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1、干热岩地热能的未来中国地质科学院水文地质环境地质研究所王贵玲第一部分 地热学及其基本概念( (一一) )地热学基本概念地热学基本概念地热学的基本概念地热学的基本概念地热学地热学：研究地壳及整个地球热状态，热源，温度，热流分布规律及有关物：研究地壳及整个地球热状态，热源，温度，热流分布规律及有关物理性质的现象的科学。包括理论地热和应用地热，应用地热包括地热地质、理性质的现象的科学。包括理论地热和应用地热，应用地热包括地热地质、水文地热、热储工程等。水文地热、热储工程等。地热资源地热资源：能够经济的被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及其有：能够经济的被人类所利用的地球内部的地热能、地热流体及
2、其有用组分，目前可利用的地热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术用组分，目前可利用的地热资源主要包括：天然出露的温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地温能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩开采利用的浅层地温能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源；体中的地热资源；地热增温率地热增温率：也称地温梯度，地球不受大气温度影响的地层温度随深度增加：也称地温梯度，地球不受大气温度影响的地层温度随深度增加的增长率，通常用恒温带以下每深入地下的增长率，通常用恒温带以下每深入地下100m所增加的地温值来表示。所增加的地温值来表示。地热系统地热系统：构成相对独立的热能储存、运
3、移、转换的系统，按地质环境和能构成相对独立的热能储存、运移、转换的系统，按地质环境和能量传递方式可划分为对流型地热系统和传导型地热系统；量传递方式可划分为对流型地热系统和传导型地热系统；( (二二) )地球热能源与损耗地球热能源与损耗地球热能源与损耗地球热能源与损耗外部热源潮汐摩擦热太阳辐射热陨石坠落宇宙射线内部热源放射性生热地球残余热地球转动热( (三三) )岩石热物理性质岩石热物理性质1.热导率（） ：表示传热物质的属性岩石热物理性质岩石热物理性质A是导热体的横截面积，Q/t是单位时间内传导的热量，x 是两热源间导热体的厚度，T 则是温度差。2.比热（C）：单位质量的物质温度升高一度所吸收
4、的热量。 岩石热物理性质岩石热物理性质金属勺很热木勺温热加热3.生热率（A）：岩石热物理性质岩石热物理性质单位体积岩石中所含放射性元素在单位时间由衰变所释放的能量。一般通过测量岩石中铀、 钍和钾含量计算得出。Rybach (1976)由于高温条件下较强的地球化学分异，放射性元素会向浅部富集，从而随深度呈指数衰减（Birch,1968）：其中，D为放射性生热元素富集层的厚度，A0为地表生热率( (四四) )地热显示地热显示地热显示地热显示：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。地热显示具有重大的科学身价，它能把很多重要的地质、地球化学、地下温度等重要信息携带上来，为人们揭
5、示地表深层的奥秘提供可靠的依据。地热显示的概念地热显示的概念地热显示类型：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；水热矿化晨雾沸泉水热爆炸火山喷发热水湖水热蚀变( (五五) )地热资源的分类地热资源的分类地热资源的类型地热资源的类型目前有多种分类方法，如按照：热储介质，构造成因，热传输方式、温度以及考虑上述多种方法进行综合分类。分类依据分类依据Basis of Categories分类分类Categories目前目前分类分类方法方法热储介质热储介质Ge
6、othermal reservoir孔隙型、裂隙型与岩溶裂隙型地热资源孔隙型、裂隙型与岩溶裂隙型地热资源Porous, fracture and karst fracture type geothermal resources构造成因构造成因Geological genesis沉积盆地型和隆起山地型地热资源沉积盆地型和隆起山地型地热资源Sedimentary basins and apophysis mountains geothermal resources热传输方式热传输方式Hydrothermal transmission传导型地热资源和对流型地热资源传导型地热资源和对流型地热资源Con
7、ductive and convective geothermal resources温度温度 Temperature高温、中温和低温地热资源高温、中温和低温地热资源High-temperature, Moderate-temperature and Low-temperature geothermal resources建议建议分类分类地质构造、热流体传输方地质构造、热流体传输方式、温度以及开发利用方式、温度以及开发利用方式等式等Geological features, hydrothermal transmission mode, and resource temperature, etc
8、.浅层地温能资源浅层地温能资源 Shallow geothermal resources水热型地热资源：高温地热资源、水热型地热资源：高温地热资源、中温地热资源和低温地热资源中温地热资源和低温地热资源Hydrothermal Resources (High-, Moderate- and Low-Temperature geothermal resources)干热岩地热资源干热岩地热资源Hot dry rocks resources地球内部的热能资源？地球内部的热能资源？ 浅层地温能是地球表层地球内部传导或者对流的热量浅层地温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
9、。以及太阳能辐射的热量的综合体。 浅层地温能资源通过地源热泵、水源热泵的方式用于浅层地温能资源通过地源热泵、水源热泵的方式用于建筑供暖、洗浴、养殖等，目前是我国地热资源中利用量建筑供暖、洗浴、养殖等，目前是我国地热资源中利用量最多最广的能源类型。最多最广的能源类型。1 1、浅层地温能资源、浅层地温能资源目前的定义：目前的定义：浅层地温能是指地表以下一定浅层地温能是指地表以下一定深度范围内深度范围内( (一般为恒温带至一般为恒温带至200m200m200m200m埋深埋深) )，温度低于，温度低于2525，在，在当前技术经济条件下具备开发当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资利用价
10、值的地球内部的热能资源。浅层地温能是地热资源的源。浅层地温能是地热资源的一部分。一部分。22深度深度200 m200 m15m22m1420地表地表夏天夏天目前的定义：目前的定义：浅层地温能是指地表以下一定浅层地温能是指地表以下一定深度范围内深度范围内( (一般为恒温带至一般为恒温带至200m200m200m200m埋深埋深) )，温度低于，温度低于2525，在，在当前技术经济条件下具备开发当前技术经济条件下具备开发利用价值的地球内部的热能资利用价值的地球内部的热能资源。浅层地温能是地热资源的源。浅层地温能是地热资源的一部分。一部分。22深度深度200 m200 m15m22m14地表地表冬天
11、冬天土壤源地源热泵系统地下水地源热泵系统地表水地源热泵系统浅层地温能资源浅层地温能资源 水热型地热资源（即传统的地热资源），系指：地下水水热型地热资源（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。蒸汽，经适当提引后可为经济型替代能源。按照热传输方式按照热传输方式分为：传导型地热资源和对流型地热资源。分为：传导型地热资源和对流型地热资源。2 2、水热型地热资源、水热型地热资源水水热热型型地地热热资资源源传导型地热资源：主要分布于我国东部中、新生代平原盆地，传导型地热资
12、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、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。资源。对流型地热资源：主要分布于我国东南沿海、胶辽半岛、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。着中低温地热资源
13、。对流型地热资源对流型地热资源传传导导型型地地热热资资源源的的概概念念模模型型水水热热型型地地热热资资源源分布板块内部，我国分布板块内部，我国华北、京津地区地热华北、京津地区地热田多为中低温地热田田多为中低温地热田分布于地质活动性强的全球分布于地质活动性强的全球板块边界，如冰岛地热田、板块边界，如冰岛地热田、新西兰地热田、日本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、及我国西藏羊八井地热田、云南腾冲地热田、台湾大屯云南腾冲地热田、台湾大屯地热田地热田低温地热资源：低温地热资源： 25t 90，温水、温热水、，温水、温热水、热水等形式存在热水等形式存在高温地热资源：高温地热资源：t1
14、50蒸汽形式存在蒸汽形式存在中温地热资源：中温地热资源：90t 150，水和蒸汽的混，水和蒸汽的混合物形式存在合物形式存在水热型地热资源，按照温度，又可以分为水热型地热资源，按照温度，又可以分为高温地热资高温地热资源、中温地热资源和低温地热资源三类源、中温地热资源和低温地热资源三类。3 3、干热岩型地热资源、干热岩型地热资源干热岩型（又名增干热岩型（又名增强型地热系统）：强型地热系统）：或称或称工程型地热系统，是一工程型地热系统，是一般温度大于般温度大于200200，埋，埋深数千米，内部不存在深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流流体或仅有少量地下流体的高温岩体。体的高温岩体。( (六六)
15、)地热资源利用途径地热资源利用途径浅层地温能供暖或制冷 地热资源的开发利用可分为发电和非发电两个方面。高温地热资源（地热资源的开发利用可分为发电和非发电两个方面。高温地热资源（150以上）主要用于发电；中温（以上）主要用于发电；中温（90150）和低温（）和低温（2590）的地热资源以直）的地热资源以直接利用为主，对于接利用为主，对于25以下的浅层地温，可利用地源热泵进行供暖或制冷。以下的浅层地温，可利用地源热泵进行供暖或制冷。地热资源的开发利用地热资源的开发利用高温地热发电高温地热发电温室大棚温室大棚温泉疗养温泉疗养地热供暖地热供暖15090604025：发电发电、烘干、采暖、烘干、采暖：烘
16、干、烘干、发电发电、采暖、采暖 ：采暖、医采暖、医疗疗、洗浴、温室、洗浴、温室 ：医医疗疗、洗浴、采暖、温室、养殖、洗浴、采暖、温室、养殖 ：洗浴、温室、养殖、洗浴、温室、养殖、农农灌、灌、制冷供热制冷供热：农灌、农灌、矿泉饮用、制冷供热矿泉饮用、制冷供热利用入口温度利用入口温度主要主要 利用途利用途 径径能量降能量降低方向低方向第二部分 干热岩资源及其调查评价目目 录录五、干热岩勘查开发关键技术五、干热岩勘查开发关键技术四、我国干热岩资源分布及潜力四、我国干热岩资源分布及潜力六、六、EGS的未来的未来一、基本概念一、基本概念三、国际三、国际EGS工程工程二、干热岩的特点二、干热岩的特点34( (一一) ) 基本概念基本概念n美国科学家根据芬顿山的干热岩研究工作认为干热岩是埋藏美国科学家根据芬顿山的干热岩研究工作认为干热岩是埋藏于距地面于距地面2-3km2-3km以下以下、无裂隙、无流体无裂隙、无流体、自然温度达于、自然温度达于200200的岩体。的岩体。n日本科学家根据肘折地区的干热岩研究工作认为只要岩体的日本科学家根据肘折地区的干热岩研究工作认为只要岩体的温度达到温度达到20020
