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干热岩勘查评价指标与形成条件

刘德民 张昌生 孙明行 韦梅华 关俊朋 康志强 熊爱民 周天禹

刘德民, 张昌生, 孙明行, 韦梅华, 关俊朋, 康志强, 熊爱民, 周天禹. 干热岩勘查评价指标与形成条件[J]. 地质科技通报, 2021, 40(3): 1-11. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0316
引用本文: 刘德民, 张昌生, 孙明行, 韦梅华, 关俊朋, 康志强, 熊爱民, 周天禹. 干热岩勘查评价指标与形成条件[J]. 地质科技通报, 2021, 40(3): 1-11. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0316
Liu Demin, Zhang Changsheng, Sun Minghang, Wei Meihua, Guan Junpeng, Kang Zhiqiang, Xiong Aimin, Zhou Tianyu. Evaluation indexes and formation conditions of hot dry rock exploration[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2021, 40(3): 1-11. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0316
Citation: Liu Demin, Zhang Changsheng, Sun Minghang, Wei Meihua, Guan Junpeng, Kang Zhiqiang, Xiong Aimin, Zhou Tianyu. Evaluation indexes and formation conditions of hot dry rock exploration[J]. Bulletin of Geological Science and Technology, 2021, 40(3): 1-11. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0316

干热岩勘查评价指标与形成条件

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2021.0316
基金项目: 

中国地质大学(武汉)2019年第二批本科教学工程项目 ZL201925

广西干热岩选区预测与分级评价 2019016207

苏北盆地干热岩控热构造背景研究 2018016417

详细信息
    作者简介:

    刘德民(1975-), 男, 副教授, 主要从事构造地质学与地热地质学方面的教学和研究。E-mail: 5guc@163.com

  • 中图分类号: P314

Evaluation indexes and formation conditions of hot dry rock exploration

  • 摘要: 干热岩具有利用率高、无污染、储量巨大、分布较广、持续稳定、安全性好等特点,被全球公认为在21世纪能够取代化石能源的一种最优质的、可再生的新型清洁能源。目前对于干热岩的成因机理还没有定论,而对于干热岩的勘探寻找、远景区的圈定以及资源评价也有不同的观点,为了有利于干热岩勘探开发,本文在综述前人研究工作基础上,总结归纳了干热岩勘查评价指标,几个重要的指标及其特征如下。第一个指标是岩石圈厚度和莫霍面埋深,岩石圈厚度较小并且莫霍面埋深比较浅,是评价干热岩远景区的一个重要指标。莫霍面埋深较浅指示深部热源(幔源热)更加接近地表,故埋深较浅(较薄的厚度)并具有上隆的特征有利于深部的热量向上传导,为干热岩的孕热环境提供良好的条件。第二个指标是居里等温面,埋深较浅的居里等温面是干热岩远景区一个重要的评价指标。居里等温面是地球内部一个非常特殊的温度(热物质)界面,它不仅能指示地下温度场的分布特征,还可指示地壳深部热能分布特征,对干热岩及地震的成因研究具有十分重要的意义;如果居里面埋深较浅,则热量传导到地表的距离比较短,深部的热流活动更容易向地表传送,不仅是有利的高温干热岩孕热环境,也有利于储存的热能快速向上传导。第三个指标为地温梯度,地温梯度较大是寻找干热岩远景区的一个重要指标;如果一个地区具有较高的地温梯度(≥ 35℃/km),则随着深度的增加深部的地温增加较快,在相对较浅的地方就可以获得温度较高的岩石体。第四个指标是大地热流,大地热流值较大(≥ 75 mW/m2)就指示地球深部有存在高温岩石体的可能;大地热流是地温场的综合性热参数,能够准确地反映区域内的地温场特征。第五个指标是新构造运动,这也是人们寻找干热岩时容易忽略的一个重要指标。新构造运动包括火山、地震及活动断裂构造等。地震和火山是极具破坏性的自然灾害,两者的发生都表明了地球内部的热能汇聚到一定程度,从而打破了地球内部平衡状态而以地震或火山的形式把热量进行释放的地球系统行为。该指标中,如地震震级大(>3级)、震源深度浅(10~15 km)、频度大,火山活动时间新(活火山、休眠火山、中新世以来的死火山)规模大都说明地球深部存在不稳定的高热状态,易形成干热岩;如果能提前找到该区域的干热岩,可以先取出其中的热,那么地震和火山就有可能不会发生,这样可以达到取热减灾减排的作用。活动的深大断裂即能产生一部分热,也能将深部的热传输到浅部,尤其是活动性强的走滑拉张断裂,其深部具有韧性剪切特征,直接指示了深部的高温体的存在。第六个指标是高温温泉与气田等。温泉、气田的形成通常与深部的热储关系密切,一般认为地下水沿某个通道向下渗透接触到深部高温热储被加热后再沿某一通道流出地表而形成温泉;所以,温泉的出露指示了深部存在高温的岩石体(干热岩);区域地温场异常明显,地表热泉等高温水热型地热田较密集的区域有望在深部寻找到干热岩,这也是一种就热(水热)找热(干热)的常规方法。作为固体矿产资源的干热岩,其形成具备四个必要条件:源、通、储、盖。第一个条件是要有丰富的动态热源如来源于深部地幔(幔源热),来源于晚新生代活动的控热构造系统-活动的韧性剪切带,来源于地壳内的低速低阻体(中下地壳热)以及来源于高放射性中新生代花岗岩体(壳源热)。第二个条件是要有优良的导热通道,如壳内15~25 km低速层不仅是热源,同时具有将深部地幔热能向上传导的作用;软流圈地幔上隆时具活动性的深大断裂(深部具韧性特征、浅部具脆性特征)常常具有很好的导热功能;地壳浅表层次的脆性断裂系统往往不是干热岩的热通道,而是水热型地热能的导水、释热构造。第三个条件是要有巨大的储热岩石体,除埋深要适中(3~6 km)并具有较高温度(≥150℃)外,其规模要大(蕴含丰富的热能),热导率大(>2 W/mK),裂隙少(不含水或含少量不流动的水);当然热储层可以是变质岩、岩浆岩,也可以为沉积岩。第四个条件是要有良好的保热盖层,盖层(被子)导热率低(< 2 W/mK)、厚度适中(>1 km)(具有良好的保温效果),地温梯度高(≥40℃/km)、大地热流值高(≥70 mW/m2)(指示深部存在高温特征)是深部赋存有高温地热资源的必要条件。

     

  • 图 1  全球地热田分布简图(据文献[5])

    Figure 1.  Global geothermal field distribution map

    图 2  地震震源分布与干热岩概念热储分布对比图(据文献[25])

    圆圈代表里氏5.5级以上地震

    Figure 2.  Comparison between seismic source distribution and concept heat storage distribution of dry hot rock

    图 3  当雄-羊八井盆地地壳结构及构造样式图(据文献[33])

    Figure 3.  Crustal structure and structural style of Dangxiong-Yangbajing Basin

    图 4  盆地干热岩形成的源、通、储、盖概念模型(据文献[19])

    Figure 4.  Conceptual model of source, passageway, reservoir and cap for hot dry rocks in Basin

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