地热资源探测理论技术与实践

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地热资源探测理论技术与实践作者：卡卡西

*----冰岛地热的浓密蒸气地热资源大国----新西兰地热池传统水热型地热资源2

*----冰岛地热的浓密蒸气地热资源大国3

*地热资源基本概念----中国地热能发电站里程碑羊八井电站4

*地热资源基本概念----西藏措美县古堆高温地热我国同深度温度最高（190m/205℃）5----大兴机场地源热泵工程满足257万平方米建筑的冬季供暖和夏季制冷需求----青海共和盆地干热岩勘查我国同深度温度最高干热岩体（3705m/＞200℃）7

*地热资源基本概念目前最接近商业化运行的干热岩发电站----法国Soultz干热岩电站8

目录1地热资源基本概念及分类2我国地热资源分布3地热资源探测理论技术与实践4地热资源形成机制5地热资源开发利用地热资源发展前景91.1什么是地热能地热是蕴藏在地球内部的热能，是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源，地球热能源来源可分为两部分：外部热源太阳辐射热潮汐摩擦热陨石坠落宇宙射线内部热源放射性生热地球转动热地球残余热101.1什么是地热能，地热能从何而来外部热源潮汐摩擦热太阳辐射热陨石坠落宇宙射线111.1什么是地热能，地热能从何而来内部热源放射性生热地球残余热地球转动热121.2

地球内部温度地球内部温度随着靠近地核，温度不断升高，壳幔边界处温度可达3000℃，至核幔边界温度超过5000摄氏度，地核内最高温度在6000℃以上。地球体积的99%温度超过1000℃，只有不到0.1%体积的温度低于100℃。131.3

地球表层热能表现地球表层的热能表现称为地热显示，是指地球上露出地表、并能被人们直接感知的与地球内热相关的自然现象。地热显示类型有很多，微温地面或放热地面，有水蒸气释放时，地面上容易形成特殊的晨雾。温泉和热泉，包括与它相关的各种泉塘和热水湖；沸泉；湿喷汽孔；间歇喷泉，包括泥火山；干喷汽孔；水热爆炸；火山喷发；水热蚀变；水热矿化等等。141.3

地球表层热能表现晨雾沸泉水热爆炸151.3

地球表层热能表现火山喷发热水湖水热蚀变161.4地热资源的分类17浅层地热能资源地热资源（赋存状态）水热型地热资源干热岩型地热资源1.4地热资源的分类18

水热型地热资源（即传统的地热资源），系指：地下水在多孔性或裂隙较多的岩层中吸收地热，其所储集的热水及蒸汽，经适当提引后可为经济型替代能源。按照热传输方式分为：传导型地热资源和对流型地热资源。水热型地热资源传导型地热资源：主要分布于我国东部中、新生代平原盆地，包括华北平原、河淮盆地、苏北平原、江汉平原、松辽盆地、四川盆地以及环鄂尔多斯断陷盆地等地区，均为中低温地热资源。对流型地热资源：主要分布于我国东南沿海、胶辽半岛、天山北麓等地区。按温度划分，高温地热资源主要分布于我国的藏南、滇西、川西和台湾地区，其余地区主要分布着中低温地热资源。水热资源1.4地热资源的分类19传导型地热资源的概念模型对流型地热资源的概念模型水热资源

*1.4地热资源的分类水热型地热资源分布板块内部，我国华北、京津地区地热田多为中低温地热田分布于地质活动性强的全球板块边界，如冰岛地热田、新西兰地热田、日本地热田及我国西藏羊八井地热田、云南腾冲地热田、台湾大屯地热田低温地热资源：

25℃＜t＜90℃，温水、温热水、热水等形式存在高温地热资源：t＞150℃蒸汽形式存在中温地热资源：90℃＜t＜

150℃，水和蒸汽的混合物形式存在水热型地热资源，按照温度，又可以分为高温地热资源、中温地热资源和低温地热资源三类。20水热资源1.4地热资源的分类21浅层地热资源

浅层地热能是地球表层地球内部传导或者对流的热量以及太阳能辐射的热量的综合体。浅层地热能目前是我国地热资源中利用量最多最广的能源类型。1.4地热资源的分类22干热岩型地热资源干热岩（HDR），是一般温度大于180℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。干热岩型地热资源：是指在当前经济技术条件下，从干热岩中开采提取的热能。干热岩是岩体，干热岩型地热资源是能源1.4地热资源的分类23EGS是指在高温但无水或无渗透率的热岩体中，通过水力压裂等方法增强/创造一个人工热储，将地面冷水注入地下深部获取热能，通过在地表建立高温发电站来实现深部地热能的有效利用。干热岩资源开发通过EGS来实现，包括增强型地热系统和工程型地热系统两种方式。干热岩型地热资源CaseyResearch,“AHotFutureforGeothermal”花岗岩上覆沉积盖层

目录1地热资源基本概念及分类2我国地热资源分布34地热资源形成机制5地热资源开发利用地热资源发展前景242.1全球地热资源潜力巨大且分布不均25大西洋中脊地热带地中海喜马拉雅地热带红海—亚丁湾东非裂谷地热带环太平洋地热带中国主要分布在以下4个地热带：环太平洋地中海-喜马拉雅红海-亚丁湾-东非大裂谷大西洋中脊地球陆地以下5km内，15℃以上岩石和地下水所含热量可达1.26×1027J，相当于4.6×1016吨标准煤。2.2我国地热地热资源分布具有“三区四带”特点26华北地热区东北地热区长江中下游地热区郯庐断裂地热带环鄂尔多斯地热带东南沿海地热带藏滇地热带我国地热资源主要分布7个地热区（带）：2.3我国东部人口密集区普遍适用浅层地热能27全国336个主要城市浅层地热能年可开采量折合标准煤7亿吨，可实现建筑物供暖制冷面积320亿平方米。我国中东部共143个主要城市，是最适宜开发利用浅层地热能的地区。中国浅层地热能适宜性区划图

胡焕庸线2.4水热型地热资源储量丰富，高温水热偏少28中国水热系统类型及分布我国高温水热型主要分布于我国台湾和藏南、滇西、川西等地区。调查统计温泉2334个，其中中高温温泉仅占约1.9%。水热型地热能年可采资源量折合18.65亿吨标准煤。调查统计温泉温度范围直方图2.5干热岩型地热资源潜力巨大，可作为战略接替资源29初步估算，中国大陆3-10km干热岩型地热资源量折合856万亿吨标准煤。2017年在青海共和取得我国干热岩型地热资源勘查突破。不同深度给定温度范围干热岩热能资源储量

目录1地热资源基本概念及分类2我国地热资源分布34地热资源形成机制5地热资源开发利用地热资源发展前景30浅层地温能资源3.1我国陆区可划分为19个岩石圈构造区31将我国陆区进一步细分为19个岩石圈构造区构造分区编号构造分区1兴凯地块2松辽盆地地块3兴安地块4额尔齐斯—西拉木伦对接带5华北陆块东部6鄂尔多斯陆块及周边7秦祈昆构造带东段8下扬子陆块9上扬子陆块10南岭地块11东南沿海岩浆弧12海南弧盆系13台湾弧盆系14青藏高原南部地块15北羌塘-三江造山带16秦祈昆构造带中段17秦祈昆构造带西段18塔里木陆块19天山-准噶尔-北山造山系中国陆区地壳类型与生热率计算分区示意图（据李廷栋等，2013；潘桂棠等，2017修改）浅层地温能资源3.2大地热流分布显示了特提斯构造域和太平洋构造域的高热流特征322021剔除所有D类数据剔除与周边热流值相差较大、存在明显异常的C类数据剔除小于40mW/m²和大于150mW/²全国大地热流等值线图（2021年）补充空白区大地热流值，重绘大地热流等值线图在中科院热流研究（2016年）基础上补充绘制浅层地温能资源3.3我国陆区壳源热流表现出西高东低、南高北低的趋势33中国陆区壳源热流等值线图中国陆区壳源热流：分布基本呈西高东低，南高北低的趋势；东部地壳减薄区壳源热流普遍低于40mW/m²；青藏高原增厚地壳区壳源热流达到55~75mW/m²。中国陆区幔源热流：分带性规律较差；东部岩石圈减薄区热流范围约30~55mW/m²；青藏高原大部分区域、中西部各盆地及长江中游幔源热流基本低于30W/m²。中国陆区幔源热流等值线图（王贵玲等，2023）浅层地温能资源3.4我国陆区壳幔热流配分特征34qc/qm≥1.5

壳源产热区0.8≤qc/qm＜1.5幔源产热区qc/qm＜0.8幔源产热区中国陆区不同构造带（地块）壳幔热流统计表中国陆区壳幔热流比等值线图浅层地温能资源3.5我国地热成因机制35壳-幔热源平衡低温地热区壳-幔热源平衡中高温地热区幔源生热中低温地热区壳源生热高温地热区高壳幔热流比均等壳幔热流比低壳幔热流比中国陆域壳幔尺度热流配分及热源分区浅层地温能资源3.6聚热构造是将热源热量运输至浅部的通道36构造聚热壳构热控理论模式及我国陆区不同类型地热系统分布深部热源浅部聚热找热靶区找热标志壳幔产热配分源通储盖组合主要控热构造浅层地温能资源3.7根据深部热源与浅部构造对应，划分7种聚热模式37深部热源分区对应地热系统模式分布IⅢⅣⅡ古潜山复合型——华北盆地深坳陷层控型——松辽盆地大陆裂谷盆地型——关中盆地陆陆碰撞板缘型——青藏高原热控构造型——东南沿海近代火山型——台湾中央山脉隆起山地深循环型——山区壳源生热高温地热区壳-幔热源平衡低温地热区幔源生热中低温地热区壳-幔热源平衡中高温地热区浅部构造聚热模式深部热源分区浅层地温能资源3.8沉积盆地古潜山复合型地热系统以古潜山为聚热构造38华北盆地复合型地热系统成因模式雄安D17106.7℃沧县隆起冀中凹陷雄安D18太平洋板块俯冲诱发华北克拉通破坏，地壳减薄，地幔热流增高，构成基础热源。盆地基底凹凸相间的构造格局，基岩裂隙与区域性的NE、NNE向断裂。浅层地温能资源3.9陆陆碰撞板缘型地热系统以壳内熔融体为聚热构造39青藏高原陆陆碰撞带典型地热系统成因模式青藏高原区域大规模低速体（熔融层？）分布图共和盆地（Linetal.,2022）印度洋板块向欧亚板块下俯冲，青藏高原隆起，壳内大面积分布低速体，构成了主要热源。多期构造活动形成了以东西向为主的构造带和南北向断裂，多级断裂构造为降水和冰雪融水的入渗以及热水上升提供了天然通道。浅层地温能资源3.10近代火山型地热系统以壳内岩浆囊为聚热构造40近代火山型地热系统成因模式（据LiuChiameietal.,2011修改）腾冲火山温泉地下岩浆沿断裂带喷发出地表而形成火山，而未喷发部分则残存于深部以岩浆囊的形式存在，从而形成局部的高温热源。随深度增加存在火山型干热岩资源。浅层地温能资源3.11其他类型地热系统41中、晚侏罗世莫霍面隆起形成的热隆张导致了后期浅部的断陷-坳陷双重结构。隆起山地深循环型地热系统板缘俯冲带热控构造型地热系统板缘俯冲带热控构造型地热系统模式隆起山地深循环型地热系统成因模式（据WhiteDE，1967修改）浅层地温能资源3.11其他类型地热系统42中、晚侏罗世莫霍面隆起形成的热隆张导致了后期浅部的断陷-坳陷双重结构。大陆裂谷盆地型地热系统沉积盆地深坳陷层控型地热系统松辽盆地深坳陷层控地热系统成因模式关中盆地大陆裂谷型地热系统成因模式断陷带新生代巨厚层沉积为层状地下热水提供了良好的储、盖条件。

目录1地热资源基本概念及分类2我国地热资源分布34地热资源形成机制5地热资源开发利用地热资源发展前景432.现场储层改造-河北献县压裂试验2.现场储层改造-山东利津压裂试验1.实验室模拟7.青海沉积盆地干热岩调查海南陵水地热田干热岩赋存指标分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景4.1我国地热开发利用历程44骊山华清池,西安临潼早在2800多年前西周时期，就有周幽王在华清池利用地热洗浴的记载。20世纪50年代，中国开始规模化利用温泉。20世纪70年代初，中国地热能资源开发利用开始进入温泉洗浴、地热能供暖、地热能发电等多种利用方式阶段。--中国是世界上最早利用地热的国家2.现场储层改造-河北献县压裂试验2.现场储层改造-山东利津压裂试验1.实验室模拟7.青海沉积盆地干热岩调查海南陵水地热田干热岩赋存指标分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景4.1我国地热开发利用历程45

李四光先生指出：“地球是一个大热库，地热资源是人类开辟的一个新的自然资源，像人类发现煤碳、石油可发热燃烧一样重要，现在我们知道的只是一个开端，是星星之火”。伴随第一次世界石油危机李四光先生倡导推动了第一次地热勘查开发高潮--石油危机推动地热勘查开发2.现场储层改造-河北献县压裂试验2.现场储层改造-山东利津压裂试验1.实验室模拟7.青海沉积盆地干热岩调查海南陵水地热田干热岩赋存指标分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景4.1我国地热开发利用历程4620世纪90年代-2010全国主要地热田探测，主要地区开发利用现状调查地热资源现状调查评价，实施地热区划开展全国系统性地热资源调查评价，认识地热资源家底2010-20152015-至今--上世纪末至今地热领域大发展4.2地热资源的优势47热能连续性好本土能源，具有不间断的电力供应，输出负荷稳定利用系数高地热能利用系数高达到72%，而水能、风能和太阳能分别是42%、21%和14%几乎为零排放无废气和其他流体或固体废弃物地热能具有清洁、稳定、安全、高效的特点，越来越受到重视。地热能的优势4.2地热资源的优势48150℃90℃60℃40℃25℃Ⅰ：发电、烘干、采暖Ⅱ：烘干、发电、采暖Ⅲ：采暖、医疗、洗浴、温室Ⅳ：医疗、洗浴、采暖、温室、养殖Ⅴ：洗浴、温室、养殖、农灌、制冷供热Ⅵ：农灌、矿泉饮用、制冷供热利用入口温度主要利用途径能量降低方向地热资源可以实现梯级高效综合利用4.3地热资源的用途49地热发电地热供暖地面融雪4.3地热资源的用途50温泉疗养温室种植温室养殖2.现场储层改造-河北献县压裂试验2.现场储层改造-山东利津压裂试验1.实验室模拟7.青海沉积盆地干热岩调查海南陵水地热田干热岩赋存指标分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景4.4我国地热产业现状：直接利用量世界第一51我国地热直接利用多年稳居世界第一，2020年中国地热直接利用的能量占世界总量的47.2%；截至2020年底，我国地热能供暖制冷面积累计达到13.9亿平方米，其中，水热型地热能供暖5.8亿平方米，浅层地热能供暖制冷8.1亿平方米，年可替代标准煤3147万吨，年减排二氧化碳7509万吨。我国地热资源不同利用方式占比我国地热资源主要利用方式我国地热直接利用量高居首位2.现场储层改造-河北献县压裂试验2.现场储层改造-山东利津压裂试验1.实验室模拟7.青海沉积盆地干热岩调查海南陵水地热田干热岩赋存指标分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景4.5我国“北热、西电、南冷”为特征的开发格局初步形成52北方地热供暖已经初具规模。截至2020年底，中深层地热供暖面积累计达5.82亿平方米，占总供暖面积的2.76%，占清洁供暖面积的5.02%。西部地热发电快速增长。西藏羊易即将完成总装机容量32兆瓦，云南瑞丽新建1兆瓦，另外西藏羊八井也将重振20兆瓦发电能力。南方地热制冷初见端倪。中低温地下热水在南方地区应用前景广阔。目前，在广东梅州建立了100千瓦的地热制冷示范。羊易电站

目录1地热资源基本概念及分类2我国地热资源分布34地热资源形成机制5地热资源开发利用地热资源发展前景53雷州断陷盆地地热田干热岩赋存指标分析--深部热源分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景545.1世界能源未来非化石能源消费比重大幅提升，地热贡献50%预计到2050年，传统煤炭消费占比降低至10%以下。非化石比重持续升高，到2050年占能源消费总量比重超过45%。黑煤褐煤碳捕捉及存储煤石油天然气CCS天然气可再生能源水能太阳能地热能太阳能风能生物质能地热能贡献量约占可再生能源总量增长的50%。雷州断陷盆地地热田干热岩赋存指标分析--深部热源分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景555.2我国可再生能源占比将快速增长从中国近25年能源消费结构变化可以看出，2014年以前，传统能源的消费量占比略降，天然气和非化石能源占比略有上升；2014年以后，煤炭含量的显著降低急需石油及非化石能源的快速发展。目前我国能源形势迫切要求非化石能源快速发展作为补充中国工业经济统计资料1949-1984、BP世界能源统计数据U.S.EIAINTERNATIONALENERGYOUTLOOK2021能源结构预测我国2009、2019、2020和2021年一次能源占比结构变化来源：国家统计局、2021年版《bp世界能源统计年鉴》中国专题富煤贫油少气雷州断陷盆地地热田干热岩赋存指标分析--深部热源分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景56系统动力学地热地质学统计学科学方法系统结构大量数据（据江勇，2020修改）5.3基于系统动力学的地热资源减排潜力评价雷州断陷盆地地热田干热岩赋存指标分析--深部热源分析5.东南沿海典型地区干热岩资源调查与靶区优选3.我国干热岩资源分类干热岩的分布3.我国干热岩资源分类2.干热岩赋存地热地质学指标控热构造图1.我国干热岩形成的地质背景