江苏兴化干热岩地热资源探测、开发利用潜力与对策

金晓晖

（江苏省兴化市兴东镇人民政府，江苏兴化 225700）

0 引言

干热岩地热资源是一种新兴的地热能源。干热岩的温度通常在200℃以上，埋藏在地下数千米的位置，是一种高温岩体。该岩体的渗透性和空隙度较小，因此内部没有流体或只有少量流体。要想开采干热岩中的热量，需要以人工压裂的方式。干热岩地热资源的热储很高，分布较为广泛，因此其开发潜力巨大，具有广阔的市场前景。美国于1974年钻了第一眼干热岩深井，是最早研究干热岩地热资源的国家。英国、法国和德国于1987年进行了较大规模干热岩地热资源的研究，提升了干热岩地热资源开发技术水平。干热岩地热资源开发技术于1990年后被实际应用，当时澳大利亚、俄罗斯、新西兰等多个国家都陆续开展干热岩地热资源的研究和开发工作[1]。我国在当时还没有开始系统地研究干热岩地热资源探测开发，但通过天然气钻探、石油钻探等地质勘查工作，预估我国的干热岩地热资源较为丰富，开发潜力巨大，发展前景广阔。近年来，江苏省一直结合自身特点进行新能源的研究开发利用，而相关资料也证实江苏省北部盆地地区地下层中蕴藏的干热岩地热资源十分丰富。另外，江苏省泰州地区已经发现蕴藏十分丰富的页岩气，正在进行页岩气探测开发。页岩气的探测开发研究对发展干热岩地热资源有良好的促进作用，能够为干热岩地热资源的探测开发提供技术经验。

1 我国江苏省兴化市干热岩地热资源的开发利用潜力

干热岩地热资源属于地热资源的一种，通常位于地下层3000 m以下，多处在台湾、云南和西藏等地的地热带中。根据中科院专家的测算，我国地下3000～10 000 m的干热岩地热资源总量大约为2.09×107EJ，按照可开采量2%计算，以我国2010年能源消耗总量为基准计算，干热岩地热资源开采总量大约是我国能源消耗总量的4400倍[2]。东北地区的松辽盆地、华北地区的渤海湾盆地、浙江至广东的东南沿海地区，云南西部的腾冲地区、西藏南部地区等地方都是我国开采干热岩地热资源的有利靶区。

江苏省第一个干热岩地热资源勘测验证孔地址在兴化市，名为“苏热1号”，于2021年1月底成功实现完井。该验证孔深度大约为4700 m，井底温度大约在155℃，如今已经顺利勘探获得碳酸盐岩热储层。“苏热1号”是江苏省干热岩地热资源勘测工作中的重大项目，取得了重大的突破，首次证实了江苏省北部盆地地区地下层中蕴藏的干热岩地热资源十分丰富[3]。江苏省成为第4个勘测出干热岩地热资源的省份。根据勘测结果推测，江苏北部盆地地区的干热岩地热资源折合成标准煤量大约为885亿t，按照可开采率2%计算能够得出约17.7亿t标准煤量。以江苏省2019年的能源消耗总量为基准计算，江苏北部盆地地区的干热岩地热资源开采总量大约是其能源消耗总量的5.5倍。江苏省泰州地区的干热岩地热资源折合成标准煤量约为196亿t，以江苏省2020年能源消耗总量为基准计算，泰州地区的干热岩地热资源开采总量大约是其能源消耗总量的60倍[4]。可以说，开发利用干热岩地热资源，对于缓解江苏省能源紧缺、优化能源结构、应对碳达峰、保护生态环境都十分有利，而“苏热1号”对于兴化市、泰州市以及江苏省应对“碳达峰”具有重要意义。

随着江苏省经济和科技的快速发展，省内地热资源开发利用技术逐渐趋于成熟，干热岩地热资源开发利用正渐入佳境。江苏省自然资源厅投入4630万元资金支持2021—2022年度干热岩地热资源项目，江苏省科技厅也投入3000万元资金支持干热岩地热资源开发技术的研究[5]。为了深入推进兴化市地热资源开发利用，通过政府主导、有效规划、政策支持等方式，加强规划布局，进一步发挥干热岩地热资源开发利用的巨大潜力，从而进行规模化的开发利用。

2 干热岩地热资源探测、开发利用相关对策

2.1 增加资金和人才投入

2.1.1 争取国家科研拨款

干热岩地热资源勘测开发项目属于国家重大基础科技攻关项目，“苏热1号”是江苏省及兴化市政府大力倡导的重大科技创新项目。项目建设需要充足的资金，必须做好项目立项、调研报告等准备工作，制定科学合理的探测工作方案，将产学研团队的作用充分发挥出来，以此让项目申报通过上级批准，争取尽可能多的财政科研拨款。兴化市在进行“苏热1号”项目时，做到了精心规划、精心组织、精心施工，圆满完成了兴化市干热岩地热资源勘测开发的科研创新任务，实现了社会和经济效益目标，为兴化市以及江苏省发展环保节能绿色低碳经济提供了良好的资源条件。因此，兴化市后续进行干热岩地热资源探测开发项目时，也应当做好充足的准备工作，做好项目立项，争取国家政府的科研拨款。

2.1.2 建立产学研科研团队

干热岩地热资源探测和开发工作具有极强的专业性和综合性，需要工作人员具备专业的力学、地质、地热、地震、数学、核能、地震化学、地震物理等多方面的知识。在项目的开发团队中既需要有年龄较大、经验丰富的人才，也需要搭配中年、青年等创新性人才，从而形成一个产学研科研团队，老中青年人才搭配在一起进行研究工作，才能碰撞出火花和成果，为兴化市及江苏省的干热岩地热资源勘测开发献力。政府应当给予充分的政策支持，营造良好的研究环境，吸引更多优秀的科技人才参与兴化市干热岩地热资源勘测开发的研究和实践中。

2.2 选择并实施地球深部探测工程

仅靠入地钻探工程不能有效勘测开发世界上任何地方的地下地热能源，并且探测和开发难度较大，对设备和技术要求高，施工效率低，工期时间长，成本也较高。但现阶段的技术及设备难以满足地下地热能源勘测开发需求，必须探索有效的策略来突破技术、设备条件的局限性。因此，要想突破这一瓶颈应当找寻埋藏浅的高温地热资源，勘测开采难度小、成本较低、热储量丰富的高温热储区。而在寻找优质的高温热储分布区，应当充分考虑干热岩地热资源的特点，例如，分布不均，埋藏深度具有较大的差异性。想要实现干热岩地热资源的有效开发，需要采用综合探测方式，如地球物理综合探测、钻探探测、地热地质探测、地球化学探测、人工源深部地震探测等多种高水平技术[6]。而根据实际情况来看，人工源深部地震探测是其中最重要的一种探测方式，通常在磁场、电场、重力场等综合探测方式的辅助下使用。人工源深部地震探测已经成为全球最科学有效、成本最低的探测方式，是我国在勘测开发干热岩地热资源的有效方式，同时，地震研究、天然气勘测、矿床勘测等领域也在应用该探测方式。

在研究兴化市干热岩地热能资源过程中应用以上探测方式，能够有效了解地下深处的精细结构和物质动力响应和运移轨迹，了解兴化市干热岩地热资源的热通、热盖、热储等重要信息。总体来说，选择和实施入地工程离不开综合地球物理探测。通过综合地球物理探测能够对兴化市地下的高温热储位置有准确、清晰、全面的了解，是选择深孔开采靶区的必要条件。完成综合地球物理探测，选择好深孔开采靶区，最后才能够验证深孔。开展探测工作过程中，必须秉承认真、严谨、耐心的态度，细致地进行深孔探测，同时应当减少勘测过程中的资源浪费，降低不必要的开采成本。

2.3 收集分析前人历史探测资料和成果

根据实际情况，结合兴化市已有基本的地质资料，包括水文、地热地质、地球化学、地球物理等资料。如果能够收集该地地质方面的详细资料，由此进行综合深入分析，从前人的探测资料和研究成果探究出规律性，再结合现代化技术分析探测方式的劣势和探测资料的不足之处，从而对前人的探测资料进行验证和补充，科学合理地保留资料内容，从而减少探测的工作量，降低探测开发成本，缩短探测耗时，提升探测效率和探测精度。

2.4 制定严谨的探测工作方案

在兴化市的干热岩地热资源探测和开发工作中，首先要结合该项目的任务和目的，在干热岩地热系统和减震防震工作中应用动力学和地球物理学理论知识，建立兴化市地壳内岩浆房、地幔、软流层、磁性、重力差异、电性结构等地球物理标志，对兴化市区域内的地球深部精细结构相关的工作内容进行规划，制定地球深部构造和地壳内岩浆房等内容的探测方案。基于此，在前人资料的基础上进行抽样复查、验证、补充，保留有用的资料，舍弃无用资料，从而提升探测效率。例如，在进行探测剖面布置的工作过程中，需要从横、纵两个方向布置探测剖面。此时则可以充分利用前人资料，在探测剖面线上投影前人的探测内容，依据本次探测工作的规范和设计要求重新布置地下深处物力探测点，如震、磁、电、重等探测，从而基本掌握兴化市区域地球内部的三维精细结构、地球深部内部构造以及地壳内部岩浆房的分布等。

在此基础上，兴化市地区已经探测到热储量大、温度高、利用价值、规模大的岩浆房分布区，确定了地球深处地壳内岩浆房和高温热储的具体位置，由此进行了准确具体的深孔孔位施工，验证了“苏热1号”的精细结构、温度、热储位置、规模等内容。人工源深部地震探测等方式对于勘测干热岩地热资源来说就像是在做磁共振检查，综合地球物理探测等探测方式对勘测干热岩地热资源来说就像是在做CT检查，通过多样化的探测方式准确勘测出地热资源的位置，从而以此为依据进行深孔探采。另外，还应当重视搜寻高温热储分布区和地幔热源分布区，根据相应的计算公式推出下部岩浆房的温度范围，掌握高温热储和地幔热源的平面分布范围等数据。依据岩浆房和地震震源区之间的规律性特征，如大地震震源区附近埋深10～20 km的地方可能会有岩浆房分布区，以此判断该区域是否具有丰富的地热资源。江苏省位于郯庐地震带上，是我国东部地区的一条强烈地震活动带，该地震带包括从宿迁至铁岭的辽宁、河北、山东、江苏等省的大部或部分地区。因此，搜集、整理、分析、研究兴化市以及江苏全省的地震观测历史资料十分必要，在选择干热岩地热资源靶区时可以结合地震观测历史资料，选择曾经发生过5级以上大地震的震中区，探测干热岩地热资源丰富的区域。

3 结语

如今，全球范围内普遍存在能源紧缺的问题，需要优化能源结构。我国具有丰富的地热资源，同时也有巨大的市场需求和开发利用潜力，具有广阔的发展应用前景。江苏省北部发现了丰富的干热岩地热资源，对于缓解江苏省乃至全国的能源紧缺、优化能源结构、应对碳达峰、保护生态环境都十分有利。兴化市近年来在干热岩地热资源探测开发方面取得了重大突破，开展干热岩地热资源探测，开发利用过程中应当增加资金和人才投入，选择并实施地球深部探测工程，收集分析前人历史探测资料和成果，制定严谨的探测工作方案，全面推进江苏省干热岩地热资源的开发建设。