干热岩成因及勘查

干热岩成因及勘查
胡经国
一、干热岩成因概说
页岩气闻名遐迩，大家都了解。

但是对于干热岩，绝大多数人可能还是第一次听说。

不过，其成因却不难理解。

地球的各种神奇常常超出我们的想象，只因为它就在我们脚下，导致我们并没有过多地意识到。

地球内核温度高达4000℃左右；而一些别的研究显示，内核某些地方的温度甚至高达5400℃。

这也许您觉得这个温度不算什么。

不过，人们知道，太阳的表面温度也才5000多摄氏度而已。

并非只有地心拥有很高的温度，其外层温度也不低。

地球内部的温度，从内到外依次降低；而地幔依据深度的不同，其温度也大约在2700～1200℃之间。

地球内部的热量会向地球表面传递。

于是，钻的井孔越深，孔底的温度就越高，这就是地温梯度——每深1千米的地球温度（地温）增加值。

地壳的平均地温梯度为每千米25℃；也就是说，平均起来，钻探的深度每增加1千米就增加25℃。

25℃看起来很小，但是它只是平均值；很多地方的温度变化远大于25℃，这就是地温梯度异常。

比如说，在中国青海共和盆地钻井钻到3705米时，干热岩温度就上升到236℃了。

干热岩主要是由于地球深处的辐射和固化岩浆的作用，而在地壳中形成和蕴藏的一种不存在水或蒸汽的高温岩体。

干热岩的热能赋存于岩石中。

其中，比较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩以及花岗岩小丘等（Tenzer，2001）。

一般干热岩上覆盖有沉积岩或土层等隔热层。

二、干热岩成因类型
根据地壳结构和成因机制，中国干热岩资源主要可分为以下4大成因类型，即：高放射性产热型、近代火山型、沉积盆地型及强烈构造活动带型。

干热岩各种成因类型的成因机制不同。

1、高放射性产热型
类似于法国Soultz地区及澳大利亚Cooper盆地等高放射性花岗岩体，以及在中国东南沿海地区地表及地壳浅部发育的许多大型中生代酸性花岗岩类岩体。

该类岩体具有较高的放射性产热特征。

在壳源产热和幔源产热均理想的情
况下，大地热流值可超过100μW/m2。

在覆盖层理想的地方，可以获取理想的干热岩资源。

高放射性产热干热岩资源主要集中分布在中国东南沿海，如广东、福建、江西、海南以及广西部分地区，并且以燕山期大范围形成的酸性岩体为赋存体形成干热岩资源区。

2、沉积盆地型
沉积盆地型干热岩资源具有基岩覆盖层较大、表层地温梯度较大、增温稳定的特点。

深部热源向上传导到达覆盖层时，由于沉积覆盖层具有热导率小的特点，因而可阻止热量的散失。

本类干热岩资源虽然地表热流值并不太高，但是由于热量在浅部的聚集，其底部基岩岩体温度可以达到150℃以上。

在中国，沉积盆地型干热岩资源主要分布在关中、咸阳、贵德、共和、东北等由白垩系形成的盆地的下部；由于沉积覆盖层具有较高的地温梯度，因而通常与水热型地热田共生。

3、近代火山型
近代火山型干热岩资源和火山活动密切相关。

国际上很多知名的干热岩资源区均属于这种类型。

受底部未冷却岩浆的作用，地表具有明显的水热活动现象。

通常在较浅的地方就可以获得较高的温度。

在中国，近代火山型干热岩资源分布在腾冲、长白山、五大连池等地区。

其热源特征与底部岩浆活动历史和岩浆活动特征密切相关。

4、强烈构造活动带型
在中国，强烈构造活动带型干热岩资源分布在青藏高原。

受亚欧板块和印度样板块的挤压，新生代以来青藏高原逐渐隆升，局部有岩浆底侵的存在。

在这些区域可能形成理想的干热岩资源。

受构造活动的影响，自第四纪以来，西藏高原受到南北向强烈挤压，随着地质应力的变化，早期以东西向展布为主的构造格局逐渐遭受破坏，产生了一系列的北西向走滑断裂及近南北向的张性和张扭性的活动构造带。

在这些近南北向断裂带内现代地热活动强烈，其中又以又以那曲－羊八井－多庆错活动构造带和查去俄－古堆－错那构造带最为显著。

在查去俄－古堆－错那构造带内，由南往北有错那、古堆、日多、沃卡、松多、查去俄等中－高温地热显示区。

这些中－高温地热显示区可作为强烈构造活动带型干热岩资源的理想前景区。

三、中国青海地区的干热岩资源
青海省处于全球地质构造最复杂、隆升速度最快、隆起最新的青藏高原北部。

新生代以来，受印度板块与欧亚板块的碰撞挤压作用，青藏高原发生强烈的隆升，青海省地质构造发生巨大变化。

在这一特殊的地质作用下，印支-燕山期以来岩浆岩广泛分布于全省，并造就了挽近期活动构造的展布变化及青海省特有的地质条件。

青海省水文地质工程地质环境地质调查院，在青海共和盆地3705米深处钻获236℃的高温干热岩体。

这是中国首次钻获埋藏最浅、温度最高的干热岩
体。

这不仅实现了中国干热岩勘查的重大突破，而且按照国际品质标准找到了高品质的干热岩。

这也是青海继2009年在全国首次发现陆地可燃冰之后，在新能源领域的又一重大发现。

据初步测算，地壳中3～10千米深处干热岩所蕴藏的能量极其可观，相当于全球石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的数十倍。

这一重大突破对于开展干热岩资源的深入研究、争夺新一轮能源制高点具有重要意义，并且对于改变地区能源结构和促进经济社会的发展也具有深远的现实意义。

这次在青海共和盆地，科研人员先后攻克了地质选址、高温钻井、深孔高温高压测温等关键技术。

在成功施工的五眼干热岩勘探孔中，均钻获干热岩体。

同时，科研人员还采用地球物理、地球化学、放射性调查等综合技术手段，圈定干热岩有利勘探区18处，其面积达到3000多平方千米。

四、干热岩勘查
1、勘查步骤
寻找干热岩的勘查步骤如下：
①、收集地质、地球物理、地球化学、遥感和地热等各种区域性资料；通过对所收集资料的分析研究，选择有远景的地区开展地质调查、物化探和深部钻探工作。

②、对岩芯进行采样，对钻孔进行测温，获取各种有用信息。

③、通过实际工作成果，结合收集的相关资料，对干热岩资源进行评价。

2、勘查手段与要求
干热岩资源地质勘查工作，需要依据勘查地的具体条件，有选择地选用航卫片解译、地面地质调查、地球化学调查、地球物理勘查、地热地质钻探及岩、土、水实验测试等综合手段进行。

⑴、航卫片解译
主要应用于干热岩地质勘查工作的初期，配合地面地质调查工作进行。

通过最新航卫片图像的解译，判断工作区地貌、地质构造基本轮廓及其隐伏构造，工作区及其相邻地区地面泉点、泉群、地热溢出带及地表热显示的位置，地表的水热蚀变带分布范围，为开展地面地质调查提供依据和工作方向。

⑵、地质调查
在航卫片解译及充分利用区域地质调查资料的基础上进行。

通过调查，实地验证航卫片解译的成果和难点；查明工作区的地层时代、岩性特征、地质构造、岩浆活动及地热形成的地质条件；查明地表热显示的类型、规模、分布范围及其与地质构造的关系；选定进一步工作的重点地区，为下一步的勘查工作提供依据。

⑶、地球化学调查
应用于干热岩地质勘查工作的各个阶段，主要是：采取工作区及其周边地区的地热水（井、泉）、常温地下水、地表水样进行化验分析，对比分析彼此的关系；利用地热水中特征离子（组分）如氟、二氧化硅等高于常温地下水的
变化与分布规律，圈定工作区内的地热异常区的范围；测定工作区内代表性地热水（井、泉）中稳定同位素（18O、34S、2H）和放射性同位素（3H、14C）的含量，推断地热水的成因和年龄；分析研究代表性地热水（井、泉）中特殊组分（SiO2、K、Na、Mg）等的含量变化，进行温标计算，推断深部热储温度；对地表岩石和钻孔（井）岩芯中的水热蚀变矿物进行取样鉴定，分析推断地热活动特征及其发展历史等。

⑷、地球物理勘查
这是干热岩资源勘查工作的重要组成部分，一般应在干热岩勘查的各个阶段进行。

主要是：圈定地热蚀变带、地热异常范围和热储体的空间分布；确定地热田的基底起伏及隐伏断裂的空间展布，圈定隐伏火成岩体和岩浆房位置；一般利用地温勘查圈定地热异常区；利用重力法确定地热田基底起伏（凸起和凹陷）及断裂构造的空间展布；利用磁法确定水热蚀变带位置和隐伏火成岩体的分布、厚度及其与断裂带的关系；利用电法、α卡、210Po法圈定热异常和确定热储体的范围和深度；利用人工地震法准确测定断裂位置、产状和热储构造；利用磁大地电流法确定高温地热田的岩浆房和热储的位置及规模；利用微地震法测定活动断裂带。

地球物理勘查成果，是作为地热钻探井布置的重要依据。

⑸、深部地质钻探
这是干热岩资源勘查工作最重要也是耗资最多的勘查手段。

它用于查明干热岩资源形成的地质条件，准确确定热储层的空间分布及其开发利用条件，查明热储的压力、温度、水位、地热流体的流量及质量，获取计算评价地热资源的各项参数。

钻探深度一般应达到有开采利用价值的热储层底界或当前技术经济合理的开采深度；钻探控制网度视勘查工作阶段不同而定，钻探井位的确定应进行严格审定。

钻探工程必须确保工程质量，取全取准各项资料。

⑹、地热水、土、岩石样品实验分析
在地热资源勘查中，应比较系统地采取水、土、岩石等样品进行分析鉴定，以获取热储的有关参数。

为了评价地热水水质，应进行地热水的全分析（主要阴、阳离子和F、Br、I、SiO2、B、H2S）、微量元素（Li、Sr、Cu、Zn 等）、放射性元素（U、Ra、Rn）及总放射性的分析；对温泉出露点和浅埋热储，还应增加污染指标（酚、氰等）的分析。

为研究地热水的成因、年龄、补给来源等可视条件进行稳定同位素（18O、34S、2H）和放射性同位素（3H、14C）的测定。

为确定热储的密度、比热、导热率、渗透率、孔隙度等物性参数，应选取代表性岩、土试样进行分析测定。

3、部分勘查手段的目的
⑴、地球物理方法
具体的是采用热红外遥感、高精度航磁测量、天然地震背景噪声层析成像技术、地震勘探、大地电磁测深、放射性γ能谱测量、重力测量等技术手段。

①、热红外遥感：圈定地热场
遥感解译：判断地热田地貌、地质构造基本轮廓及其隐伏构造，地热田及其相邻地区地面泉点、泉群、地热溢出带及地表热显示的位置，地表的水热蚀
变带分布范围，为地热田地面地质调查提供依据和工作方向。

②、高精度航磁测量
确定水热蚀变带位置和隐伏火成岩体的分布、厚度及其与断裂带的关系。

③、大地电磁测深
利用磁大地电流法确定高温地热田的岩浆房及热储位置和规模；确定基岩面的埋深、断裂的发育程度。

④、天然地震背景噪声层析成像
揭示工作区中上地壳速度结构的横向不均匀性，反映了区域内不同构造单元的地震波速度结构特征。

显示研究区内山脉、盆地等构造单元的分布特征。

⑤、地震勘探
利用人工地震法准确测定断裂位置、产状和热储构造；利用微地震法测定活动断裂带。

⑥、放射性γ能谱测量
γ能谱测量可用来勘查放射性矿产（铀、钍矿，钾盐矿等）；进行岩性分类和地质填图；勘查水资源；在工程地质中确定裂隙、断层。

寻找各种非放射性矿产（金矿床、铝土矿、油气田等）；放射性环境评价。

主要用于地质填图，推断铀、钍成矿区的位置，寻找与放射性元素分布有关的某些非放射性矿产资源。

γ测量还可以在钻孔中进行，即用辐射仪在钻孔中测量岩矿石的天然γ射线强度，以寻找地下深处放射性矿床。

有γ测井（总量）和能谱测井两种。

⑦、重力测量
利用重力法确定地热田基底起伏（凸起和凹陷）及断裂构造的空间展布；查明工作区内引起重力异常的地质体的形态、部位、性质、深度，发现和圈定工作区内隐伏、半隐伏岩浆岩体、深大断裂，寻找形成干热岩体最有利区域。

⑵、深部钻探
采用深部钻探工程，查明工作区的地层层序；控制构造的发育程度；了解覆盖层的保温隔热条件，取得有代表性的热物性参数，评价干热岩资源开采技术条件。

⑶、岩心采样
了解岩石的密度、岩石生热率、岩石比热容、岩石热导率、岩石比热容等岩石物理力学性质等参数。

⑷、测井
对全井孔进行井温、井斜及井径测量；终孔后，对主要目的层段进行稳态测温。

对全孔进行分阶段多参数测井工作，进行全孔岩性解释，进行视电阻率、自然伽玛、自然电位、声波等参数测量。

划分全孔地质剖面、裂隙发育带及破碎带等。

2019年6月4日编写于重庆2019年9月11日修改于重庆。