福建省非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）學科發(fā)展報告

福建省地質(zhì)學會

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福建省非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）學科發(fā)展報告

福建省地質(zhì)學會

［摘要］該文闡述了我國非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）的研究現(xiàn)狀和工作進展、發(fā)展規(guī)劃及工作部署，介紹了國內(nèi)外對干熱巖、頁巖氣勘查開發(fā)的關鍵技術，存在的問題等；總結(jié)福建省干熱巖、頁巖氣勘查進展、資源賦存條件及潛力分析，提出了福建省發(fā)展清潔能源和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略任務及對策。

［關鍵詞］非常規(guī)能源 干熱巖 頁巖氣 學科發(fā)展

1　概述

能源是現(xiàn)代社會發(fā)展的動脈，煤炭、石油的大規(guī)模利用已經(jīng)成為現(xiàn)實，隨著石油資源的大量消耗及可采資源量的減少，能源供給已進入后石油時代。隨著低碳能源時代的到來，天然氣的利用是實現(xiàn)低碳能源的最佳選擇，全球能源供給將由以煤炭和石油為主轉(zhuǎn)變?yōu)楦鍧?、更環(huán)保的天然氣。頁巖氣是從黑色泥頁巖或碳質(zhì)泥巖地層中開采出來的天然氣，與致密氣、煤層氣、天然氣水合物等一道屬非常規(guī)天然氣范疇，其資源潛力巨大。美國已率先實現(xiàn)頁巖氣的工業(yè)開采，在世界范圍內(nèi)興起一場頁巖氣革命。中國頁巖氣資源潛力巨大，頁巖氣開發(fā)成為國內(nèi)非常規(guī)天然氣的研究熱點，頁巖氣勘探開發(fā)方興未艾。

在人類對能源需求的不斷增長同時，傳統(tǒng)礦物能源大量使用帶來的資源枯竭問題和對環(huán)境的污染問題，引發(fā)人們開始關注可再生且無污染的能源，如太陽能、風能、水能等。但這些可再生能源的開發(fā)利用受諸如氣候等外界環(huán)境的制約，不能穩(wěn)定生產(chǎn)。核能雖然潔凈，但日本大地震造成的核泄漏令人心有余悸；科學家們都在積極尋找其他清潔的、可再生的能源，地熱能就是最佳選擇。地熱能源是由于地核巖漿中的放射性物質(zhì)發(fā)生熱核反應釋放出的巨大熱量，通過斷層，以蒸汽、水或干熱巖為載體傳導至地表形成的一種綠色可再生能源，干熱巖是地熱的一種。依據(jù)地熱資源的存在方式，分為水熱型地熱資源和干熱型地熱資源，前者以蒸汽和液態(tài)水為主的地熱資源，后者是以熱巖（干熱巖及巖漿）為主的地熱資源。國內(nèi)廣為開發(fā)利用的地熱資源主要為水熱型地熱資源。雖然目前地熱在我國能源結(jié)構(gòu)中所占比例不足0.5%，說明國內(nèi)地熱資源發(fā)展有很大提升空間。由于我國霧霾危害的緊迫性促使空氣污染的全局治理被提上日程，利用干熱巖發(fā)電幾乎不受外界環(huán)境影響，幾乎不對人類環(huán)境產(chǎn)生污染和破壞，且能源豐富，屬于潔凈新能源。據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局初步估算，我國干熱巖在3000～10000m范圍內(nèi)的儲熱量相當于860萬億t標準煤的能量［1］。在低碳發(fā)展的經(jīng)濟模式下，開發(fā)利用深層清潔地熱資源，尤其是干熱巖地熱資源的開發(fā)利用成為許多發(fā)達國家正在積極研究的課題，對于我國而言，干熱巖地熱資源的開發(fā)應用處于理論研究階段。

福建是能源小省，也是我國南方貧煤少油省份。目前，福建省主要利用煤炭、核能、低溫地熱能以及風能、水能等。經(jīng)濟的高速發(fā)展對能源的需求不斷增大，加上建設生態(tài)省的要求，迫切需要開發(fā)清潔的新能源。依據(jù)福建省良好的地質(zhì)地理位置，干熱巖賦存潛力大，必定在未來是可利用開發(fā)的主要能源之一。

1.1干熱巖概念［2］

干熱巖是指埋深超過2000m、溫度超過150℃的地下高溫巖體，其特點是巖體中很少有地下流體存在。巖體絕大部分為中生代以來的中酸性侵入巖，或中新生代的變質(zhì)巖、甚至是厚度巨大的塊狀沉積巖。一般干熱巖上覆蓋有沉積巖或土等隔熱層。干熱巖主要被用來提取其內(nèi)部的熱量，其主要工業(yè)指標是巖體內(nèi)部溫度。從現(xiàn)階段來說，干熱巖地熱資源是專指埋深較淺、溫度較高、有開發(fā)經(jīng)濟價值的熱巖體。

干熱巖主要是用于發(fā)電，其基本原理是通過深井將高壓水注入地下2000～6000m的巖層，使其滲透進入巖層的縫隙并吸收地熱能量；再通過另一個專用深井（相距200～600m）將巖石裂隙中的高溫水、汽提取到地面；取出的水、汽溫度可達150℃～200℃，通過熱交換及地面循環(huán)裝置用于發(fā)電；冷卻后的水再次通過高壓泵注入地下熱交換系統(tǒng)循環(huán)使用。整個過程在一個封閉的系統(tǒng)內(nèi)進行。

干熱巖是一種清潔的新能源，全球干熱巖蘊藏的熱能十分豐富，比蒸汽型、熱水型和地壓型地熱資源大得多，比煤炭、石油、天然氣的熱能總和還要大。

與核能（裂變和聚變）、太陽能或者其他可再生的能源相比，干熱巖地熱資源具有如下優(yōu)勢：

①干熱巖是巨大的，廣泛分布。

②使用干熱巖地熱資源沒有廢氣排放，也沒有其他流體或固體廢棄物，干熱巖地熱資源系統(tǒng)可以維持對環(huán)境最低水平的影響。

③干熱巖地熱開發(fā)系統(tǒng)是安全的，沒有爆炸危險，更不會引起災難性的事故或傷害性污染。

④干熱巖地熱開發(fā)可以提供不間斷的電力供應，不受季節(jié)、晝夜等自然條件的影響。

⑤美國、日本等國的高溫巖體地熱前期開發(fā)試驗已充分說明，高級地溫梯度（80℃ /km）的高溫巖體地熱發(fā)電電價具有商業(yè)競爭能力。對中等和低級地溫梯度的高溫巖體地熱資源，通過進一步改進開發(fā)技術，也可以與化石能源為基礎的電價有商業(yè)競爭能力。

1.2頁巖氣概念［3］

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中、以吸附或游離狀態(tài)聚集的天然氣，是一種重要的非常規(guī)天然氣資源。在頁巖氣藏中，天然氣不僅存在于泥頁巖，也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和砂巖地層中。

頁巖氣的形成和富集有著自身獨特的特點，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣開發(fā)具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點，大部分產(chǎn)氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。

根據(jù) Curtis等人的分析，頁巖氣具有如下基本特征：

①巖性多為瀝青質(zhì)或富含有機質(zhì)的暗色、黑色泥頁巖（高碳泥頁巖類），巖石組成一般為30%～50%的粘土礦物、15%～25%的粉砂質(zhì)（石英顆粒）和1%～20%的有機質(zhì)，多為暗色泥巖與淺色粉砂巖的薄互層。

②頁巖氣主要來源于生物作用或熱成熟作用，有機質(zhì)（TOC）介于0～25%，鏡質(zhì)體反射率介于0.4%～2%。

③頁巖本身既是氣源巖又是儲集層，目前可采的工業(yè)性頁巖氣藏埋深最淺為182m。頁巖總孔隙度一般小于10%，而含氣的有效孔隙度一般只有1%～5%，滲透率則隨裂縫發(fā)育程度的不同而有較大的變化。

④頁巖具有廣泛的飽含氣性，天然氣的賦存狀態(tài)多變，吸附態(tài)天然氣的含量變化介于20%～85%。

⑤頁巖氣成藏具有隱蔽性特點，不以常規(guī)圈閉的形式存在，但當頁巖中裂縫發(fā)育時，有助于游離相天然氣的富集和自然產(chǎn)能的提高。當頁巖中發(fā)育的裂縫達到一定數(shù)量和規(guī)模時，就成為天然氣勘探的有利目標。頁巖氣的資源量較大，但單井產(chǎn)量小，美國頁巖氣井的單井采氣量為2800～ 28000m3/d。

⑥在成藏機理上具有遞變過渡的特點，盆地內(nèi)構(gòu)造較深部位是頁巖氣成藏的有利區(qū)，頁巖氣成藏和分布的最大范圍與有效氣源巖的面積相當。

⑦原生頁巖氣藏以高異常壓力為特征，當發(fā)生構(gòu)造升降運動時，其異常壓力相應升高或降低，因此頁巖氣藏的地層壓力多變。

理想含氣頁巖的特征有：①總有機碳含量（TOC） ＞ 4%、熱成熟度（VR） ＞ 1.3%、黑色頁巖厚度 ＞ 30米、脆性 ＜ 30%、粘土與相對高的硅質(zhì)或碳酸鹽；②深度/壓力 ＞ 1500米/異常高壓；③沉積環(huán)境：海相頁巖，遠岸（遠離三角洲）；④復雜性： 區(qū)域性沉積，構(gòu)造復雜性低。

2　我國非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）研究現(xiàn)狀及工作進展

2.1我國非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）研究現(xiàn)狀

2.1.1干熱巖勘查研究歷史及開發(fā)現(xiàn)狀

1993—1995年，國家地震局地殼應力研究所與日本中央電力研究所開展合作，在北京房山區(qū)進行了干熱巖發(fā)電的研究實驗工作。中國能源研究會地熱專業(yè)委員會等組團對澳大利亞“地球動力”公司在南澳大利亞Cooper盆地的干熱巖開發(fā)利用現(xiàn)場進行實地考察，并與澳大利亞彼特里特姆公司就“中國干熱巖資源潛力研究”項目進行洽談，希望合作開發(fā)中國干熱巖資源。

2002年，趙陽升等在《高溫巖體地熱開發(fā)導論》對干熱巖開發(fā)利用進行了綜述和評價，萬志軍等（2004）在《高溫巖體地熱開發(fā)的技術經(jīng)濟評價》一文中，應用MIT經(jīng)濟模式進行了高溫巖體地熱發(fā)電開發(fā)成本預測，認為目前的高溫巖體地熱發(fā)電已具有商業(yè)競爭力，采用先進的線性鉆井技術后，將使所有等級的地熱梯度的高溫巖體地熱發(fā)電電價具有商業(yè)競爭力，屆時高溫巖體地熱能將成為全球主導的能源之一。國土資源部“十一五”規(guī)劃綱要明確指出，要“開展地熱、干熱巖資源潛力評價，圈定遠景開發(fā)區(qū)”，為干熱巖勘查研究提供鋪墊。2007年，曾香梅等研究發(fā)現(xiàn)，天津地區(qū)處于高熱流構(gòu)造帶附近，在地表以下3000～4000m的深處埋藏范圍較大的基性火成巖體，巖體溫度可達110℃～150℃，資源潛力巨大。據(jù)初步研究，江蘇在蘇北盆地4000～5000m深度，地溫達到150℃，局部達到170℃。

李福等（2010）在海南陵水地區(qū)進行了深層干熱巖地熱發(fā)電項目勘查選址，并提出建議。冉恒謙等針對中國三個重點干熱巖發(fā)育區(qū)-沉積盆地（東北、華北、蘇中）、近代火山地區(qū)（吉林長白山、云南騰沖、黑龍江五大蓮池）、高熱流花崗巖地區(qū)（福建、廣東、江西），開展干熱巖熱能資源潛力評價。

2012年，國家“863”計劃支持了《干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用技術》項目啟動，中國開始了干熱巖開發(fā)利用的關鍵技術研究。近幾年，中國科學院、中國地質(zhì)科學院、中國地質(zhì)調(diào)查局、吉林大學等陸續(xù)進行干熱巖資源勘查開發(fā)戰(zhàn)略研討。中國地質(zhì)調(diào)查局編制了《全國干熱巖勘查與開發(fā)示范實施方案》。2014年，干熱巖資源勘查取得突破，“青海省共和縣恰卜恰鎮(zhèn)中深層地熱能勘查”項目研究團隊，在盆地中北部地下2230m處勘查到埋藏淺、溫度高的干熱巖，這是我國首次發(fā)現(xiàn)的可大規(guī)模利用的干熱巖資源。

2.1.2頁巖氣勘查開發(fā)研究歷史及現(xiàn)狀

2.1.2.1頁巖氣勘查開發(fā)研究歷史

中國頁巖氣資源類型多、分布廣、潛力大。中國海相沉積分布面積多達300×104km2，海陸交互相沉積面積超過200×104km2，陸上海相沉積面積約280×104km2。這些沉積區(qū)內(nèi)均具有富含有機質(zhì)頁巖的地質(zhì)條件，頁巖地層在各地質(zhì)歷史時期十分發(fā)育，形成了海相、海陸交互相及陸相多種類型富有機質(zhì)頁巖層系［4］。海相厚層富有機質(zhì)頁巖主要分布在中國南方，以揚子地塊為主；海陸交互相中薄層富有機質(zhì)泥頁巖主要分布在中國北方，以華北、西北和東北地區(qū)為主；湖相中厚層富有機質(zhì)泥頁巖主要分布在大中型含油氣盆地，以松遼、鄂爾多斯等盆地為主［5］。據(jù)國土資源部2015年《中國礦產(chǎn)資源》，截至2014年，我國探明頁巖氣資源量達1068 億m3。

2005—2010年，國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心在川渝鄂蘇浙皖及中國部分北方地區(qū)共40×104 km2范圍內(nèi)開展調(diào)查、勘查示范研究。我國正式開始頁巖氣這一新型能源的資源勘探開發(fā)，項目實施的第一口地質(zhì)資料井已于2009年11月初在重慶市彭水縣開鉆。

中國石油、中國石化、中國海洋石油已經(jīng)施工7口頁巖氣探井并壓裂，利用老井復查若干口，淺井20余口，正在施工的水平井2口。頁巖氣勘查工作在四川威遠、湖北等地取得了良好的勘查效果，已有4口探井獲得了工業(yè)氣流。

2007年10月，中國石油與美國新田石油公司簽署了威遠地區(qū)頁巖氣聯(lián)合研究協(xié)議，對該區(qū)頁巖氣資源勘探開發(fā)前景綜合評價，這是中國頁巖氣開發(fā)對外合作簽署的第一個協(xié)議，還與美國沃思堡盆地頁巖氣生產(chǎn)中最有實力的Devon公司簽約聯(lián)合研究；另一方面，中國石油正著手研究從中國已進行和正進行的油氣勘探中取得的頁巖氣第一手資料。在吐哈盆地侏羅系實施了油氣兼探以新的手段專門獲得頁巖吸附氣游離氣含量的資料，認識含油氣盆地的測井和地震響應；在四川宜賓實施了1口頁巖氣專探井，設計200m的井深取芯154m，進行多項目大量的測試分析，已于2008年11月完鉆。2009年12月，中國石油西南油氣田公司成功開鉆我國第一口頁巖氣井——威201井，2010年9月，威201井獲氣。2011年1月，西南油氣田公司又開鉆了國內(nèi)第一口頁巖氣水平井——威201—H1井，目前該井已完鉆。此外西南油氣田公司還同殼牌公司開展了頁巖氣合作，對富順井—永川區(qū)塊頁巖氣進行聯(lián)合評價。

中國石化中原油田于2010年5月成功實施大型壓裂改造的頁巖氣井——方深1井，順利進入排液施工階段，標志著中國石化頁巖氣勘探開發(fā)工作邁出了實質(zhì)性的重要一步。

2015年10月，國土資源部油氣儲量評審辦公室宣布，經(jīng)對中石化重慶涪陵頁巖氣田焦石壩區(qū)塊焦頁4和焦頁5井區(qū)探明儲量予以評定，認定焦石壩頁巖氣區(qū)塊新增探明含氣面積277km2，新增探明儲量2739億m3。至此，涪陵頁巖氣田探明含氣面積從107km2擴大到384km2，探明儲量從1068m3增加至3806m3，成為僅次于北美的全球第二大頁巖氣田。截至9月28日，重慶涪陵頁巖氣田共完鉆227口井，投產(chǎn)146口井，建成年產(chǎn)42.35億m3，累計產(chǎn)氣30.15億m3，成為我國首個實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)的頁巖氣田。預計至2015年底，將建成50億m3，累計產(chǎn)氣突破40億m3。隨著涪陵頁巖氣田儲量擴大，2017年底將建成產(chǎn)能100億m3［6］。

2.1.2.2頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀及存在問題

當前，我國頁巖氣資源的勘探開發(fā)尚處于初級階段，面臨著諸多經(jīng)濟上和技術上的困難與問題，主要體現(xiàn)在：

（1）開發(fā)經(jīng)驗匱乏，需要技術積累，頁巖氣開發(fā)技術還不成熟，處于剛剛起步階段，加之我國的常規(guī)天然氣開發(fā)正處在蓬勃發(fā)展時期，目前也無法動用大量人力物力去勘探開發(fā)頁巖氣資源。

（2）頁巖氣資源的開采難度大，頁巖氣儲集層由巖化的黏土、有機物質(zhì)和礦物質(zhì)混合而成，盡管有機質(zhì)能夠產(chǎn)生豐富的頁巖氣，但這些紋理清楚的巖石間空隙太小，滲透率低，氣流阻力比常規(guī)天然氣大，開采難度很大。所有的井都需要實施多級壓裂改造，且頁巖氣采收率比常規(guī)天然氣低，常規(guī)天然氣采收率在60%以上，而頁巖氣僅為5%～60%。

（3）需要比美國更先進的技術。我國頁巖氣藏的儲層與美國相比有所差異，美國的頁巖氣層深度在800m～2600m，而四川盆地的頁巖氣層埋深在2000m～3500m，頁巖氣層深度的增加增添了開采難度。只要解決好技術難題，我國頁巖氣大發(fā)展指日可待。

2.2我國非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）工作進展及部署

2.2.1干熱巖工作進展

干熱巖在熱儲上具有無可匹敵的優(yōu)勢。目前，世界上主要開采和利用的水熱型地熱，僅占已探明地熱資源的10%左右。而保守估計，在3～10km深處的全球地殼中，干熱巖所蘊藏的能量相當于所有石油、天然氣和煤炭所蘊藏能量的30倍。2012年，中國地質(zhì)調(diào)查局初步評價了中國大陸3～10km深處干熱巖資源，總量為2.5×1025EJ，相當于860萬億t標煤。同年中國科學院也對3～10km深處的干熱巖資源進行了評價，得出的結(jié)論是2.09×1025EJ，兩者印證了中國干熱巖開發(fā)利用的光明前景。

目前，山東、青海、廣東、福建等省在這個領域都已經(jīng)有了投入，但距離試驗性的開發(fā)利用仍有很長的路要走。近期，汪集旸、胡圣標、龐忠和等人基于大量熱流數(shù)據(jù)，編制了新版中國大陸地區(qū)熱流圖，進而依據(jù)巖石熱物性數(shù)據(jù)庫，采用體積法計算評價了中國大陸地區(qū)干熱巖地熱資源。

按照《全國干熱巖勘查與開發(fā)示范實施方案》，我國將評價全國干熱巖資源與潛力，找出優(yōu)先開發(fā)靶區(qū)，建立干熱巖勘查示范基地，形成干熱巖勘查開發(fā)的關鍵技術體系，推進我國干熱巖技術商業(yè)化。上述目標分三個階段完成。第一階段，2013—2015年，評價重點地區(qū)干熱巖資源數(shù)量與品級，圈定干熱巖靶區(qū)，初步建立干熱巖勘查開發(fā)試驗研究基地。“十三五”為第二階段，主要評價全國干熱巖資源的潛力，圈定第一批勘查開發(fā)利用靶區(qū)，實現(xiàn)干熱巖示范工程發(fā)電，并形成我國干熱巖勘查開發(fā)指導方案?！笆濉焙鬄榈谌A段，希望能夠?qū)崿F(xiàn)干熱巖發(fā)電的商業(yè)性運營，除了成本降低外，還要建立一套自有的干熱巖開發(fā)方法體系。

2.2.2頁巖氣工作規(guī)劃部署及進展

國家“十二五”規(guī)劃明確要求“推進頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用”，發(fā)展規(guī)劃目標是：

①基本完成全國頁巖氣資源潛力調(diào)查與評價，優(yōu)選30～50個頁巖氣遠景目標區(qū)和50～80個有利目標區(qū)。

②探明頁巖氣地質(zhì)儲量1萬億m3，可采儲量2000億m3。2015年頁巖氣產(chǎn)量65億m3。

國家頁巖氣資源“十二五”發(fā)展規(guī)劃部署：完成二維地震4.3萬km，三維地震4300km2，調(diào)查井50口，各類探井150口，水平井990口，形成適合我國地質(zhì)條件的頁巖氣地質(zhì)調(diào)查與資源評價技術方法和頁巖氣勘探開發(fā)關鍵技術。形成我國頁巖氣調(diào)查與評價、試驗分析與測試、勘探開發(fā)、環(huán)境保護等多個領域的技術標準和規(guī)范。

2012年4月，國土資源部制定了《全國頁巖氣資源調(diào)查評價與勘查示范》實施方案（2012－2020年）。

3　國內(nèi)外干熱巖、頁巖氣勘查開發(fā)關鍵技術

3.1干熱巖勘查開發(fā)關鍵技術

3.1.1勘查技術

目前，中國地質(zhì)調(diào)查局在福建漳州龍海市開鉆第一口干熱巖科學鉆探工程，是福建干熱巖勘查鉆探示范工程孔。首先對干熱巖的分布及潛力進行評估，尤其在福建高熱流的花崗巖地區(qū)，系統(tǒng)收集區(qū)域地質(zhì)、物探、石油、地震等基礎研究資料，分析典型高溫巖體地熱資源富集區(qū)的地質(zhì)、環(huán)境、地熱能等特征，初步查明省內(nèi)干熱巖的分布，圈定有利開發(fā)區(qū)。利用已有鉆孔，開展地溫測量、熱物理參數(shù)測定結(jié)合區(qū)域構(gòu)造分析，研究區(qū)內(nèi)的地溫場與大地熱流場特征，通過模擬計算進行資源潛力評估。其次，開展綜合地球物理勘查方法技術及多種地球物理數(shù)據(jù)處理、解釋、反演技術研究，結(jié)合地質(zhì)研究成果，建立地質(zhì)—地球物理勘查模型，圈定干熱巖有利部位，確定鉆孔位置。最后，進行鉆探工藝、器具及設備配套研究；如若實施干熱巖鉆探示范工程，根據(jù)對鉆孔中采取的巖心分析測試盒測井結(jié)果驗證，建立干熱巖勘查技術方法體系。

3.1.2開發(fā)利用關鍵技術

3.1.2.1地下熱水交換系統(tǒng)

通過深井將水注入地下干熱巖體，滲透進入巖層的縫隙并吸收地熱能，即在干熱巖體內(nèi)形成熱交換。形成熱交換主要有3種形式：人工高壓裂隙模式（最早由美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室提出），通過人工高壓注水到井底，干熱的巖石遇冷水，收縮形成很多裂隙，水在裂隙層間通過，完成進水井與出水井所組成的熱循環(huán)系統(tǒng)熱交換過程；天然裂隙模式（英國卡門波礦產(chǎn)學校提出），利用地下已有的裂隙網(wǎng)絡，通過注水使原先的裂隙變寬或錯位變大，增強裂隙透水性能，大量的水可進行熱交換；天然裂隙—斷層模式（由歐洲Sou1tz干熱巖工程的研究人員提出），利用天然的裂隙及斷層，不需通過人工高壓的裂隙方式，通過已有存在的斷層來連接位于進水井和出水井之間的裂隙系統(tǒng)。最常用或研究最多的是人工高壓裂隙模式，即靠人工建造具有充分尺度和相當壽命的、可獲得各級溫度梯度的熱儲層，形成多層次熱交換系統(tǒng)。

3.1.2.2地面發(fā)電供熱系統(tǒng)

利用從生產(chǎn)井提取到的高溫水、蒸汽等進行發(fā)電，一般采用擴容法及中間介質(zhì)法。擴容法是將生產(chǎn)井中的熱水先輸送至擴容器，通過減壓擴容產(chǎn)生的蒸汽推動汽輪機發(fā)電。西藏羊八井地熱電站就是擴容法地熱發(fā)電。目前研究比較多的是中間介質(zhì)法地熱發(fā)電：地熱水通過蒸發(fā)器把低沸點物質(zhì)加熱，使其產(chǎn)生高壓蒸汽通過汽輪機發(fā)電，蒸發(fā)器是中間介質(zhì)法干熱巖發(fā)電的關鍵設備。

3.1.2.3鉆井技術

注水井和生產(chǎn)井數(shù)量根據(jù)不同情況而定。井的配置有：一口注水井和一口生產(chǎn)井（兩井模式）；一口注水井和兩口生產(chǎn)井（三井模式）；一口注水井和四口生產(chǎn)井（五井模式）。根據(jù)各國生產(chǎn)經(jīng)驗，一般采用三井模式，沿熱儲構(gòu)造長軸方向布置注水井，在注水井兩側(cè)各鉆一個生產(chǎn)井，以保證獲取足夠的熱量。干熱巖地熱能源供應的價格主要由鉆井和人工儲留建造的費用決定。

3.2頁巖氣勘查開發(fā)關鍵技術

頁巖氣開采的關鍵技術包括水平鉆井、水力壓裂、隨鉆測井、地質(zhì)導向鉆井、微地震檢測等，其中大部分技術的突破與率先應用都來自美國。美國目前已掌握了從氣藏分析、數(shù)據(jù)收集和地層評價、鉆井、壓裂到完井和生產(chǎn)的系統(tǒng)集成技術，也產(chǎn)生了一批國際領先的專業(yè)服務公司，如哈里伯頓、斯倫貝謝、貝克休斯等。

3.2.1頁巖氣開采特點

頁巖氣產(chǎn)于滲透率極低的沉積巖中，產(chǎn)氣頁巖分布范圍廣，厚度大，普遍含氣，頁巖氣井能夠長期穩(wěn)定供氣。其特點有：一是頁巖氣儲集層為低孔、低滲透特征，氣流阻力比常規(guī)天然氣大，生產(chǎn)能力低，難開采，所有生產(chǎn)井都需要壓裂改造才能生產(chǎn)；二是生產(chǎn)井壽命與和生產(chǎn)周期長，可達30年以上；三是采收率低于常規(guī)天然氣，且變化大，因埋藏深度、地層壓力、有機質(zhì)含量和吸附氣量等的不同，采收率不同。

3.2.2鉆完井工藝技術

（1）鉆井技術。為了使頁巖裂隙中的天然氣盡可能多流入井筒，必須合理利用儲層中的裂隙，使井筒穿過盡可能多的儲層?，F(xiàn)在多采用水平鉆井技術來進行頁巖氣開采，其成本是垂直井的1～1.5倍，但產(chǎn)量是垂直井的3倍，水平鉆井技術是頁巖氣藏開發(fā)成功的關鍵。國外有旋轉(zhuǎn)導向技術、隨鉆測井技術和隨鉆測量技術，使井眼軌跡在所設定的層段內(nèi)鉆進，提高頁巖氣的流動效率和產(chǎn)能。

（2）完井技術。頁巖氣井的完井方式主要有組合式橋塞完井、水力噴射射孔完井和機械式組合完井。組合式橋塞完井是水平井最常用的完井方法，水力噴射射孔完井主要用于直井或水平套管井。

3.2.3壓裂技術

目前最常用的壓裂技術有清水壓裂技術、重復壓裂技術、水平井分段壓裂技術以及同步壓裂技術。其中，水平井分段壓裂技術廣泛應用于頁巖氣開采中；清水壓裂技術是指在清水中添加少量減阻劑、粘土穩(wěn)定劑和表面活性劑為壓裂液來進行的壓裂。

據(jù)悉，我國用于地下水平井進行分段的分割器——橋塞等技術商用成功，這使得中國成為繼美國和加拿大后，第三個使用自主技術裝備進行頁巖氣商業(yè)開采的國家。經(jīng)過近三年的攻關，中石化石油工程公司初步形成了適用于中國部分地區(qū)頁巖氣開采的自有鉆井技術體系，基本滿足了安全、快速的鉆井工程需要［7］。

4　福建省非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）研究現(xiàn)狀及進展

4.1福建省干熱巖、頁巖氣研究現(xiàn)狀

4.1.1干熱巖研究現(xiàn)狀

我省對于干熱巖的研究尚屬于起步階段，主要開展學術交流、探索研究，并未建立干熱巖技術研發(fā)基地和裝備條件，以往的地熱開采一般在1000m以內(nèi)，以淺層地熱開發(fā)為主。淺層地熱的大量開采在一些地區(qū)造成了地下水位大幅度下降、地面沉降等后果，同時淺層地熱的溫度、水量等難以滿足高附加值的相關領域，諸如發(fā)電、工業(yè)加工、農(nóng)副業(yè)加工等的需要。這使得對干熱巖的研究及工程應用成為今后我省地熱資源開發(fā)的主導方向。

汪集旸等人基于大量熱流數(shù)據(jù)，編制了新版中國大陸地區(qū)熱流圖，進而依據(jù)巖石熱物性數(shù)據(jù)庫，采用體積法計算評價了中國大陸地區(qū)干熱巖地熱資源［8］。

為了弄清中國東部（含福建地區(qū)）巖石圈內(nèi)不同深度的溫度狀態(tài)，萬天豐等綜合了許多學者的研究方法，在對全國干熱巖進行評估的同時，對福建省干熱巖資源賦存進行了估算［9］。

王貴玲等先后開展了全國干熱巖資源潛力評估，編制了1∶500萬全國大地熱流圖、全國居里面埋深圖、全國酸性巖體分布圖以及全國控熱構(gòu)造圖，圈定了潛力區(qū)的范圍，確定了我國干熱巖資源勘查開發(fā)有利地區(qū)。其中，通過對北?！Ｖ荩?370km）剖面居里面深度—大地熱流值的對比分析，初步確定了位于九龍江斷裂的漳州中更新世花崗巖區(qū)為干熱巖東南沿海重點靶區(qū)［10］。

陳泉霖等人從熱流值分布、放射性元素豐度較高的花崗巖體特征、構(gòu)造背景等方面分析了干熱巖資源前景，并從勘探原則、技術手段、鉆探關鍵技術與裝備等方面對福建省干熱巖資源調(diào)查工作提出了建議［11］。

莊慶祥提出了5條干熱巖增強型地熱系統(tǒng)備選靶區(qū)的選址標準，供相關單位開發(fā)綜合利用干熱巖地熱資源勘查、評估、選址、開采鉆探、項目利用規(guī)劃與設計等參考［12］。

4.1.2頁巖氣研究現(xiàn)狀

福建省頁巖氣的研究工作基本空白，2008年，國土資源部設立了“中國重點地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)域優(yōu)選”項目，重點研究四川、松遼等盆地和中下?lián)P子中、古生界海相頁巖區(qū)。國土資源部2012年4月《全國頁巖氣資源調(diào)查評價與勘查示范》實施方案（2012－2020年）（送審稿）確定了“閩西南遠景區(qū)頁巖氣調(diào)查評價”和“福建永安有利目標區(qū)頁巖氣調(diào)查評價”，將于2016年完成評價工作，預期劃出有利區(qū)塊1處。

福建省煤田地質(zhì)局于2012—2013年先后對臨近的江西、湖南兩省頁巖氣的地質(zhì)工作開展了調(diào)研。通過調(diào)研，結(jié)合福建省的地層情況，提出了對福建開展頁巖氣資源調(diào)查與評價的可能進行了論證；重點收集了以往油氣地質(zhì)工作及煤田地質(zhì)工作資料，提出了可能賦存頁巖氣的地層及區(qū)域。

4.2福建省干熱巖、頁巖氣工作進展

4.2.1干熱巖工作進展

2013年，中國地質(zhì)調(diào)查局啟動了我國干熱巖資源調(diào)查評價工作，在福建省開展了區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及深部地球物理勘查。

2014年6月，福建省地質(zhì)調(diào)查研究院提交了《福建干熱巖資源潛力評價與示范靶區(qū)研究》，通過對已有物探資料的分析，對深部溫度場建立模型，認為德化及漳州兩個靶區(qū)進行干熱巖進一步研究的潛力巨大，兩個靶區(qū)地下深部可能含有可供開發(fā)利用的干熱巖資源。在區(qū)域構(gòu)造上，漳州位于歐亞大陸板塊東南緣與菲律賓海板塊的交接部位，中—新生代處于瀕太平洋陸緣活動帶并以強烈的構(gòu)造-巖漿活動著稱，屬環(huán)太平洋巖漿帶的組成部分。龍?！闹菀粠?，地質(zhì)構(gòu)造較復雜，第四紀活動斷層發(fā)育（活動斷裂是指15萬年以來活動的斷裂），由于區(qū)內(nèi)廣泛出露花崗巖和火山巖等脆性巖石，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，因此斷裂構(gòu)造和斷裂變質(zhì)帶最為突出，這些斷裂構(gòu)造大多形成于燕山期，部分在喜馬拉亞期仍有活動，北西、北東最為發(fā)育，其次是東西、南北向分布零星［13］。從漳州地招ZK8、漳州舊汽車站和漳州溫泉大廈ZK2等鉆孔分析計算所得的區(qū)域大地熱流值結(jié)果較為一致，都在209.3mW/m2左右［13］。東南沿海地區(qū)地溫梯度一般在2.0～3.0℃ /100m之間，而漳州地區(qū)一帶，溫泉分布較為集中，溫度亦較高，其地溫梯度一般都大于4.0℃ /100m［13］。

為了進一步了解深部熱狀態(tài)，中國地質(zhì)科學院在漳州地區(qū)設計布置了一系列區(qū)域重力測量及大地電磁測深測線。根據(jù)解譯結(jié)果，推斷剖面的東部及西部7公里以下存在較大范圍的低阻體，推斷為半融熔巖體。與之對應地表位置為清泉林場地區(qū)及白水鎮(zhèn)、東園鎮(zhèn)地區(qū)［13］。

2014年6月，福建省煤田地質(zhì)局啟動“福建省干熱巖地熱資源有利區(qū)評價”項目，通過向中國地質(zhì)大學咨詢，在系統(tǒng)收集和分析區(qū)域基礎地質(zhì)資料、區(qū)域地球物理特征、區(qū)域地熱資料等基礎上，采用野外地質(zhì)調(diào)查、深部地球物理勘探和地球化學分析測試等技術手段，圈定了5個干熱巖資源開發(fā)的有利靶區(qū)。

2014年12月，中國地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)大地熱流分布、居里面埋深、控熱構(gòu)造等調(diào)查結(jié)果，結(jié)合地球物理勘查MT反演成果圖、剩余重力異常圖得出的熱異常分析結(jié)果，提交了《東南沿海深部地熱科學鉆探工程HDR-1孔選址報告》，結(jié)合地球物理解譯與野外巖性、構(gòu)造勘查，選擇了清泉林場目標區(qū)高速公路北側(cè)為HDR-1孔的位置，設計孔深4000米，于2015年5月15日開鉆。目前該孔鉆探深度2100米，測溫60℃。

4.2.2頁巖氣工作進展

2014年底，福建省煤田地質(zhì)非常規(guī)能源調(diào)查研究院提交了“福建省頁巖氣資源潛力調(diào)查與評價”項目的實施方案，對福建省頁巖氣資源潛力進行調(diào)查與評價，重點工作放在閩西南凹陷帶內(nèi)。計劃采取富有機質(zhì)頁（泥）巖樣品200件；以往煤田勘查施工鉆孔觀察30個；線路調(diào)查60千米；深部鉆探550米（擴深取樣測氣）。目前已完成樣品采集165件，以往鉆孔觀察23個，現(xiàn)場測氣3次，擴深近300米。調(diào)查礦區(qū)數(shù)25個。尚未提交科研成果。

2014年，中國地質(zhì)調(diào)查局下達“福建閩南地區(qū)頁巖氣選區(qū)評價”項目，由福建省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局承擔，工作起止年限為2014—2016年；計劃投入資金100萬元，實物工作量：油氣地質(zhì)剖面測量（1∶1000）15km，老井復查5口，樣品分析化驗200項次，目前工作正在進行中，尚未評價。

5　我省非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）成藏地質(zhì)條件

5.1干熱巖、頁巖氣成藏機理

5.1.1干熱巖成藏機理

溫泉是地熱能在地球表面的一種重要顯示，是地熱資源中可以直接觀察到、并容易開發(fā)利用的那一部分。但是溫泉的分布僅限于局部地區(qū)，我國更為廣闊的地區(qū)是無溫泉出露而又具有隱伏地熱資源潛力的廣大平原地區(qū)，即有較厚覆蓋層的大、中型中、新生代盆地，有大型熱源的存在。

干熱巖的熱能賦存于巖石中，較常見的巖石有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長巖以及花崗巖小丘等（Tenzer，2001）。一般干熱巖上覆蓋有沉積巖或土等隔熱層［2］。

一般而言，形成地熱資源的地熱源主要有三種，即地幔供熱、巖漿體供熱和放射性元素生熱。在漫長的地史時期，后兩者的熱能通過在巨型巖體中的聚集和巨厚隔熱層的保護，在構(gòu)造運動不強烈的地區(qū)，因無強烈的運動使熱能得以釋放，聚集的熱能在巨型巖體中保存起來，形成了高溫的熱源［2］。

從區(qū)域重力資料計算的福建省莫霍面深度圖（圖1）上看，福建省的莫霍面形態(tài)整體呈北東向的槽形坳陷，且北東端與南西端分別延入浙江省與廣東省，莫霍面深度在沿海最淺為 26.5km，在連城最深為 31.0 km，莫霍面最大深度差為4.5 km。從沿海向內(nèi)陸，莫霍面深度從淺→深→淺趨勢變化。按莫霍面的深度變化特征，以福安—南靖、武夷山—武平兩條線為界，可把我省劃分成三個帶，其是閩東莫霍面陡坡帶位于福安—南靖一線以東，為北東向向內(nèi)陸的斜坡，呈陡坡狀，莫霍面埋深變化 26.5km～30.0km，最大水平梯度變化為 36m/km。本帶對應福建沿海重力異常梯級帶，布格重力異常具規(guī)模宏大、形態(tài)清晰、變化急劇的特點，同時具有磁場強度大、變化劇烈的特征［13］。

圖1　福建省莫霍面深度及深部構(gòu)造分區(qū)圖（重力計算）

根據(jù)福建省熱流值資料編制全省大地熱流值分布圖（圖2），可以看出全省高熱流值區(qū)有3塊，即漳州—南靖、德化—福州和永安片區(qū)，它們分別受九龍江斷裂、長樂—詔安斷裂、閩江下游斷裂、永安—晉江斷裂控制。該特點反映了漳州地區(qū)屬于正異常的熱流區(qū)，也說明了本地深部地殼結(jié)構(gòu)和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造組合有利于干熱巖的形成，存在干熱巖形成條件［13］。

漳州—南靖熱異常區(qū)位于九龍江流域斷口處。從漳州地招ZK8孔、漳州舊汽車站和漳州溫泉大廈ZK2孔分析計算熱流值（見表1），計算結(jié)果較為一致，都在209.3 mW/m2。它們分布在異常區(qū)的不同部位，相隔有一段距離，距離地下熱水中心的距離不同，受水熱活動影響程度也不盡相同，所以對熱流值異常區(qū)熱流值具有一定的代表性。雖然一定程度上熱流值受地下熱水活動影響，但還是反映了該地大地熱流值較高，江口段構(gòu)造活動強烈，可能是存在上地幔物質(zhì)上升對活動影響［13］。

圖2　福建省大地熱流值等值線圖（單位：mW/m2）

從福建東南地區(qū)熱流數(shù)據(jù)及地溫場分布特征來看（見表1）：東南沿海地區(qū)地溫梯度一般在2～3℃ /100m之間，而漳州地區(qū)一帶溫泉較為集中，溫度也較高，其地溫梯度一般都大于4℃ /100m，與世界花崗巖中同類元素比較，漳州不同時期花崗巖體巖石中的U、Th平均含量約高1倍左右，表明漳州地區(qū)地下深部可能蘊藏較高溫度的地熱資源［13］。

根據(jù)胡衛(wèi)劍等人的研究結(jié)果，漳州地區(qū)的莫霍面深度為25km。當?shù)貧ぐl(fā)生減壓增溫作用時，就比較容易越過巖石的固相線，以致形成局部的熔融巖漿［15］。莫霍面深度小，也就是地幔凸起，與地熱異常高相一致，地幔凸起不僅影響到地表斷裂構(gòu)造，同時也控制著高溫溫泉的分布范圍，為地熱研究提供了深部構(gòu)造背景。從地球系統(tǒng)動力學角度來看，產(chǎn)于活動固態(tài)—半固態(tài)流變熱構(gòu)造系統(tǒng)的干熱巖主要是外來熱，真正的熱源是放射性元素的裂變與聚變。熱能總是從高能區(qū)傳遞到低能區(qū)，地核是最大的熱動力源區(qū)，主導了開放地球系統(tǒng)的物質(zhì)運動規(guī)律和能量傳遞系統(tǒng)，多級垂平轉(zhuǎn)換相結(jié)合的熱流物質(zhì)循環(huán)運動形成了洋陸體系及其相關聯(lián)的盆山體系。對于大陸盆山構(gòu)造系統(tǒng)而言，形成盆地的能量主要是地幔軟流圈底辟作用攜帶的外來熱能，地幔熱隆伸展注入盆地的部分熱能通過下地殼熱流物質(zhì)順層流動傳遞到相鄰的造山帶，同時造山帶地殼加厚，其核部顯著加厚區(qū)下地殼生成新的熱源區(qū)，下地殼巖石部分熔融形成埃達克質(zhì)巖漿巖。盆山系統(tǒng)不同類型的低密度巖漿垂向流動，為其上的巖石固態(tài)流變、側(cè)向?qū)恿魈峁﹦恿碓?，并?gòu)成動態(tài)的盆山地殼物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，大陸地殼半固態(tài)—固態(tài)流變物質(zhì)的側(cè)向?qū)恿髡歉蔁釒r形成的直接因素［15］。

表1　福建東南地區(qū)熱流數(shù)據(jù)及溫度梯度（福建地熱地球物理研究）

5.1.2頁巖氣成藏機理

根據(jù)頁巖氣基本特征，在不同的成藏條件下，頁巖氣成藏可以表現(xiàn)為典型的吸附機理、活塞運聚機理或置換運聚機理，頁巖氣成藏經(jīng)歷了非常復雜的多機理過程。在成藏機理特征上，頁巖氣介于根狀氣（典型的吸附氣，如煤層氣藏）、根緣氣（典型活塞式成藏的游離氣，如狹義深盆氣藏）和根遠氣（典型置換式運聚的游離氣，如常規(guī)的背斜圈閉氣藏）三大類氣藏之間。由于頁巖氣在主體上表現(xiàn)為吸附或游離狀態(tài)，成藏過程中沒有或僅有極短距離的運移，頁巖氣藏具有典型煤層氣和典型根緣氣的雙重機理，表現(xiàn)為過渡特征。

頁巖氣的成藏至少分為兩個階段：第一階段是天然氣的生成與吸附，具有與煤層氣相同的富集成藏機理；第二階段則是天然氣的造隙及排出，由于天然氣的生成來自于化學能的轉(zhuǎn)化，可以形成高于地層壓力的排氣壓力，從而導致沿巖石的薄弱面產(chǎn)生小規(guī)模的裂縫，天然氣就近在裂縫中保存。在該階段中，天然氣主體上受生氣膨脹力的推動而成藏，近源分布且不受浮力作用，反映了活塞式的運聚特征，與根緣氣具有相同的形成機理；如果天然氣生成量繼續(xù)增加，則裂隙彼此連通構(gòu)成較大的裂縫網(wǎng)絡（運移高速通道），浮力作用促使天然氣以置換方式從泥頁巖層向外運移，為常規(guī)圈閉氣的成藏打開了通道，此時進入第三成藏階段。

影響頁巖氣成藏的主要因素是源巖的有機質(zhì)含量及其生氣作用，而控制天然氣自然產(chǎn)能的主要條件是頁巖中的裂縫發(fā)育程度。因此，頁巖氣成藏并具有工業(yè)價值的基本條件是氣藏埋藏較淺且泥頁巖厚度較大，母質(zhì)豐富且生氣強度較大以及裂縫發(fā)育等。在中國，許多盆地具有頁巖氣成藏條件，如西部地區(qū)的吐哈、塔里木和準噶爾盆地等，中部地區(qū)的四川和鄂爾多斯盆地等，東部地區(qū)的松遼和渤海灣盆地等［16］。

5.2成藏條件

5.2.1干熱巖成藏條件

干熱巖勘探是深部地質(zhì)勘探，與水熱型地熱勘探和水文地質(zhì)勘探工作有差別，要著重尋找?guī)r體放射性元素豐度高、巖體完整、破壞性小的燕山期巨型花崗巖體。

（1）巖體的放射性元素豐度。中國東南地區(qū)的巖石中，花崗巖的生熱率是最高的（見表2）。

表2　中國東南地區(qū)巖石生熱率

（2）燕山期晚期花崗巖。根據(jù)鄰近區(qū)域——南嶺各期花崗巖的生熱率來看，燕山期花崗巖的生熱率最高（見表3）。

表3　南嶺各期次花崗巖放射性元素含量及生熱率

（3）巨型巖體。因干熱巖熱源主要來自深部放射源元素衰變，須是分布達數(shù)十平方公里的巨型巖體才能夠聚集熱量且加以保存。若不具備這種條件，即使熱源滿足前兩項條件，發(fā)電利用價值也不夠大。故應在滿足前兩項條件基礎上，選擇巨型巖體。

（4）巖體的完整性好，破壞性小。對于傳統(tǒng)水熱型地熱資源，熱能的載體孔隙水開采后的補給和加熱率很慢，因此資源量概算一般基于留存水層的最大允許沉降量（ 陳墨香等，1994），故需要有斷裂通過裂隙水的循環(huán)將熱量帶上來。而干熱巖發(fā)電需要熱源穩(wěn)定持續(xù)，故需要尋找完整性好且破壞性小的巖體，從而提供源源不斷的熱能。另外，由于干熱巖循環(huán)送熱的特點，熱消耗速度直接取決于周圍巖體對壓裂部分的補給速度，因此在實際開采中通過多井輪采等手段進一步提升可采資源量。

5.2.2頁巖氣藏條件

（1）沉積盆地環(huán)境

①晚古代盆地條件分析。頁巖氣成藏有利區(qū)域在陸相盆地中，湖沼相和三角洲相沉積產(chǎn)物一般是頁巖氣成藏的最好條件，但通常位于或接近于盆地的沉降—沉積中心處，導致頁巖氣的分布有利區(qū)主要集中于盆地中心處，從天然氣的生成角度分析，生物氣的產(chǎn)生需要厭氧環(huán)境，而熱成因氣的產(chǎn)生也需要較高的溫度條件，因此靠近盆地中心方向是頁巖氣成藏的有利區(qū)域。華南地區(qū)在加里東運動后，在海西期，楊子板塊和華夏陸塊之間發(fā)育了內(nèi)克拉通盆地及陸表海盆地。閩西南坳陷為晚古生代陸表海盆地的東南部分，方向以北東向為主，其東側(cè)為華夏陸塊，棲霞期以后總體為淺水碎屑巖沉積為主。

閩西南晚古生代盆地充填序列沉積相類型較為豐富，主要為障壁島—瀉湖、潮坪、海灣、淺海陸架、碳酸鹽臺地和深海盆地、殘積平原、河流湖泊等。中二疊世早期，海侵達到高潮，棲霞期各地均為碳酸鹽沉積，巖相差異不大。中二疊世晚期（茅口期），茅口期早期—孤峰期，閩西南坳陷各地開始分異，沉積了淺海陸棚泥巖（文筆山組）；之后地殼抬升，明顯海退，由淺海變?yōu)閺V闊的障壁島瀉湖沉積環(huán)境，氣候溫暖濕潤，植物極為繁茂，沉積了厚300m以上的童子巖組一段含煤地層；茅口期中期—冷塢早期，二段地層反映了一次海侵過程的加強，二段底標為富含腕足類的泥質(zhì)灰?guī)r，其上為泥、頁巖。茅口期晚期—冷塢晚期，表現(xiàn)為明顯的海退序列，沉積了厚400m以上的童子巖組三段含煤地層。晚二疊世早期—冷塢末期，由于東吳運動的影響，地殼抬升一度受剝蝕，造成翠屏山組與童子巖組假整合接觸。本期處于陸相沉積環(huán)境，僅有短期海陸交互相出現(xiàn)，形成厚度較大的翠屏山組粗碎屑巖及其上的含煤、砂泥巖沉積。晚二疊世晚期直至早三疊世，本區(qū)又開始新的海侵，處于淺海沉積環(huán)境，腕足類、頭足類繁生，造成大隆組富含海相生物化石的粉砂巖夾透鏡狀灰?guī)r沉積；與此同時，龍巖東北部的漳平一帶，水體較深，有孔蟲大量出現(xiàn)，造成長興灰?guī)r、硅質(zhì)巖和泥質(zhì)巖沉積。

頁巖氣藏形成的主體是富有機質(zhì)頁巖，它主要形成于盆地相、大陸斜坡、臺地凹陷等水體相對穩(wěn)定的海洋環(huán)境和深湖相、較深湖相以及部分淺湖相帶的陸相湖盆沉積體系，具有低于風暴浪基面和低氧帶的缺氧厭氧特征，沉積營力基本上通過濁流、泥石流、密度流等懸浮機制完成，屬于靜水深斜坡盆地相。生物成因氣的富集環(huán)境不同于熱成因型頁巖氣。富含有機質(zhì)的淺海地帶，寒冷氣候下鹽度較低、水深較大的極地海域，以及大陸干旱－半干旱的咸水湖泊都是生物成因氣形成的有利沉積環(huán)境；而缺氧和少硫酸鹽是生物氣大量生成的生化環(huán)境。在陸相環(huán)境中，由于淡水湖相鹽度低，缺乏硫酸鹽類礦物，甲烷在靠近地表不深的地帶即可形成。但由于埋得太淺，大部分散失或被氧化，不易形成氣藏。只有在半咸水湖和咸水湖，特別是堿性咸水湖中，可以抑制甲烷菌過早地大量繁殖，同時也有利于有機質(zhì)的保存。埋藏到一定深度后，有機質(zhì)分解，使pH值降低到6.5～7.5范圍時，產(chǎn)甲烷的細菌才能大量繁殖。這時形成的甲烷就比較容易保存，并能在一個條件下聚集成氣藏（見圖3）。

圖3　頁巖氣成藏的有利區(qū)域圖

②成藏地層分析。2008年，國土資源部設立了頁巖氣項目“中國重點地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)域優(yōu)選”，重點研究四川、松遼等盆地和中下?lián)P子中、古生界海相頁巖區(qū)。根據(jù)上述的研究重點區(qū)域，結(jié)合福建省的區(qū)域地質(zhì)條件及構(gòu)造演化特點，古生界中的寒武紀、奧陶紀地層中的泥頁巖變質(zhì)程度高基本上達到千枚巖化—片巖化；志留紀地層缺失；泥盆紀—石炭紀以陸相粗碎屑沉積為主，頂部為碳酸鹽相沉積；侏羅紀之后也以陸相粗碎屑沉積為主，與“中國重點地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)域優(yōu)選”研究結(jié)果對比，不具備含頁巖氣的基本條件。通過對比，具備頁巖氣地層主要賦存地層二疊系、三疊系（見表4）。

表4　各主要有利層段厚度

除上述主要層段外，應綜合考慮晚三疊系的大坑組（焦坑組）、文賓山組、及二疊系的翠屏山組地層，上述地層同樣夾有泥頁巖層段。

（2）地球化學條件。頁巖層的地球化學特征是頁巖氣成藏的主要控制因素，包括有機碳含量、干酪根類型、熱演化程度等，直接影響頁巖氣的成藏。有機碳是頁巖生氣的物質(zhì)基礎，決定頁巖的生烴能力，孔隙發(fā)育決定了頁巖的吸附氣大小，并且是頁巖孔隙空間增加的重要因素之一，決定頁巖新增游離氣的能力。

（3）上覆蓋層厚度對成藏的影響。研究資料表明，上覆蓋層對頁巖氣的成藏影響較大，上部蓋層厚有利頁巖氣的保存，一般評價頁巖氣的區(qū)域要求深度大于800m以上。

（4）構(gòu)造對頁巖氣成藏的影響。構(gòu)造作用對頁巖氣的生成和聚集有著重要的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①構(gòu)造作用能夠直接影響頁巖的沉積作用和成巖作用，進而對頁巖的生烴過程和儲集性能產(chǎn)生影響；

②構(gòu)造作用會造成頁巖地層的抬升和下降，從而控制頁巖氣的成藏過程；

③構(gòu)造作用可以產(chǎn)生裂縫，從而有效改善頁巖的儲集性能，對儲層滲透率的改善尤其明顯。另外，雖然頁巖氣成藏不需要圈閉條件，但圈閉的存在能夠提高頁巖密閉性，構(gòu)成最有效的封閉條件。

5.3資源潛力分析

5.3.1干熱巖資源潛力分析

干熱巖所蘊含的地熱資源量取決于干熱巖的溫度及干熱巖巖石的熱物性。干熱巖地熱資源總量或稱資源基數(shù)Q就是低孔滲（忽略巖石中流體的儲熱量）巖石介質(zhì)中所賦存的熱量，計算公式如下：

其中，ρ 為巖石密度，Cp為巖石比熱，V 為巖石體體積，T 為特定深度上的巖石溫度，T0為地表平均溫度或特定參考溫度。鑒于現(xiàn)階段鉆探技術水平和地熱資源的經(jīng)濟開采深度，目前干熱巖的評價深度限于地殼淺部10km 以內(nèi)。通常在一個獨立的水文地質(zhì)單元內(nèi)，地形起伏的相對高差在3km 左右，于是天然水熱型地熱系統(tǒng)中地下水的循環(huán)深度在3km 左右，亦即地殼淺部水熱型地熱資源主要存在于3km 以淺。此外，在以熱傳導為主的非火山活動區(qū)，3km 以淺的地殼表層不可能具有較高溫的干熱巖，因此，通常將干熱巖評價的深度范圍限定在3km～10km。無論從鉆井的深度，還是鉆井的密度而言，深部溫度不能完全直接進行測量，而只能依據(jù)鉆井溫度測量和巖石熱物性測試結(jié)果，基于穩(wěn)態(tài)熱傳導理論進行深部溫度的計算，從而獲得深部溫度及干熱巖熱儲量。進行干熱巖地熱資源量評價的直接參數(shù)是深部溫度，而決定不同深度（z）溫度分布的參數(shù)包括：地表溫度T0，地表熱流q0，巖石生熱率K，巖石生熱率A。其中，地表溫度可以由地表多年平均氣溫得到，地表熱流則來自鉆井溫度和巖石熱導率測量，在一維穩(wěn)態(tài)熱傳導條件下，對于均勻?qū)訝畹某练e巖分布區(qū)， 其單層內(nèi)熱導率和生熱率可以近似為常數(shù)，依不同巖性取其實測平均值即可，相應的深部溫度可由下式進行計算：

而對于深變質(zhì)巖和火成巖分布區(qū)，熱導率依然可以視巖性分別取值，但生熱率則不然，由于高溫條件下較強的地球化學分異，放射性生熱元素（U、Th、K）會向淺部富集，從而隨深度呈指數(shù)衰減［2］。

其中，D 為放射性生熱元素富集層的厚度；A0為地表生熱率（A0= 10-5×ρ×（9.52 ×CU+ 2.56×CTh+ 3.48×CK））。對應的深部溫度為：

汪集旸根據(jù)所獲得的深部溫度結(jié)果，采取體積法計算了中國大陸地區(qū)（未含臺灣）干熱巖地熱資源量。計算時，垂向上以1km厚度的板片為單位，分別計算3km～10km深度段的干熱巖地熱資源量，總計為20.9×106EJ，合714.9×1012t標準煤。其中，中國東南地區(qū)（福建、廣東）1.73×106EJ，合58.9×1012t標準煤［2］。

5.3.2頁巖氣資源潛力分析

（1）根據(jù)成藏地層潛力分析，在海西期，楊子板塊和華夏陸塊之間發(fā)育了內(nèi)克拉通盆地及陸表海盆地。閩西南坳陷為晚古生代陸表海盆地的東南部分，自中二疊世早期至早三疊世，閩西南凹陷帶經(jīng)歷了數(shù)次長時間的海侵—海退旋回過程，形成了海相—海陸交互相的厚層沉積層，充填序列沉積相類型較為豐富，具有多種類型的有機質(zhì)埋藏歷史，是具有生烴潛力的良好目標層。

（2）成藏構(gòu)造分區(qū)分析，福建省內(nèi)寒武紀、奧陶紀的泥頁巖變質(zhì)程度高，志留紀地層缺失，泥盆紀—石炭紀及侏羅系紀之后均以陸相粗碎屑沉積為主，依據(jù)“中國重點地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)域優(yōu)選”評價標準，將閩西南坳陷的二疊紀、三疊紀地層確定為我省頁巖氣資源預測區(qū)和有利區(qū)進行評價，重點工作區(qū)應放在永安加福向斜及龍永煤田撫市向斜原煤田勘查區(qū)域。由于福建地質(zhì)構(gòu)造復雜，地層受巖體破壞嚴重，福建頁巖氣資源分布范圍受限，資源潛力不容樂觀。

6　福建省非常規(guī)能源（干熱巖、頁巖氣）發(fā)展的戰(zhàn)略任務

國務院最近出臺《關于支持福建省深入實施生態(tài)省戰(zhàn)略加快生態(tài)文明先行示范區(qū)建設的若干意見》，明確了我省創(chuàng)建生態(tài)文明先行示范區(qū)的指導思想、戰(zhàn)略定位、主要目標任務，賦予了一系列優(yōu)惠政策。福建化石能源主要依賴外調(diào)；傳統(tǒng)能源的使用對大氣的污染、環(huán)境的破壞無疑起著主導作用；因此，尋找和使用除了太陽能、風能等清潔、可再生的新型能源成為大勢所趨。在本區(qū)域內(nèi)開展頁巖氣、干熱巖調(diào)查與評價具有重要的意義，下一階段要開展地方需求分析與頁巖氣地質(zhì)條件分析研究，系統(tǒng)開展頁巖氣調(diào)查評價工作，評價閩西南地區(qū)頁巖氣潛力和資源量，掌握閩西南地區(qū)頁巖氣資源家底，力爭獲得勘探突破。針對我省重點地區(qū)福州、廈門、泉州、漳州、莆田等沿海地區(qū)和城市，開展干熱巖地質(zhì)條件分析研究，每個城市優(yōu)選1～2處開展勘查工作，實現(xiàn)干熱巖勘查突破，有效服務地方經(jīng)濟發(fā)展。

7　我省非常規(guī)能源學科發(fā)展的戰(zhàn)略對策

7.1結(jié)合社會發(fā)展實際，明確學科定位

非常規(guī)能源學科發(fā)展應明確定位為尋找清潔能源，為地方經(jīng)濟社會發(fā)展，項目設置時要面向地方需求，提升綜合服務水平，才能得到長足發(fā)展。

7.2重視人才隊伍建設，提高學科水平

重視不同地勘單位之間以及地勘單位與院校、與地方的人才資源整合，優(yōu)勢互補。非常規(guī)能源學科是一個交叉學科，我省目前非常規(guī)能源專業(yè)人才比較緊缺。要大力引進人才，發(fā)揮人才作用，設置非常規(guī)能源專業(yè)科技帶頭人，在分配制度、晉升獎勵等方面向非常規(guī)能源專業(yè)人才傾斜。進一步加強學術隊伍建設、人才培養(yǎng)、科學研究、學術交流等，保證學科建設的連續(xù)性、發(fā)展性、創(chuàng)新性。

7.3推進非常規(guī)能源多種勘查技術手段運用，提高分析測試技術水平

非常規(guī)能源調(diào)查雖然也有基礎地質(zhì)相關的勘查手段，但與傳統(tǒng)地質(zhì)找礦不一樣，應多運用地球物理，特別是重力剖面測量、大地電磁法、二維地震、遙感技術，最大限度地實現(xiàn)不同技術之間的融合。同時，深部鉆探技術方面也急需提高，單個鉆探深達4000m，需要提高深部鉆探技術研發(fā)和使用拓展。

7.4加大資金支持，促進非常規(guī)能源突破

加大各類財政資金支持，在非常規(guī)能源資源勘探上，應堅定信心，尋找優(yōu)質(zhì)資源區(qū)、富集區(qū)，并進行先導性勘探開發(fā)，總結(jié)規(guī)律，創(chuàng)新地質(zhì)理論，改進提高現(xiàn)有勘查技術方法，優(yōu)化現(xiàn)有工藝技術，解決重大技術難題，促進非常規(guī)能源勘查突破。

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課題組成員：袁寧 王仁山 施志強 鄧瑞錦 林峰杰

主要執(zhí)筆人：

1. 王仁山，福建省煤田地質(zhì)局科技處，教授級高工；

2. 施志強，福建省煤田地質(zhì)局地勘處，高級工程師；

3. 鄧瑞錦，福建省煤田地質(zhì)勘查院，高級工程師；

4. 林峰杰，福建省121地質(zhì)大隊，工程師。