機推動地熱勘查開發(fā)2.現(xiàn)場儲層改造-河北獻縣壓裂試驗2.現(xiàn)場儲層改造-山東利津壓裂試驗1.實驗室模擬7.青海沉積盆地干熱巖調查海南陵水地熱田干熱巖賦存指標分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景4.1我國地熱開發(fā)利用歷程4620世紀90年代-2010全國主要地熱田探測，主要地區(qū)開發(fā)利用現(xiàn)狀調查地熱資源現(xiàn)狀調查評價，實施地熱區(qū)劃開展全國系統(tǒng)性地熱資源調查評價，認識地熱資源家底2010-20152015-至今--上世紀末至今地熱領域大發(fā)展4.2地熱資源的優(yōu)勢47熱能連續(xù)性好本土能源，具有不間斷的電力供應，輸出負荷穩(wěn)定利用系數高地熱能利用系數高達到72%，而水能、風能和太陽能分別是42%、21%和14%幾乎為零排放無廢氣和其他流體或固體廢棄物地熱能具有清潔、穩(wěn)定、安全、高效的特點，越來越受到重視。地熱能的優(yōu)勢4.2地熱資源的優(yōu)勢48150℃90℃60℃40℃25℃Ⅰ：發(fā)電、烘干、采暖Ⅱ：烘干、發(fā)電、采暖Ⅲ：采暖、醫(yī)療、洗浴、溫室Ⅳ：醫(yī)療、洗浴、采暖、溫室、養(yǎng)殖Ⅴ：洗浴、溫室、養(yǎng)殖、農灌、制冷供熱Ⅵ：農灌、礦泉飲用、制冷供熱利用入口溫度主要利用途徑能量降低方向地熱資源可以實現(xiàn)梯級高效綜合利用4.3地熱資源的用途49地熱發(fā)電地熱供暖地面融雪4.3地熱資源的用途50溫泉療養(yǎng)溫室種植溫室養(yǎng)殖2.現(xiàn)場儲層改造-河北獻縣壓裂試驗2.現(xiàn)場儲層改造-山東利津壓裂試驗1.實驗室模擬7.青海沉積盆地干熱巖調查海南陵水地熱田干熱巖賦存指標分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景4.4我國地熱產業(yè)現(xiàn)狀：直接利用量世界第一51我國地熱直接利用多年穩(wěn)居世界第一，2020年中國地熱直接利用的能量占世界總量的47.2%；截至2020年底，我國地熱能供暖制冷面積累計達到13.9億平方米，其中，水熱型地熱能供暖5.8億平方米，淺層地熱能供暖制冷8.1億平方米，年可替代標準煤3147萬噸，年減排二氧化碳7509萬噸。我國地熱資源不同利用方式占比我國地熱資源主要利用方式我國地熱直接利用量高居首位2.現(xiàn)場儲層改造-河北獻縣壓裂試驗2.現(xiàn)場儲層改造-山東利津壓裂試驗1.實驗室模擬7.青海沉積盆地干熱巖調查海南陵水地熱田干熱巖賦存指標分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景4.5我國“北熱、西電、南冷”為特征的開發(fā)格局初步形成52北方地熱供暖已經初具規(guī)模。截至2020年底，中深層地熱供暖面積累計達5.82億平方米，占總供暖面積的2.76%，占清潔供暖面積的5.02%。西部地熱發(fā)電快速增長。西藏羊易即將完成總裝機容量32兆瓦，云南瑞麗新建1兆瓦，另外西藏羊八井也將重振20兆瓦發(fā)電能力。南方地熱制冷初見端倪。中低溫地下熱水在南方地區(qū)應用前景廣闊。目前，在廣東梅州建立了100千瓦的地熱制冷示范。羊易電站

目錄1地熱資源基本概念及分類2我國地熱資源分布34地熱資源形成機制5地熱資源開發(fā)利用地熱資源發(fā)展前景53雷州斷陷盆地地熱田干熱巖賦存指標分析--深部熱源分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景545.1世界能源未來非化石能源消費比重大幅提升，地熱貢獻50%預計到2050年，傳統(tǒng)煤炭消費占比降低至10%以下。非化石比重持續(xù)升高，到2050年占能源消費總量比重超過45%。黑煤褐煤碳捕捉及存儲煤石油天然氣CCS天然氣可再生能源水能太陽能地熱能太陽能風能生物質能地熱能貢獻量約占可再生能源總量增長的50%。雷州斷陷盆地地熱田干熱巖賦存指標分析--深部熱源分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景555.2我國可再生能源占比將快速增長從中國近25年能源消費結構變化可以看出，2014年以前，傳統(tǒng)能源的消費量占比略降，天然氣和非化石能源占比略有上升；2014年以后，煤炭含量的顯著降低急需石油及非化石能源的快速發(fā)展。目前我國能源形勢迫切要求非化石能源快速發(fā)展作為補充中國工業(yè)經濟統(tǒng)計資料1949-1984、BP世界能源統(tǒng)計數據U.S.EIAINTERNATIONALENERGYOUTLOOK2021能源結構預測我國2009、2019、2020和2021年一次能源占比結構變化來源：國家統(tǒng)計局、2021年版《bp世界能源統(tǒng)計年鑒》中國專題富煤貧油少氣雷州斷陷盆地地熱田干熱巖賦存指標分析--深部熱源分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景56系統(tǒng)動力學地熱地質學統(tǒng)計學科學方法系統(tǒng)結構大量數據（據江勇，2020修改）5.3基于系統(tǒng)動力學的地熱資源減排潛力評價雷州斷陷盆地地熱田干熱巖賦存指標分析--深部熱源分析5.東南沿海典型地區(qū)干熱巖資源調查與靶區(qū)優(yōu)選3.我國干熱巖資源分類干熱巖的分布3.我國干熱巖資源分類2.干熱巖賦存地熱地質學指標控熱構造圖1.我國干熱巖形成的地質背景