江蘇興化干熱巖地?zé)豳Y源探測、開發(fā)利用潛力與對(duì)策

金曉暉

（江蘇省興化市興東鎮(zhèn)人民政府，江蘇興化 225700）

0 引言

干熱巖地?zé)豳Y源是一種新興的地?zé)崮茉?。干熱巖的溫度通常在200℃以上，埋藏在地下數(shù)千米的位置，是一種高溫巖體。該巖體的滲透性和空隙度較小，因此內(nèi)部沒有流體或只有少量流體。要想開采干熱巖中的熱量，需要以人工壓裂的方式。干熱巖地?zé)豳Y源的熱儲(chǔ)很高，分布較為廣泛，因此其開發(fā)潛力巨大，具有廣闊的市場前景。美國于1974年鉆了第一眼干熱巖深井，是最早研究干熱巖地?zé)豳Y源的國家。英國、法國和德國于1987年進(jìn)行了較大規(guī)模干熱巖地?zé)豳Y源的研究，提升了干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)技術(shù)水平。干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)技術(shù)于1990年后被實(shí)際應(yīng)用，當(dāng)時(shí)澳大利亞、俄羅斯、新西蘭等多個(gè)國家都陸續(xù)開展干熱巖地?zé)豳Y源的研究和開發(fā)工作[1]。我國在當(dāng)時(shí)還沒有開始系統(tǒng)地研究干熱巖地?zé)豳Y源探測開發(fā)，但通過天然氣鉆探、石油鉆探等地質(zhì)勘查工作，預(yù)估我國的干熱巖地?zé)豳Y源較為豐富，開發(fā)潛力巨大，發(fā)展前景廣闊。近年來，江蘇省一直結(jié)合自身特點(diǎn)進(jìn)行新能源的研究開發(fā)利用，而相關(guān)資料也證實(shí)江蘇省北部盆地地區(qū)地下層中蘊(yùn)藏的干熱巖地?zé)豳Y源十分豐富。另外，江蘇省泰州地區(qū)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏十分豐富的頁巖氣，正在進(jìn)行頁巖氣探測開發(fā)。頁巖氣的探測開發(fā)研究對(duì)發(fā)展干熱巖地?zé)豳Y源有良好的促進(jìn)作用，能夠?yàn)楦蔁釒r地?zé)豳Y源的探測開發(fā)提供技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1 我國江蘇省興化市干熱巖地?zé)豳Y源的開發(fā)利用潛力

干熱巖地?zé)豳Y源屬于地?zé)豳Y源的一種，通常位于地下層3000 m以下，多處在臺(tái)灣、云南和西藏等地的地?zé)釒е?。根?jù)中科院專家的測算，我國地下3000～10 000 m的干熱巖地?zé)豳Y源總量大約為2.09×107EJ，按照可開采量2%計(jì)算，以我國2010年能源消耗總量為基準(zhǔn)計(jì)算，干熱巖地?zé)豳Y源開采總量大約是我國能源消耗總量的4400倍[2]。東北地區(qū)的松遼盆地、華北地區(qū)的渤海灣盆地、浙江至廣東的東南沿海地區(qū)，云南西部的騰沖地區(qū)、西藏南部地區(qū)等地方都是我國開采干熱巖地?zé)豳Y源的有利靶區(qū)。

江蘇省第一個(gè)干熱巖地?zé)豳Y源勘測驗(yàn)證孔地址在興化市，名為“蘇熱1號(hào)”，于2021年1月底成功實(shí)現(xiàn)完井。該驗(yàn)證孔深度大約為4700 m，井底溫度大約在155℃，如今已經(jīng)順利勘探獲得碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層?！疤K熱1號(hào)”是江蘇省干熱巖地?zé)豳Y源勘測工作中的重大項(xiàng)目，取得了重大的突破，首次證實(shí)了江蘇省北部盆地地區(qū)地下層中蘊(yùn)藏的干熱巖地?zé)豳Y源十分豐富[3]。江蘇省成為第4個(gè)勘測出干熱巖地?zé)豳Y源的省份。根據(jù)勘測結(jié)果推測，江蘇北部盆地地區(qū)的干熱巖地?zé)豳Y源折合成標(biāo)準(zhǔn)煤量大約為885億t，按照可開采率2%計(jì)算能夠得出約17.7億t標(biāo)準(zhǔn)煤量。以江蘇省2019年的能源消耗總量為基準(zhǔn)計(jì)算，江蘇北部盆地地區(qū)的干熱巖地?zé)豳Y源開采總量大約是其能源消耗總量的5.5倍。江蘇省泰州地區(qū)的干熱巖地?zé)豳Y源折合成標(biāo)準(zhǔn)煤量約為196億t，以江蘇省2020年能源消耗總量為基準(zhǔn)計(jì)算，泰州地區(qū)的干熱巖地?zé)豳Y源開采總量大約是其能源消耗總量的60倍[4]。可以說，開發(fā)利用干熱巖地?zé)豳Y源，對(duì)于緩解江蘇省能源緊缺、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰、保護(hù)生態(tài)環(huán)境都十分有利，而“蘇熱1號(hào)”對(duì)于興化市、泰州市以及江蘇省應(yīng)對(duì)“碳達(dá)峰”具有重要意義。

隨著江蘇省經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，省內(nèi)地?zé)豳Y源開發(fā)利用技術(shù)逐漸趨于成熟，干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用正漸入佳境。江蘇省自然資源廳投入4630萬元資金支持2021—2022年度干熱巖地?zé)豳Y源項(xiàng)目，江蘇省科技廳也投入3000萬元資金支持干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)技術(shù)的研究[5]。為了深入推進(jìn)興化市地?zé)豳Y源開發(fā)利用，通過政府主導(dǎo)、有效規(guī)劃、政策支持等方式，加強(qiáng)規(guī)劃布局，進(jìn)一步發(fā)揮干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)利用的巨大潛力，從而進(jìn)行規(guī)?；拈_發(fā)利用。

2 干熱巖地?zé)豳Y源探測、開發(fā)利用相關(guān)對(duì)策

2.1 增加資金和人才投入

2.1.1 爭取國家科研撥款

干熱巖地?zé)豳Y源勘測開發(fā)項(xiàng)目屬于國家重大基礎(chǔ)科技攻關(guān)項(xiàng)目，“蘇熱1號(hào)”是江蘇省及興化市政府大力倡導(dǎo)的重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)需要充足的資金，必須做好項(xiàng)目立項(xiàng)、調(diào)研報(bào)告等準(zhǔn)備工作，制定科學(xué)合理的探測工作方案，將產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)的作用充分發(fā)揮出來，以此讓項(xiàng)目申報(bào)通過上級(jí)批準(zhǔn)，爭取盡可能多的財(cái)政科研撥款。興化市在進(jìn)行“蘇熱1號(hào)”項(xiàng)目時(shí)，做到了精心規(guī)劃、精心組織、精心施工，圓滿完成了興化市干熱巖地?zé)豳Y源勘測開發(fā)的科研創(chuàng)新任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)，為興化市以及江蘇省發(fā)展環(huán)保節(jié)能綠色低碳經(jīng)濟(jì)提供了良好的資源條件。因此，興化市后續(xù)進(jìn)行干熱巖地?zé)豳Y源探測開發(fā)項(xiàng)目時(shí)，也應(yīng)當(dāng)做好充足的準(zhǔn)備工作，做好項(xiàng)目立項(xiàng)，爭取國家政府的科研撥款。

2.1.2 建立產(chǎn)學(xué)研科研團(tuán)隊(duì)

干熱巖地?zé)豳Y源探測和開發(fā)工作具有極強(qiáng)的專業(yè)性和綜合性，需要工作人員具備專業(yè)的力學(xué)、地質(zhì)、地?zé)?、地震、?shù)學(xué)、核能、地震化學(xué)、地震物理等多方面的知識(shí)。在項(xiàng)目的開發(fā)團(tuán)隊(duì)中既需要有年齡較大、經(jīng)驗(yàn)豐富的人才，也需要搭配中年、青年等創(chuàng)新性人才，從而形成一個(gè)產(chǎn)學(xué)研科研團(tuán)隊(duì)，老中青年人才搭配在一起進(jìn)行研究工作，才能碰撞出火花和成果，為興化市及江蘇省的干熱巖地?zé)豳Y源勘測開發(fā)獻(xiàn)力。政府應(yīng)當(dāng)給予充分的政策支持，營造良好的研究環(huán)境，吸引更多優(yōu)秀的科技人才參與興化市干熱巖地?zé)豳Y源勘測開發(fā)的研究和實(shí)踐中。

2.2 選擇并實(shí)施地球深部探測工程

僅靠入地鉆探工程不能有效勘測開發(fā)世界上任何地方的地下地?zé)崮茉矗⑶姨綔y和開發(fā)難度較大，對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求高，施工效率低，工期時(shí)間長，成本也較高。但現(xiàn)階段的技術(shù)及設(shè)備難以滿足地下地?zé)崮茉纯睖y開發(fā)需求，必須探索有效的策略來突破技術(shù)、設(shè)備條件的局限性。因此，要想突破這一瓶頸應(yīng)當(dāng)找尋埋藏淺的高溫地?zé)豳Y源，勘測開采難度小、成本較低、熱儲(chǔ)量豐富的高溫?zé)醿?chǔ)區(qū)。而在尋找優(yōu)質(zhì)的高溫?zé)醿?chǔ)分布區(qū)，應(yīng)當(dāng)充分考慮干熱巖地?zé)豳Y源的特點(diǎn)，例如，分布不均，埋藏深度具有較大的差異性。想要實(shí)現(xiàn)干熱巖地?zé)豳Y源的有效開發(fā)，需要采用綜合探測方式，如地球物理綜合探測、鉆探探測、地?zé)岬刭|(zhì)探測、地球化學(xué)探測、人工源深部地震探測等多種高水平技術(shù)[6]。而根據(jù)實(shí)際情況來看，人工源深部地震探測是其中最重要的一種探測方式，通常在磁場、電場、重力場等綜合探測方式的輔助下使用。人工源深部地震探測已經(jīng)成為全球最科學(xué)有效、成本最低的探測方式，是我國在勘測開發(fā)干熱巖地?zé)豳Y源的有效方式，同時(shí)，地震研究、天然氣勘測、礦床勘測等領(lǐng)域也在應(yīng)用該探測方式。

在研究興化市干熱巖地?zé)崮苜Y源過程中應(yīng)用以上探測方式，能夠有效了解地下深處的精細(xì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)動(dòng)力響應(yīng)和運(yùn)移軌跡，了解興化市干熱巖地?zé)豳Y源的熱通、熱蓋、熱儲(chǔ)等重要信息?？傮w來說，選擇和實(shí)施入地工程離不開綜合地球物理探測。通過綜合地球物理探測能夠?qū)εd化市地下的高溫?zé)醿?chǔ)位置有準(zhǔn)確、清晰、全面的了解，是選擇深孔開采靶區(qū)的必要條件。完成綜合地球物理探測，選擇好深孔開采靶區(qū)，最后才能夠驗(yàn)證深孔。開展探測工作過程中，必須秉承認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)、耐心的態(tài)度，細(xì)致地進(jìn)行深孔探測，同時(shí)應(yīng)當(dāng)減少勘測過程中的資源浪費(fèi)，降低不必要的開采成本。

2.3 收集分析前人歷史探測資料和成果

根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合興化市已有基本的地質(zhì)資料，包括水文、地?zé)岬刭|(zhì)、地球化學(xué)、地球物理等資料。如果能夠收集該地地質(zhì)方面的詳細(xì)資料，由此進(jìn)行綜合深入分析，從前人的探測資料和研究成果探究出規(guī)律性，再結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)分析探測方式的劣勢和探測資料的不足之處，從而對(duì)前人的探測資料進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充，科學(xué)合理地保留資料內(nèi)容，從而減少探測的工作量，降低探測開發(fā)成本，縮短探測耗時(shí)，提升探測效率和探測精度。

2.4 制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶綔y工作方案

在興化市的干熱巖地?zé)豳Y源探測和開發(fā)工作中，首先要結(jié)合該項(xiàng)目的任務(wù)和目的，在干熱巖地?zé)嵯到y(tǒng)和減震防震工作中應(yīng)用動(dòng)力學(xué)和地球物理學(xué)理論知識(shí)，建立興化市地殼內(nèi)巖漿房、地幔、軟流層、磁性、重力差異、電性結(jié)構(gòu)等地球物理標(biāo)志，對(duì)興化市區(qū)域內(nèi)的地球深部精細(xì)結(jié)構(gòu)相關(guān)的工作內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃，制定地球深部構(gòu)造和地殼內(nèi)巖漿房等內(nèi)容的探測方案?；诖耍谇叭速Y料的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽樣復(fù)查、驗(yàn)證、補(bǔ)充，保留有用的資料，舍棄無用資料，從而提升探測效率。例如，在進(jìn)行探測剖面布置的工作過程中，需要從橫、縱兩個(gè)方向布置探測剖面。此時(shí)則可以充分利用前人資料，在探測剖面線上投影前人的探測內(nèi)容，依據(jù)本次探測工作的規(guī)范和設(shè)計(jì)要求重新布置地下深處物力探測點(diǎn)，如震、磁、電、重等探測，從而基本掌握興化市區(qū)域地球內(nèi)部的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)、地球深部內(nèi)部構(gòu)造以及地殼內(nèi)部巖漿房的分布等。

在此基礎(chǔ)上，興化市地區(qū)已經(jīng)探測到熱儲(chǔ)量大、溫度高、利用價(jià)值、規(guī)模大的巖漿房分布區(qū)，確定了地球深處地殼內(nèi)巖漿房和高溫?zé)醿?chǔ)的具體位置，由此進(jìn)行了準(zhǔn)確具體的深孔孔位施工，驗(yàn)證了“蘇熱1號(hào)”的精細(xì)結(jié)構(gòu)、溫度、熱儲(chǔ)位置、規(guī)模等內(nèi)容。人工源深部地震探測等方式對(duì)于勘測干熱巖地?zé)豳Y源來說就像是在做磁共振檢查，綜合地球物理探測等探測方式對(duì)勘測干熱巖地?zé)豳Y源來說就像是在做CT檢查，通過多樣化的探測方式準(zhǔn)確勘測出地?zé)豳Y源的位置，從而以此為依據(jù)進(jìn)行深孔探采。另外，還應(yīng)當(dāng)重視搜尋高溫?zé)醿?chǔ)分布區(qū)和地幔熱源分布區(qū)，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式推出下部巖漿房的溫度范圍，掌握高溫?zé)醿?chǔ)和地幔熱源的平面分布范圍等數(shù)據(jù)。依據(jù)巖漿房和地震震源區(qū)之間的規(guī)律性特征，如大地震震源區(qū)附近埋深10～20 km的地方可能會(huì)有巖漿房分布區(qū)，以此判斷該區(qū)域是否具有豐富的地?zé)豳Y源。江蘇省位于郯廬地震帶上，是我國東部地區(qū)的一條強(qiáng)烈地震活動(dòng)帶，該地震帶包括從宿遷至鐵嶺的遼寧、河北、山東、江蘇等省的大部或部分地區(qū)。因此，搜集、整理、分析、研究興化市以及江蘇全省的地震觀測歷史資料十分必要，在選擇干熱巖地?zé)豳Y源靶區(qū)時(shí)可以結(jié)合地震觀測歷史資料，選擇曾經(jīng)發(fā)生過5級(jí)以上大地震的震中區(qū)，探測干熱巖地?zé)豳Y源豐富的區(qū)域。

3 結(jié)語

如今，全球范圍內(nèi)普遍存在能源緊缺的問題，需要優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。我國具有豐富的地?zé)豳Y源，同時(shí)也有巨大的市場需求和開發(fā)利用潛力，具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。江蘇省北部發(fā)現(xiàn)了豐富的干熱巖地?zé)豳Y源，對(duì)于緩解江蘇省乃至全國的能源緊缺、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰、保護(hù)生態(tài)環(huán)境都十分有利。興化市近年來在干熱巖地?zé)豳Y源探測開發(fā)方面取得了重大突破，開展干熱巖地?zé)豳Y源探測，開發(fā)利用過程中應(yīng)當(dāng)增加資金和人才投入，選擇并實(shí)施地球深部探測工程，收集分析前人歷史探測資料和成果，制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶綔y工作方案，全面推進(jìn)江蘇省干熱巖地?zé)豳Y源的開發(fā)建設(shè)。