江苏干热岩地热资源潜力估算
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干热岩技术，简称 HDR 技术或称增强型地热 系统 （EGS，Enhanced Geothermal Systems），其含 义是在干热岩生成地区，通过深孔钻进获得对 井，并压裂使之贯通形成储层，然后从一钻孔加 压注水，当遇到地下高温岩体后，这些水会被加 热为沸腾状态，并从另一钻孔中喷出地面 （赵阳 升等，2004）。喷出的热气将被注入到一个热交换 器中，用来驱动蒸汽涡轮机以产生电能。
地表一定深度下的热岩体温度不能直接进行
测量时，温度 Ti 就只能用间接的方法推算出来。 本文借鉴国家地调局采用贡献率叠加法，估算得
到的是区域条件下的平均值。需要注意的是此法
没有考虑地热异常区的具体情况和干热岩体呈局
部团块状分布等特点。贡献率叠加法公式如下：
T = Ts +Tb 。
式中 Ts ：为沉积岩贡献率； Tb ：为基底贡献率；
关键词：干热岩；热储温度；潜力评估；江苏
中图分类号：P314
文献标识码：A
文章编号：1006-7493 （2014） 03-0464-06
An Estimation of Hot-Dry-Rock (HDR) Resources in Jiangsu Province
XU Li 1, WANG Liangshu1, YANG Qian2
2014 年 9 月，第 20 卷，第 3 期，464-469 页 September 2014，Vol. 20，No.3， pp. 464-469
高 校地质学报 Geological Journal of China Universities
江苏干热岩地热资源潜力估算
徐 立 1，王良书 1，杨 谦 2
本次研究利用贡献率叠加法主要估算苏北和 苏南地区深 3 km，4 km，5 km 处温度。由于目前 一般钻孔深度小于 5 km，岩石样品缺失，故 5 km 深度往下热导率、生热率数据很少，所以本文对 深 5 ~8 km 的温度计算采取两种方法对比分析。 （1） 根据生热率随深度指数衰减的生热率模型推 算深部生热率，继续按照贡献率叠加法计算深部 温度；（2） 在 5 km 温度 计 算 基 础 上 利 用 统 一 的 温度梯度再往深部进行温度推算，最后用体积 法估算苏北与苏南地区 3~8 km 不同深处段的干热 岩所蕴含的热量。
苏北盆地中的坳中隆地带，地热梯度约 30℃/km
（王良书，1989），经石油钻探证实在2~4 km 深部普 遍分布新生代多期碱性玄武岩溢流，物探磁测分析 深部疑似有中酸性岩体的埋藏分布。快速沉积的盆 地具有高 CO2气压和地温异常显示，反映出油气盆 地共生的特点和深部有高温岩体的可能。
南京汤山温泉出露在中生代花岗岩带的断裂 附近，溢出泉水温 65℃，虽未见 90℃以上水温或 沸泉出现，但水中含 CO2，H2S，H2，CH4和 C2H6等 气体，说明热水与深部上地幔物质组分有关，上 地幔熔融物质在浅地壳形成岩浆囊向上传导热流 （蔡鸿珠，2013）。
1. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nwenku.baidu.comnjing 210046, China 2. Jiangsu Bureau of Geology and Minerals Prospecting, Nanjing 210018, China
大地热流是研究地壳上地幔热结构和地热地 质背景的最基本要素。大地热流值是一个综合性 参数，是地球内热在地表唯一可以直接测到的物 理量。在一维稳定条件下，热流量是岩石热导率 和垂直地温梯度的乘积。一般通过钻孔测温取得 垂直地温梯度，再通过相应层段的岩样热导率测 试数据，两者的乘积即为大地热流值。然而，实 际深孔温度测井受钻井泥浆的平衡和地下水流动 的影响，岩石样品的热导率测试受岩心扰动、岩 石固结程度、孔隙率、饱和度等影响，其热流值 精准度偏差较大。江苏处于我国东部高热流区 内，本次工作有关苏北盆地的大地热流值数据主要
当于当地基准温度 （当地平均气温） 而言，整个
热储体积所蕴含的全部热能量。体积法公式如下：
Q = ρCP V(Ti - T0) = ρCP Sh(Ti - T0) 。 式中， Q ：干热岩资源储量； ρ ：岩石密度；
CP ：岩石比热容；S：热储层或岩体面积；h：热 储层或岩体厚度； Ti ：所计算深度的岩体温度； T0 ：基准温度 （地表温度）。
s：沉积岩；b：基底。
TS =
Q0 XS KS
-
AS
X2 S
KS
，
Tb
=
Qm Xn Kb
-
Abr2 éêê1 ë
-e Kb
ùxb
r
úú û
。
466
高校地质学报
20卷 3期
式 中 ， Q0 ： 热 流 实 测 值 ； Qm ： 地 幔 热 流 值 ； K ：热传导率； A ：放射性生热率； r ：放射性深度 变化量； X ：层厚； b：基底； s：沉积岩，其中 Ab =(Qb - Qm)r 。
Key words: hot-dry-rock; heat reservoir temperature; resources potential estimation; Jiangsu
Fist author: Xu Li, M. Sc. Student; E-mail: 389218117@qq.com
根据大地构造背景，综合江苏地区热流、火 山活动、热源传导、地温水温、地下热水活动等 特征，表明江苏地区具有良好的干热岩资源赋存 背景。
3 评价方法
在不具备实测计算参数的前提下，采取体积
法估算江苏地区干热岩资源储量。体积法又称热
储法或储存热量法。该评价方法将热储层岩体以
及孔隙介质中赋存的地热流体作为整体，计算相
江苏省处于中国东部沿海高热流地热异常区， 其成因与太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用有关， 被认为是与俯冲带有关的软流圈上拱的结果 （陈沪 生等，1999）。区内中、新生代岩浆活动源于大规 模的岩石圈减薄和软流圈物质上涌。多期中酸性花 岗岩侵入和多期碱性玄武岩喷溢，表征了陆块区软 流圈层的热流穿越距地表沿深大断裂上涌，在浅表 地壳形成幔壳混溶的高温岩体，即干热岩。
江苏是能源资源消耗量最大的省份，对于能 源的需求处于持续强劲增长状态。开发利用本区 干热岩资源可以增强包括江苏在内的长三角地区 能源供应保障能力 （杜建国等，2012），打造可持 续发展的绿色低碳能源。
2 研究区干热岩地热资源前景分析
江苏是一个地质构造相当复杂的地区，处于 环太平洋地热异常带，新生代受太平洋板块向西 北俯冲作用的影响，弧后岩石圈伸展形成裂谷型 断陷盆地，苏北盆地也是新生代在弧后伸展背景 形成的断陷盆地，盆地形成过程中，上地幔熔融 物质上涌，形成玄武岩浆喷出。盆地西侧的郯庐 断裂带新生代期间也发生岩石圈伸展和玄武岩浆 喷发。这种弧后岩石圈伸展，形成我国东部热流 高值地区，以及水热活动特别异常。
1 引言
特殊地热资源。其温度一般大于 200℃，埋深数千 米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温
干热岩 （hot-dry-rock） 是一种清洁的可再生的 岩体 （Grant et al., 2011）。干热岩主要为变质岩或
_____________________________ 收稿日期：2013-09-08；修回日期：2014-04-21 基金项目：中国地质调查局 2012 年科研专项 （科[2012]01-050-015） 资助 作者简介：徐立，男，1989 年生，硕士研究生，主要从事地球物理地热方向研究；E-mail: 389218117@qq.com
Abstract: As a clean renewable geothermal resource, the hot-dry-rock has been more and more maturely utilized because of its obviously increasing values. The extensive volcanic activities and upwelling flow of deep-seated thermal energy in Jiangsu Province during the Mesozoic and Cenozoic time provided abundant hot-dry-rock storage. Based on an analysis of the heat flow, rock thermal conductivity at different depths, radioactive heat generation, and the temperatures at different depths in Jiangsu Province are calculated using the contribution rate of the superposition method. The calculated results are compared to the data from thermal gradient method in 5~8 km, eventually the hot-dry-rock resource amount at the depth of 3~8 km in Jiangsu Province is estimated by means of the volume method. The results show that the resource amount at the depth of 3~8 km could reach 2.18×1021 J, which is equivalent to the heat of 7.49 billion tons of standard coal. On the basis of 2% of the exploitable rate, the resource is estimated to be half of the current total energy consumption of Jiangsu Province in a year (about 0.15 billion tons of standard coal), thus demonstrating a promising potential for utilization.
1. 南京大学 地球科学与工程学院，南京 210046 2. 江苏省地质矿产勘查局，南京 210018
摘要：干热岩是一种清洁的可再生地热资源，随着开发技术日趋成熟，显示出其 巨大的利用价值。江苏地区中、新生代发 育大量火山活动，深部热源上涌，具有良好的干热岩赋存背景。文中在对江苏地区大地热流值、不同深度岩石热导率、生 热率分析的基础上，利用贡献率叠加法，对苏北盆地与苏南地区不同深度的温度进行估算，将 5~8 km 的温度计算结果与采 用温度梯度计算方法所得数据进行对比分析，在此基础上对江苏地区 3 km 至 8 km 深处干热岩资源量进行预测。结果显示， 江苏地区 3~8 km 深处干热岩资源总计为 2.18×1021 J，合 74.9 亿吨标准煤，按 2%的可开采资源量计算，即合 1.5×108 t 标准 煤，约相当于江苏省一年能源消耗总量的一半，开发利用前景巨大。
4 数据获取及参数选取
根据前人所作的相关研究，以及本文采用的 研究方法，开展江苏省干热岩资源的估算主要需 要以下数据资料：大地热流值，岩石热导率，岩 石生热率等。本次研究主要数据来源于两个方 面：（1） 前人资料积累，江苏地区的苏北盆地石 油钻探资料较为丰富，南京大学王良书教授等对 江苏地区岩石圈热结构做了较详细的研究，积累 了大量数据；（2） 依托江苏省地质矿产勘查局项 目“江苏干热岩资源地质调查及开发利用预研 究”，委托国土资源部南京矿产资源监督检测中心 做了岩心热导率、生热率测试作为部分数据补 充。研究采用的数据及来源分述如下。 4.1 大地热流值
3期
徐立：江苏干热岩地热资源潜力估算
465
结晶岩类岩体，普遍埋藏于距地表 2~6 km 深处， 其温度范围在 150~650℃之间 （于长生，2008）。 干热岩的热能赋存于岩石中，较常见的岩石有黑 云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。这种地热 能系统不要求岩石具有孔渗条件和含有流体，因 而在目前钻探技术可达到的勘探深度范围以上分 布十分广泛，几乎是一种无限的能源类型。资源 分布范围从低于正常地温梯度的地区到高于正常 地温梯度的地区均有分布。
地表一定深度下的热岩体温度不能直接进行
测量时，温度 Ti 就只能用间接的方法推算出来。 本文借鉴国家地调局采用贡献率叠加法，估算得
到的是区域条件下的平均值。需要注意的是此法
没有考虑地热异常区的具体情况和干热岩体呈局
部团块状分布等特点。贡献率叠加法公式如下：
T = Ts +Tb 。
式中 Ts ：为沉积岩贡献率； Tb ：为基底贡献率；
关键词：干热岩；热储温度；潜力评估；江苏
中图分类号：P314
文献标识码：A
文章编号：1006-7493 （2014） 03-0464-06
An Estimation of Hot-Dry-Rock (HDR) Resources in Jiangsu Province
XU Li 1, WANG Liangshu1, YANG Qian2
2014 年 9 月，第 20 卷，第 3 期，464-469 页 September 2014，Vol. 20，No.3， pp. 464-469
高 校地质学报 Geological Journal of China Universities
江苏干热岩地热资源潜力估算
徐 立 1，王良书 1，杨 谦 2
本次研究利用贡献率叠加法主要估算苏北和 苏南地区深 3 km，4 km，5 km 处温度。由于目前 一般钻孔深度小于 5 km，岩石样品缺失，故 5 km 深度往下热导率、生热率数据很少，所以本文对 深 5 ~8 km 的温度计算采取两种方法对比分析。 （1） 根据生热率随深度指数衰减的生热率模型推 算深部生热率，继续按照贡献率叠加法计算深部 温度；（2） 在 5 km 温度 计 算 基 础 上 利 用 统 一 的 温度梯度再往深部进行温度推算，最后用体积 法估算苏北与苏南地区 3~8 km 不同深处段的干热 岩所蕴含的热量。
苏北盆地中的坳中隆地带，地热梯度约 30℃/km
（王良书，1989），经石油钻探证实在2~4 km 深部普 遍分布新生代多期碱性玄武岩溢流，物探磁测分析 深部疑似有中酸性岩体的埋藏分布。快速沉积的盆 地具有高 CO2气压和地温异常显示，反映出油气盆 地共生的特点和深部有高温岩体的可能。
南京汤山温泉出露在中生代花岗岩带的断裂 附近，溢出泉水温 65℃，虽未见 90℃以上水温或 沸泉出现，但水中含 CO2，H2S，H2，CH4和 C2H6等 气体，说明热水与深部上地幔物质组分有关，上 地幔熔融物质在浅地壳形成岩浆囊向上传导热流 （蔡鸿珠，2013）。
1. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nwenku.baidu.comnjing 210046, China 2. Jiangsu Bureau of Geology and Minerals Prospecting, Nanjing 210018, China
大地热流是研究地壳上地幔热结构和地热地 质背景的最基本要素。大地热流值是一个综合性 参数，是地球内热在地表唯一可以直接测到的物 理量。在一维稳定条件下，热流量是岩石热导率 和垂直地温梯度的乘积。一般通过钻孔测温取得 垂直地温梯度，再通过相应层段的岩样热导率测 试数据，两者的乘积即为大地热流值。然而，实 际深孔温度测井受钻井泥浆的平衡和地下水流动 的影响，岩石样品的热导率测试受岩心扰动、岩 石固结程度、孔隙率、饱和度等影响，其热流值 精准度偏差较大。江苏处于我国东部高热流区 内，本次工作有关苏北盆地的大地热流值数据主要
当于当地基准温度 （当地平均气温） 而言，整个
热储体积所蕴含的全部热能量。体积法公式如下：
Q = ρCP V(Ti - T0) = ρCP Sh(Ti - T0) 。 式中， Q ：干热岩资源储量； ρ ：岩石密度；
CP ：岩石比热容；S：热储层或岩体面积；h：热 储层或岩体厚度； Ti ：所计算深度的岩体温度； T0 ：基准温度 （地表温度）。
s：沉积岩；b：基底。
TS =
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高校地质学报
20卷 3期
式 中 ， Q0 ： 热 流 实 测 值 ； Qm ： 地 幔 热 流 值 ； K ：热传导率； A ：放射性生热率； r ：放射性深度 变化量； X ：层厚； b：基底； s：沉积岩，其中 Ab =(Qb - Qm)r 。
Key words: hot-dry-rock; heat reservoir temperature; resources potential estimation; Jiangsu
Fist author: Xu Li, M. Sc. Student; E-mail: 389218117@qq.com
根据大地构造背景，综合江苏地区热流、火 山活动、热源传导、地温水温、地下热水活动等 特征，表明江苏地区具有良好的干热岩资源赋存 背景。
3 评价方法
在不具备实测计算参数的前提下，采取体积
法估算江苏地区干热岩资源储量。体积法又称热
储法或储存热量法。该评价方法将热储层岩体以
及孔隙介质中赋存的地热流体作为整体，计算相
江苏省处于中国东部沿海高热流地热异常区， 其成因与太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用有关， 被认为是与俯冲带有关的软流圈上拱的结果 （陈沪 生等，1999）。区内中、新生代岩浆活动源于大规 模的岩石圈减薄和软流圈物质上涌。多期中酸性花 岗岩侵入和多期碱性玄武岩喷溢，表征了陆块区软 流圈层的热流穿越距地表沿深大断裂上涌，在浅表 地壳形成幔壳混溶的高温岩体，即干热岩。
江苏是能源资源消耗量最大的省份，对于能 源的需求处于持续强劲增长状态。开发利用本区 干热岩资源可以增强包括江苏在内的长三角地区 能源供应保障能力 （杜建国等，2012），打造可持 续发展的绿色低碳能源。
2 研究区干热岩地热资源前景分析
江苏是一个地质构造相当复杂的地区，处于 环太平洋地热异常带，新生代受太平洋板块向西 北俯冲作用的影响，弧后岩石圈伸展形成裂谷型 断陷盆地，苏北盆地也是新生代在弧后伸展背景 形成的断陷盆地，盆地形成过程中，上地幔熔融 物质上涌，形成玄武岩浆喷出。盆地西侧的郯庐 断裂带新生代期间也发生岩石圈伸展和玄武岩浆 喷发。这种弧后岩石圈伸展，形成我国东部热流 高值地区，以及水热活动特别异常。
1 引言
特殊地热资源。其温度一般大于 200℃，埋深数千 米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温
干热岩 （hot-dry-rock） 是一种清洁的可再生的 岩体 （Grant et al., 2011）。干热岩主要为变质岩或
_____________________________ 收稿日期：2013-09-08；修回日期：2014-04-21 基金项目：中国地质调查局 2012 年科研专项 （科[2012]01-050-015） 资助 作者简介：徐立，男，1989 年生，硕士研究生，主要从事地球物理地热方向研究；E-mail: 389218117@qq.com
Abstract: As a clean renewable geothermal resource, the hot-dry-rock has been more and more maturely utilized because of its obviously increasing values. The extensive volcanic activities and upwelling flow of deep-seated thermal energy in Jiangsu Province during the Mesozoic and Cenozoic time provided abundant hot-dry-rock storage. Based on an analysis of the heat flow, rock thermal conductivity at different depths, radioactive heat generation, and the temperatures at different depths in Jiangsu Province are calculated using the contribution rate of the superposition method. The calculated results are compared to the data from thermal gradient method in 5~8 km, eventually the hot-dry-rock resource amount at the depth of 3~8 km in Jiangsu Province is estimated by means of the volume method. The results show that the resource amount at the depth of 3~8 km could reach 2.18×1021 J, which is equivalent to the heat of 7.49 billion tons of standard coal. On the basis of 2% of the exploitable rate, the resource is estimated to be half of the current total energy consumption of Jiangsu Province in a year (about 0.15 billion tons of standard coal), thus demonstrating a promising potential for utilization.
1. 南京大学 地球科学与工程学院，南京 210046 2. 江苏省地质矿产勘查局，南京 210018
摘要：干热岩是一种清洁的可再生地热资源，随着开发技术日趋成熟，显示出其 巨大的利用价值。江苏地区中、新生代发 育大量火山活动，深部热源上涌，具有良好的干热岩赋存背景。文中在对江苏地区大地热流值、不同深度岩石热导率、生 热率分析的基础上，利用贡献率叠加法，对苏北盆地与苏南地区不同深度的温度进行估算，将 5~8 km 的温度计算结果与采 用温度梯度计算方法所得数据进行对比分析，在此基础上对江苏地区 3 km 至 8 km 深处干热岩资源量进行预测。结果显示， 江苏地区 3~8 km 深处干热岩资源总计为 2.18×1021 J，合 74.9 亿吨标准煤，按 2%的可开采资源量计算，即合 1.5×108 t 标准 煤，约相当于江苏省一年能源消耗总量的一半，开发利用前景巨大。
4 数据获取及参数选取
根据前人所作的相关研究，以及本文采用的 研究方法，开展江苏省干热岩资源的估算主要需 要以下数据资料：大地热流值，岩石热导率，岩 石生热率等。本次研究主要数据来源于两个方 面：（1） 前人资料积累，江苏地区的苏北盆地石 油钻探资料较为丰富，南京大学王良书教授等对 江苏地区岩石圈热结构做了较详细的研究，积累 了大量数据；（2） 依托江苏省地质矿产勘查局项 目“江苏干热岩资源地质调查及开发利用预研 究”，委托国土资源部南京矿产资源监督检测中心 做了岩心热导率、生热率测试作为部分数据补 充。研究采用的数据及来源分述如下。 4.1 大地热流值
3期
徐立：江苏干热岩地热资源潜力估算
465
结晶岩类岩体，普遍埋藏于距地表 2~6 km 深处， 其温度范围在 150~650℃之间 （于长生，2008）。 干热岩的热能赋存于岩石中，较常见的岩石有黑 云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。这种地热 能系统不要求岩石具有孔渗条件和含有流体，因 而在目前钻探技术可达到的勘探深度范围以上分 布十分广泛，几乎是一种无限的能源类型。资源 分布范围从低于正常地温梯度的地区到高于正常 地温梯度的地区均有分布。