江蘇興化干熱巖地熱資源探測、開發利用潛力與對策

金曉暉

（江蘇省興化市興東鎮人民政府，江蘇興化 225700）

0 引言

干熱巖地熱資源是一種新興的地熱能源。干熱巖的溫度通常在200℃以上，埋藏在地下數千米的位置，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。干熱巖地熱資源的熱儲很高，分布較為廣泛，因此其開發潛力巨大，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熱資源的國家。英國、法國和德國于1987年進行了較大規模干熱巖地熱資源的研究，提升了干熱巖地熱資源開發技術水平。干熱巖地熱資源開發技術于1990年后被實際應用，當時澳大利亞、俄羅斯、新西蘭等多個國家都陸續開展干熱巖地熱資源的研究和開發工作[1]。我國在當時還沒有開始系統地研究干熱巖地熱資源探測開發，但通過天然氣鉆探、石油鉆探等地質勘查工作，預估我國的干熱巖地熱資源較為豐富，開發潛力巨大，發展前景廣闊。近年來，江蘇省一直結合自身特點進行新能源的研究開發利用，而相關資料也證實江蘇省北部盆地地區地下層中蘊藏的干熱巖地熱資源十分豐富。另外，江蘇省泰州地區已經發現蘊藏十分豐富的頁巖氣，正在進行頁巖氣探測開發。頁巖氣的探測開發研究對發展干熱巖地熱資源有良好的促進作用，能夠為干熱巖地熱資源的探測開發提供技術經驗。

1 我國江蘇省興化市干熱巖地熱資源的開發利用潛力

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

江蘇省第一個干熱巖地熱資源勘測驗證孔地址在興化市，名為“蘇熱1號”，于2021年1月底成功實現完井。該驗證孔深度大約為4700 m，井底溫度大約在155℃，如今已經順利勘探獲得碳酸鹽巖熱儲層。“蘇熱1號”是江蘇省干熱巖地熱資源勘測工作中的重大項目，取得了重大的突破，首次證實了江蘇省北部盆地地區地下層中蘊藏的干熱巖地熱資源十分豐富[3]。江蘇省成為第4個勘測出干熱巖地熱資源的省份。根據勘測結果推測，江蘇北部盆地地區的干熱巖地熱資源折合成標準煤量大約為885億t，按照可開采率2%計算能夠得出約17.7億t標準煤量。以江蘇省2019年的能源消耗總量為基準計算，江蘇北部盆地地區的干熱巖地熱資源開采總量大約是其能源消耗總量的5.5倍。江蘇省泰州地區的干熱巖地熱資源折合成標準煤量約為196億t，以江蘇省2020年能源消耗總量為基準計算，泰州地區的干熱巖地熱資源開采總量大約是其能源消耗總量的60倍[4]。可以說，開發利用干熱巖地熱資源，對于緩解江蘇省能源緊缺、優化能源結構、應對碳達峰、保護生態環境都十分有利，而“蘇熱1號”對于興化市、泰州市以及江蘇省應對“碳達峰”具有重要意義。

隨著江蘇省經濟和科技的快速發展，省內地熱資源開發利用技術逐漸趨于成熟，干熱巖地熱資源開發利用正漸入佳境。江蘇省自然資源廳投入4630萬元資金支持2021—2022年度干熱巖地熱資源項目，江蘇省科技廳也投入3000萬元資金支持干熱巖地熱資源開發技術的研究[5]。為了深入推進興化市地熱資源開發利用，通過政府主導、有效規劃、政策支持等方式，加強規劃布局，進一步發揮干熱巖地熱資源開發利用的巨大潛力，從而進行規模化的開發利用。

2 干熱巖地熱資源探測、開發利用相關對策

2.1 增加資金和人才投入

2.1.1 爭取國家科研撥款

干熱巖地熱資源勘測開發項目屬于國家重大基礎科技攻關項目，“蘇熱1號”是江蘇省及興化市政府大力倡導的重大科技創新項目。項目建設需要充足的資金，必須做好項目立項、調研報告等準備工作，制定科學合理的探測工作方案，將產學研團隊的作用充分發揮出來，以此讓項目申報通過上級批準，爭取盡可能多的財政科研撥款。興化市在進行“蘇熱1號”項目時，做到了精心規劃、精心組織、精心施工，圓滿完成了興化市干熱巖地熱資源勘測開發的科研創新任務，實現了社會和經濟效益目標，為興化市以及江蘇省發展環保節能綠色低碳經濟提供了良好的資源條件。因此，興化市后續進行干熱巖地熱資源探測開發項目時，也應當做好充足的準備工作，做好項目立項，爭取國家政府的科研撥款。

2.1.2 建立產學研科研團隊

干熱巖地熱資源探測和開發工作具有極強的專業性和綜合性，需要工作人員具備專業的力學、地質、地熱、地震、數學、核能、地震化學、地震物理等多方面的知識。在項目的開發團隊中既需要有年齡較大、經驗豐富的人才，也需要搭配中年、青年等創新性人才，從而形成一個產學研科研團隊，老中青年人才搭配在一起進行研究工作，才能碰撞出火花和成果，為興化市及江蘇省的干熱巖地熱資源勘測開發獻力。政府應當給予充分的政策支持，營造良好的研究環境，吸引更多優秀的科技人才參與興化市干熱巖地熱資源勘測開發的研究和實踐中。

2.2 選擇并實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世界上任何地方的地下地熱能源，并且探測和開發難度較大，對設備和技術要求高，施工效率低，工期時間長，成本也較高。但現階段的技術及設備難以滿足地下地熱能源勘測開發需求，必須探索有效的策略來突破技術、設備條件的局限性。因此，要想突破這一瓶頸應當找尋埋藏淺的高溫地熱資源，勘測開采難度小、成本較低、熱儲量豐富的高溫熱儲區。而在尋找優質的高溫熱儲分布區，應當充分考慮干熱巖地熱資源的特點，例如，分布不均，埋藏深度具有較大的差異性。想要實現干熱巖地熱資源的有效開發，需要采用綜合探測方式，如地球物理綜合探測、鉆探探測、地熱地質探測、地球化學探測、人工源深部地震探測等多種高水平技術[6]。而根據實際情況來看，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成為全球最科學有效、成本最低的探測方式，是我國在勘測開發干熱巖地熱資源的有效方式，同時，地震研究、天然氣勘測、礦床勘測等領域也在應用該探測方式。

在研究興化市干熱巖地熱能資源過程中應用以上探測方式，能夠有效了解地下深處的精細結構和物質動力響應和運移軌跡，了解興化市干熱巖地熱資源的熱通、熱蓋、熱儲等重要信息。總體來說，選擇和實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對興化市地下的高溫熱儲位置有準確、清晰、全面的了解，是選擇深孔開采靶區的必要條件。完成綜合地球物理探測，選擇好深孔開采靶區，最后才能夠驗證深孔。開展探測工作過程中，必須秉承認真、嚴謹、耐心的態度，細致地進行深孔探測，同時應當減少勘測過程中的資源浪費，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

根據實際情況，結合興化市已有基本的地質資料，包括水文、地熱地質、地球化學、地球物理等資料。如果能夠收集該地地質方面的詳細資料，由此進行綜合深入分析，從前人的探測資料和研究成果探究出規律性，再結合現代化技術分析探測方式的劣勢和探測資料的不足之處，從而對前人的探測資料進行驗證和補充，科學合理地保留資料內容，從而減少探測的工作量，降低探測開發成本，縮短探測耗時，提升探測效率和探測精度。

2.4 制定嚴謹的探測工作方案

在興化市的干熱巖地熱資源探測和開發工作中，首先要結合該項目的任務和目的，在干熱巖地熱系統和減震防震工作中應用動力學和地球物理學理論知識，建立興化市地殼內巖漿房、地幔、軟流層、磁性、重力差異、電性結構等地球物理標志，對興化市區域內的地球深部精細結構相關的工作內容進行規劃，制定地球深部構造和地殼內巖漿房等內容的探測方案。基于此，在前人資料的基礎上進行抽樣復查、驗證、補充，保留有用的資料，舍棄無用資料，從而提升探測效率。例如，在進行探測剖面布置的工作過程中，需要從橫、縱兩個方向布置探測剖面。此時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容，依據本次探測工作的規范和設計要求重新布置地下深處物力探測點，如震、磁、電、重等探測，從而基本掌握興化市區域地球內部的三維精細結構、地球深部內部構造以及地殼內部巖漿房的分布等。

在此基礎上，興化市地區已經探測到熱儲量大、溫度高、利用價值、規模大的巖漿房分布區，確定了地球深處地殼內巖漿房和高溫熱儲的具體位置，由此進行了準確具體的深孔孔位施工，驗證了“蘇熱1號”的精細結構、溫度、熱儲位置、規模等內容。人工源深部地震探測等方式對于勘測干熱巖地熱資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勘測干熱巖地熱資源來說就像是在做CT檢查，通過多樣化的探測方式準確勘測出地熱資源的位置，從而以此為依據進行深孔探采。另外，還應當重視搜尋高溫熱儲分布區和地幔熱源分布區，根據相應的計算公式推出下部巖漿房的溫度范圍，掌握高溫熱儲和地幔熱源的平面分布范圍等數據。依據巖漿房和地震震源區之間的規律性特征，如大地震震源區附近埋深10～20 km的地方可能會有巖漿房分布區，以此判斷該區域是否具有豐富的地熱資源。江蘇省位于郯廬地震帶上，是我國東部地區的一條強烈地震活動帶，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。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，在選擇干熱巖地熱資源靶區時可以結合地震觀測歷史資料，選擇曾經發生過5級以上大地震的震中區，探測干熱巖地熱資源豐富的區域。

3 結語

如今，全球范圍內普遍存在能源緊缺的問題，需要優化能源結構。我國具有豐富的地熱資源，同時也有巨大的市場需求和開發利用潛力，具有廣闊的發展應用前景。江蘇省北部發現了豐富的干熱巖地熱資源，對于緩解江蘇省乃至全國的能源緊缺、優化能源結構、應對碳達峰、保護生態環境都十分有利。興化市近年來在干熱巖地熱資源探測開發方面取得了重大突破，開展干熱巖地熱資源探測，開發利用過程中應當增加資金和人才投入，選擇并實施地球深部探測工程，收集分析前人歷史探測資料和成果，制定嚴謹的探測工作方案，全面推進江蘇省干熱巖地熱資源的開發建設。