中国南海北部地区地热资源发展研究

罗璐 吴陈冰洁

DOI：10.20145/j.32.1894.20240207

基金项目：中国石化科技部项目（P21105）。

作者简介：罗璐 （1989— ），女，高级工程师，博士；研究方向：地热地质与新能源开发。luolu.xxsy@sinopec.com

摘要：中国石化在南海沿海地区拥有多家炼化企业，企业和地方清洁用能需求显著。与此同时，南海地区新能源资源丰富，具有巨大的开发潜力。地热资源作为其中一种重要的新能源，其在南海地区的条件和应用前景备受关注。文章指出，南海地区新能源发展战略应充分利用地热资源等清洁能源，推动炼化企业清洁用能转型，助力实现碳达峰、碳中和目标，并为中国石化在新能源领域的发展提供有力支撑。

关键词：新能源；南海；地热资源；海洋能源

中图分类号： P641.4  文献标志码：  A

0  引言

在推动南海地区油气开发碳中和的进程中，对资源禀赋优越、应用前景良好的新能源进行开发研究，并探索与传统油气耦合开发，这成为中国石化重要的战略发展方向。中国石化结合地区资源与产业优势，在新能源研究开发上可望形成近、中、远期的发展战略。近期（2025年），中国石化将依托儋州海上风电场的建设和北部湾的自营区块，推动海上风电“海电海用”项目的试点工作；中期（2030年），可面向自营和合作区块进行新能源一体化的整体规划建设；远期（2035年），目标是打造一个集海上油气、电力、氢气为一体的供应基地，同时建设海洋牧场和海上清洁能源岛的示范项目，从而推动中国石化海洋能源产业的高质量发展。

1  南海地区清洁用能需求

在全国新能源高速发展的大背景下，南海地区清洁能源电力发展迅速。以海南岛为例，“十三五”末实现电力装机913×104 kW，其中清洁能源装机约561.5×104 kW，占比61.4%。“十四五”期间，海南岛拟新增可再生能源发电装机约520×104 kW，其中光伏发电260×104 kW，海上风电120×104 kW，生物质发电20×104 kW，抽水蓄能120×104 kW，并积极发展储能设施。至2025年，清洁能源消费比重达50%左右，清洁能源发电装机比重将达82%。海南岛正在建设绿色能源岛，构建以清洁电力和天然气为主体、可再生能源为补充的清洁能源体系，成为南海北部地区新能源发展的样本，并有望在全国率先实现“双碳”目标。

就中國石化而言，南海地区炼化企业的清洁用能需求大。海南炼化目前原油加工能力920万t/年、芳烃产能160万t/年，100万t/年乙烯项目正在建设中，用电负荷较大。海南炼化改扩建一期工程建成后，预计将新增用电量20×108 kWh，总电规模达30亿度。“十四五”“十五五”期间分别规划建设150万t/年乙烯项目，工程建成后，预计将再新增用电量60×108 kWh。除海南岛外，中国石化在南海沿海地区还拥有4家炼化企业。广东省是重点布局区域，分布有茂名石化、中科炼化、广州石油，并规划将茂湛一体化基地打造为中国石化4大世界级炼化基地之一。广西北海炼化则是中国石化在西南地区唯一的炼化企业。4家炼化企业目前总原油加工能力4915万t/年，占中国石化年原油加工量的20.6%。估算总用电量约60亿度/年，电耗量约占炼化企业总能耗中占比高达20%。

南海沿海地区分布有众多炼化企业，在碳达峰、碳中和的背景下，石油炼化行业作为国民经济的重要支柱型产业，实现其绿色发展意义重大，节能减排和清洁生产要求炼化企业亟需完成清洁用能转型。

2  南海地区新能源发展优势

南海地区新能源资源丰富，开发潜力巨大，应用前景良好。鉴于南海地区油气资源丰富，同时风能、太阳能、地热等新能源资源潜力充沛，中国石化由此提出南海新能源耦合利用的方向，并据此制定南海新能源开发利用的远景规划。

在南海的北部和中部，大部分海域都蕴藏着丰富的风能资源，这些资源质量上乘，极具开发价值。特别是在近岸5～50 m的水深范围内，70 m高度处的年平均风速超过了8.0 m/s。据评估，南海的海上风电可开发资源量高达5×108 kW，可利用的风速出现频率常年保持在75%以上，为风力发电提供了稳定的动力来源。

南海地区还拥有得天独厚的光照条件。这一地区光照时间长、空气清洁度高、阳光穿透力强，全年日照时间达2000～3000 h，属于Ⅰ-Ⅱ类优质光资源区，几乎全年都可利用。

在中国石化矿权区与拟合作区块海域，如涠洲岛西侧和莺歌海西侧海域，风能资源与太阳能资源都极为丰富。风电和分布式光伏可以统筹开发。另外，海上油气资源的开发利用与海上风电新能源的开发利用业务之间存在着高度的契合度，二者在供应链、技术要求以及海洋作业经验等方面都有许多共通之处，协同发展是未来的一大趋势。目前，海南的海上风电“十四五”规划场址与中国石化北部湾的涠西、徐闻和莺歌海合作区块之间的距离大约在60～150 km，这为二者的协同发展提供了有利的地理条件。中国石化已经获得了CZ4-1海上风电场的投资开发权，预计装机规模将达到60×104 kW。发展海上风电可以为油气开发平台提供绿色电源的“海电海用”模式，特别是在北部湾盆地等油气区块，这是海上风电与油气开发耦合的重点方向。

3  南海地区地热资源条件

地热资源作为重要的新能源类型，在南海地区有着丰富的资源条件以及可观的应用前景，可望成为新能源开发的重要补充。

南海位于欧亚板块、印度－澳大利亚板块及太平洋板块三者交汇处，经历了复杂的地质作用和演化过程，这些构造作用共同造就了区域的地热特征。南海海域内分布了众多各种类型的新生代沉积盆地，石油地质条件优越，尤其南海北部陆架深水区是中国近海的主要油气产区之一。前人自20世纪70年代起开始对南海地区展开地热调查，据不完全统计，南海海域目前已积累了超过1000个热流数据。南海地热特征研究也主要集中在北部大陆边缘，获取了大量大地热流、地温梯度、岩石热导率、生热率等热力学参数，用以研究南海的起源、演化历史，研究其深部地球热力学机制、热演化史等，从而进一步探讨南海地区生烃条件、预测油气资源分布和评价有利区带。

南海是一个新生代的“热盆”，其区域地热特征直接或间接地受控于其所处的构造环境，热流分布特征总体上可以反映其区域构造背景。前人对南海的热流分布特征进行了不同程度的研究分析［1-5］。南海海域热流值主要分布于50～100 mW/m2，平均值78.3±22.7 mW/m2，远高于全国大陆平均热流值60 mW/m2［6-7］。目前热流站位主要分布在南北两侧大陆架的石油勘探区。

南海北部陆缘区莫霍面等深线呈NE向展布，由陆架区处约30 km向海盆逐渐抬升至小于12 km，热流值也随之由NNW向SSE海盆方向增高。由陆缘向海盆呈上升趋势，其南缘热流最高，西缘和北缘次之，东缘最低。南海北部大陆边缘盆地地温梯度37.1±6.3 ℃/100 m，高于东海和黄海。北部湾盆地热流值变化范围为46～80 mW/m2，平均为61 mW/m2。珠江口盆地流值变化范围为54～85 mW/m2，平均为68 mW/m2，整体向南增大，其北部拗陷带、中央隆起带、南部拗陷带的平均热流值分别为65 mW/m2、70 mW/m2、72 mW/m2，北部拗陷带往东热流值有降低趋势。琼东南盆地北侧陆架区及陆坡上部热流值一般低于65 mW/m2，中南部深水区热流一般介于65～85 mW/m2，往西沙海槽方向沿宝岛凹陷南部、长昌凹陷、西沙海槽北部陆坡存在一个北东向高热流带，热流值大于85 mW/m2。南海西部陆缘在断裂带附近整体具有高热特征，莺歌海盆地是典型的高温高压盆地，现今地温梯度主要在3～5 ℃/100 m，大地热流值60～95 mW/m2，平均78 mW/m2。

4  南海重点区块地热资源评价

4.1  海南岛地热资源评价

海南岛莫霍面深度为26～29.5 km，大地热流值为65～75 mW/m2，高于地球表面平均59～63 mW/m2的热流值，表现出由北往南逐渐升高的分布规律。海南岛的陆地地热资源可划分为隆起山地型和沉积盆地型两大类。海南沉积盆地型地热资源主要分布于琼北承压水盆地东北部的海口地区以及海南岛西南、南部的乐东县莺歌海—九所盆地、三亚盆地。依据热水的成因与赋存条件不同，热储可划分为孔隙型层状热储和上部孔隙下部裂隙复合型带状热储2种类型。

琼北孔隙型层状热储层地热资源主要分布于琼北新生代断陷盆地的北部，盆地内沉积有巨厚的（最大厚度大于3000 m）新近系—古近系滨海或海陆交互相沉积层。琼北盆地地热增温率一般为2.48～4.04 ℃/100 m，平均3.4 ℃/100 m。在琼北的火山岩台地中，尚未发现温泉出露。沉积盆地孔隙型层状热储层地热资源主要分布于琼北盆地东北部的海口市区，钻孔深度一般450～1000 m，孔口水温为39.5～50 ℃。地热储层以砂岩等碎屑岩为主，包括新近系中新统角尾组、下洋组、古近系渐新统涠洲组等。

通过收集油气勘探资料，在福山凹陷区，井深1732 m，井底温度83 ℃；井深3200 m，井底温度147 ℃。据此推断，海口地区孔隙型层状热储层地热田底部赋存有温度更高、热量更丰富的地热源，当钻孔揭露到一定深度时，即可获得温度更高的热水。

上部孔隙下部裂隙复合型带状热储层地热资源主要分布于三亚市的海坡、乐东县的九所—莺歌海新近系盆地中，含水层为新近系望楼港组和佛罗组中砂、粗砂、细砂、砂砾石及含砾黏土，埋深在90～200 m左右，盆地基底为中生代花岗岩。钻孔揭露深度一般150～300 m，孔口水温为35～48 ℃。

隆起山地型地热资源主要分布于琼中南，共计36处，泉口（井口）水温34～97 ℃。除保亭县七仙岭温泉（隆起山地型）孔口水温最高达97 ℃，属中温地热资源外，其余地热资源温度均低于90 ℃，属于低温地热资源。热储类型主要为构造裂隙型，在地表大多以泉的形式出现，主要分布于五指山褶皱带和三亚台缘拗陷带。温泉分布主要受东西向的王五—文教断裂带、昌江—琼海断裂带、尖峰—吊罗断裂带、九所—陵水断裂带控制。

根据《地热资源地质勘查规范》（GB/T 11615-2010）和《全国地热资源调查评价与区划技术要求》，计算海南省地热资源量如下。

海南省地热资源总量为1.12×1017 kJ，折合标准煤3.81×109 t，地热资源可开采量总计为2.52×1014 kJ/a，折合标准煤8.59×106 t/a。

隆起山地型：地热资源量为6.18×1015 kJ，折合标准煤2.11×108 t，地热资源可开采量为6.18×1012 kJ/a，折合标准煤2.11×105 t/a。

沉积盆地型：海口地区孔隙型层状热储地热资源量为9.32×1016 kJ，折合标准煤3.18×109 t，地热资源可开采量为2.33×1014 kJ/a，折合标准煤7.95×106 t/a；西南部上部孔隙下部裂隙复合型带状热储地热资源总量为1.22×1016 kJ，折合标准煤4.17×108 t，地热资源可开采量为1.25×1013 kJ/a，折合标准煤4.26×105 t/a。

隆起山地型、海口地區孔隙型层状热储层和西南部上部孔隙型层状热储层地热流体可开采量分别约占全省可开采总量的17.16％、80.24％和2.60％。

4.2  海域重点区块地热资源评价

南海北部大陆边缘盆地地温梯度主要分布在3.0～5.0 ℃/100 m，珠江口盆地南部隆起带可达9 ℃/100 m，中部海盆更高。在北部湾盆地内涠西区块、徐闻区块地温梯度在3～3.5 ℃/100 m，莺歌海和琼东南地温梯度在3.3～3.7 ℃/100 m，琼东南自营区块地温梯度在3.5～6 ℃/100 m。

中石化涠西探区位于北部湾盆地西北部，涉及万山隆起、北部坳陷（涠西南凹陷、涠西南低凸起、海中凹陷）和企西隆起。北部湾盆地大地热流29.34～88.40 W/m2，均值66.87 W/m2；地温梯度1.8～4.6 ℃/100 m，均值3.28 ℃/100 m；探区内自营钻井12口井，钻揭地层主要是古近系陆相和新近系海相碎屑岩沉积。收集到北部湾盆地部分钻井温度数据显示，中石化探区内钻井实测地温深度范围1637.5～3731 m，温度65.9～132 ℃。单井折算地温梯度3.14～4.01 ℃/100 m，均值3.40 ℃/100 m，大地热流59.35～80.85 W/m2，均值68.19 W/m2；所有钻井拟合地温梯度3.15 ℃/100 m。地热资源丰富，具备较好的可利用价值，可利用油气生产的伴生水具有再利用的价值，如可为海上平台供热水使用。具体数据如表1所示。

4.3  干热岩资源研究

海南干热岩资源十分丰富，属于中国东南高温地系统，整体热背景值很高，温泉发育是滇—藏地热带的延伸。近年来地球物理探测揭示海南岛附近下方地幔存在低速结构，从浅部向下穿越660 km的不连续面处（上下地幔的分界面）并一直延伸到1900 km，被称为“海南地幔柱”，其影响范围主要通过地表出露的新生代碱性岩为依据，包括南海、雷州半岛以及中南半岛等地区，影响范围达4×106 km2以上。因此该区域是目前进行干热岩地热资源勘探开采的极有利区域。

2018年3月，在海口老城开发区福山油田区域钻探了花东1R井，垂深4376 m钻获了185 ℃优质干热岩地热，如表2所示［8］；2024年4月，中国石化在海口市部署的福砷热1井顺利完钻，井深5200 m，在5123 m深度钻获温度达188.71 ℃的地热储层，为今后在琼北规模化开发和利用干热岩地热奠定了基础。

5  建议与展望

地热资源是地球重要的本土能源和清洁能源，分布广泛、总量可观、资源稳定，在“双碳”目标背景下，实现陆地、海洋等多场景下的地热资源开发，实现其与油气开发利用的融合发展，是实现新能源耦合发展的重要技术路径。就南海地区地热资源而言，建议对于浅层地热资源、中深层地热资源、干热岩等主要类型采取不同的研究开发路径。

（1）在浅层地热资源利用方面，海南岛上的地热资源广泛分布于200 m以浅的岩土体、地层土壤、地下水或地表水中，通过地源热泵系统改善其能量品位并加以利用是其主要的能量利用形式。地源热泵由水地源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热中央空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。未来可针对南海地区浅层地热能特性开展土壤源换热系统材料研究、优化系统运行模式，提高能源利用经济性。

（2）对于中深层地热资源，陆上可依托海南岛36处隆起山地型地热田和集中分布在琼北地区的沉积盆地型地热资源，进行温泉旅游开发。但南海地区陆上沉积盆地型层状热储分布较为局限，主要发育隆起山地型带状热储，热储分布受断裂控制明显，中深层地热资源日开采量无法得到保证，且地热井钻凿深度较大，中深层地热资源在利用上风险和成本均较高，因此，未来应持续加大重点海域地热资源勘探力度和深度，并促进与油气资源的耦合开发。

（3）在干热岩开发方面，可以海南琼北第四系火山活动区为重点地区，对海口马鞍岭火山群等近现代火山开展地质和地球物理勘查，储备近现代火山型干热岩资源勘探开发靶区，择机开展干热岩试验性开发，建设干热岩发电示范工程。

新能源的技术发展与产业化推动，有赖于政府、油气企业和各类新能源产业参与方的共同协作，通过政府支持、企业参与、技术攻关、整合联动，共同推动海洋新能源高质量发展。首先，应做好规划引领，明确发展目标和技术路线，合理布局项目试点。其次，要加大地热资源等新能源资源评价力度，摸清资源底数和可利用资源量。最后，参与各方应统筹资源，建立产业合作机制，打造联合攻关平台，开展关键技术攻关，以技术创新和产学研用共同推动新能源与油气资源融合发展。

中国石化通过地热资源等探索研究和资源储备，未来推动多种海上新能源开发技术的不断升级，持续提高海洋绿电供应能力，促进海洋经济市场的健康发展。在可见的未来，中国石化将逐步打造海上油气、绿电、绿氢一体化综合供应基地，形成海上新能源与油气开发的耦合利用基地，并发展与海洋牧场、海水淡化、储能等领域耦合的新型产业模式，构建更加多元化的应用场景，实现节约集约用海，提升海洋能源利用能力，保证海洋能源的可持续开发。

6  结语

本文基于中国南海地区地热资源条件，对中国石化在陆域、海域等重点地区的地热资源进行评价，认为在该区域进行地热资源开发具有可行性和实际应用前景。建议对重点区域持续加大资源勘查力度，不断增强资源储备，对重点资源靶区进行研究性开发，并探索实践地热资源等新能源与传统油气资源的耦合开发，应是南海地区新能源发展的重要方向，也是实现碳中和的重要路径。

［参考文献］

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［7］施小斌， 丘学林， 夏戟原， 等. 南海热流特征及其构造意义［J］. 热带海洋学报， 2003（2）：63-73.

［8］叶顺友， 杨灿， 王海斌， 等. 海南福山凹陷花东1R井干热岩钻井关键技术［J］. 石油钻探技术， 2019（4）：10-16.

（编辑  沈强）

Research on the development of geothermal resources in the

northern South China Sea：taking SINOPEC as an example

Luo  Lu1，2，  Wu  Chenbingjie1，2

（1.Sinopec Star Petroleum Co.，Ltd.， Beijing 100083， China; 2.Sinopec Key Laboratory

of Geothermal Resources Exploitation and Utilization， Beijing 100083， China）

Abstract：  Sinopec has multiple refining and chemical enterprises in the areas of the South China Sea， with significant clean energy demand from both enterprises and local communities. Meanwhile， the South China Sea is rich in new energy resources， possessing tremendous development potential. As one of the important new energy sources， geothermal resources have attracted much attention for their conditions and application prospects in the South China Sea. The paper points out that new energy development strategy in the South China Sea should make full use of clean energy resources such as geothermal resources to promote the clean energy transformation of refining and chemical enterprises， help achieve the carbon peak and carbon neutrality goals， and provide strong support for the development of SINOPEC in the new energy field.

Keywords： new energy; South China Sea; geothermal resources; marine energy