《台湾海峡及周边地区地热潜能与应用》编后感_庄庆祥.pdf

2023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK台湾海峡及周边地区地热潜能与应用编后感庄庆祥1胡祥云2冯建赟3郑霜高1庄公勋1姜兆钧1庄碧彦1（1福建省祥和地热开发有限公司院士专家工作站福建漳州3630002中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院湖北武汉4300793中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京100089）摘要依靠濒临环太平洋地热带的优势，台湾海峡及周边地区可以作为探寻中国超高温、高温地热资源的潜在目标区。收集了该地区地质构造、地热地质、地震地质、矿床地质、地球物理、地球化学、地热勘查与开发利用等方面资料，开展了多领域、多学科、多技术的综合研究。运用逆向思维方法，如果具备深部热物质活动与深部高温岩体的异常，就会在地壳浅部产生多种地质响应。分析研究了地貌与地质灾害、成岩成矿、构造应力场、新构造断裂活动、地震、地球物理与地球化学、地热、及火山岩浆8类地质响应的强度大小和分布规律，从而判断识别出潜在的高温、甚至超高温条件，遴选出干热岩重点工作靶区和次重点工作靶区，并初步估算了各区蕴含的地热资源量，可供结合投资可能和地方的需求投入勘查工作。另提出了与将来开发相关的建议，力争探索干热岩勘查与开发利用的有效创新方案，用大量鲜活的事实雄辩地证明中国东南沿海不仅幔热，而且壳也热，干热岩地热潜能巨大，是中国最具干热岩地热潜能的不可多得的区域之一，第二、三空间地热等矿产资源极其丰富。关键词深部热物质活动深部高温岩体异常地质响应地热潜能分析与评价干热岩地热发电地热梯级综合利用中图分类号：TK529文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)0305104本文资料来自2022年地质出版社出版的台湾海峡及周边地热潜能与应用，研究区范围包括台湾省、台湾海峡与福建省的全境及广东省北部的大部、浙江省南部、江西省东部，面积约500 000 km2。以搜集相关研究成果的资料为主，充分结合作者从事地质、水文地质工程地质、地热地质、地震地质等勘察工作50余年的经验总结资料，尤其时近40年来从事的地热与地震研究、福建地热研究与实践、漳州盆地地热详查、漳州地区及邻区干热岩地热地质普查、漳州盆地及周边地区地热资源与深部高温岩体地质响应的研究，以及漳州国家地热节能示范项目（地热梯级综合利用）的亲身实践经验的总结资料。该科研专著由上、中、下3册组成，共18章、1 200余页、近200万字。1专著研究的基石和根本保证对收集到的研究区丰富的地质与构造、水文地质与工程地质、油气地质、矿床地质、地热地质、地震地质、地球物理与地球化学、地质力学等勘查资料及漳州热田浅层高温地热水梯级综合利用系统工程资料，深入全面地分析总结，采用逆向思维创新方法，开展多领域、多学科、多技术互相渗透、交叉、碰撞、交流与融合，集成创新了研究区地热潜能与应用。研究的主要目的和任务是在开展研究区地热等矿产资源勘查工作的基础上，对研究区开展全方位、系统性、全面性的有关资料进行深入综合分析，从中寻找各地质构造单元的划分及其相互的内在联系。在划分9个构造地热带、20块地热断块（西区）的基础上，划分出7个重点工作区、1个一般工作区、1个简单工作区。工作量安排突出重点工作区，照顾一般工作区，兼顾简单工作区，合理安排分配工作量。确定本次研究核心重点内容与地热潜能的分析，评价标准是深部热物质上涌、运移、调整、分异、变异、交换（能量）活动（以下简称深部热物质活动）与深部高温岩体派生的成山成盆地形地貌异常地质响应、成岩成矿异常地质响应、构造应力场异常地质响应、新构造断裂活动异常地质响应、地球物理与地球化学场异常地质响应、地震地质灾害异常地质响应、地热异常地质响应、火山与岩浆活动异常地质响应（以下统称深部高温岩体8项异常地质响应）的强度大小、变化特征与规律1-2，对研究区内壳、幔密度结构、磁性结构、电性结构、地震波速结构进行刻画，探寻构造地热带、地热段块两翼深部热物质活动与深部高温岩体8项异常地质响应相向合力叠加梯度增强的聚焦中心，即干热岩地热资源富集带、段块，初步确定研究区干热岩重点工作靶区与次重点工作靶区。2地热潜能分析与评价通过对研究区深部热物质活动与深部高温岩体8项异常地质响应的强度大小、特征与变化规律的深入综合分析研究3-4，深入细致地调查取证，即高精度的观测、高分辨率信息的取得，越过地平线去捕捉、抚摸深部热物质活动与深部高温岩体8项异常地质响应的强度大小、变化特征与干热岩地热能富集规律，以及干热岩热源、热储、热盖、热通道的介质与狭义干热岩必要条件与充分条件和构造环境关系等关键地质问题的“脉搏”，让研究区大面积分布的干热岩热储花岗岩介质不均匀收稿日期：2022-08-08作者简介：庄庆祥（1943），国务院政府特殊津贴专家、教授级高级工程师，现任福建省祥和地热开发有限公司总工程师兼院士专家工作站联络人、福建省能源研究会理事、漳州市老科学技术工作者协会理事。清洁能源512023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK性，各向异性、非线性特征造成干热岩大地热流（深层地热资源）分布极不均匀，地表看不到、摸不着，深孔布孔与干热岩地热地质勘查和深孔开采钻探风险巨大等6，存在严重的制约瓶颈问题得以彻底克服，使之变成看得到、摸得着的工作一步一个脚印，顺序前进，稳扎稳打，将风险降到最低，实现社会效益与经济效益并重，综合效益最大化。在科学、准确划分3类不同工作程度区的基础上，划分出9条北北东向或北东向构造地热带，其中：以海域岛屿为主的东区5条，分别是台东吕宋岛弧构造地热带和台湾海峡沉降构造地热带等5条构造地热带，东区北西向或北西西向地热段块不发育，没有划分地热段块；西区以内陆与滨海为主，由北西向或北西西向地热段块组成的4条北东向构造地热带。再以深部热物质活动与深部高温岩体8项异常地质响应的强度大小为标准，初步确定：强度十分剧烈、剧烈的东区台东吕宋岛弧构造地热带、台北琉球岛弧构造地热带和台湾海峡沉降构造地热带为超高温（374）、高压纯蒸汽干热岩地热资源富集带；西区内永梅坳陷构造地热带为中高温（150180）、中温（120150）干热岩地热资源富集带7。西区内北东向或北北东向闽台梯级过渡带东部构造地热带内的北西向或北西西向闽东南（厦、漳、泉）沿海地热段块和闽中东北（福州盆地）地热段块深部热物质活动与深部高温岩体8项异常地质响应的活动与响应强度较剧烈，为高温（180374）、中高温（150180）、高压水、汽混合干热岩地热资源富集的地热段块；北东向或北北东向的闽台梯级过渡带西部构造地热带内的闽中南（平和、南靖、安溪、德化）地热段块和闽中中北（永泰、闽清）地热段块活动与响应强度强烈，为中高温（150180）、中温（120150）干热岩地热资源富集地热段块8-11；北东向永梅坳陷构造地热带内北西向闽西南（三明、龙岩）地热段块的活动与响应的强度强烈，为分布相对均匀的中高温（150180）、中温（120150）干热岩地热资源富集地热段块；北东向或北北东向武夷山脉隆起构造地热带内的北西向赣东南（赣州）地热段块的活动与响应较强烈，为中温（120150）、中低温（100120）干热岩地热资源富集地热段块。以上6块北西向或北西西向干热岩地热资源富集段块的各自南、北两翼活动与响应的强度（深部热物质活动与深部高温岩体8项异常地质响应强度的简称）相向叠加合力梯度增强的优效结果，造就各自成为活动与响应的聚焦中心，即干热岩地热资源的富集段块。在此基础上，分别对研究区9条构造地热带和6块干热岩地热资源富集段块开展地热潜能分析与评价，按深部热物质上涌、运移、调整、分异、变异、交换（能量）活动与深部高温岩体8项异常地质响应的强度大小顺序进行综合地热潜能排序，为最终遴选出研究区干热岩重点工作靶区和干热岩次重点工作靶区打好基础，为今后研究区干热岩地质勘查、详查、开采勘探、编写项目可行性报告书和干热岩综合开发利用工程设计书提供参考。3地热应用3.1地热储量估算与节能减排初步估 算 研 究 区地 下310 km段 干热岩 地 热 资源 量2.83 7821024J，相当标准煤96.846 5万亿t。因研究区干热岩地热资源是中国境内温度最高，超高温、高温地热资源密度最大的区域，热能综合利用率非常高，故采用5%的开采率，可采利用的地热能为相当标准煤4.84万亿t，若考虑煤热交换率最高位60%计，保守计则有8.07万亿t标准煤可被开采出来。可减少排放污染物：二氧化氮19.271 1万亿t；二氧化硫1 371.9亿t；二氧化氮484.2亿t；粉尘645.6亿t；煤渣0.807万亿t。由此可见，环保节能减排的环境社会效益显著。3.2开发地热防震减灾我国历来深受大地震灾害的危害，尤其研究区是中国大地震最为频繁发生的区域。2009年以来，作者开展大地震震源核爆成因探讨与开发释放地热能、转换地震能量、创建地震安全岛、防震减灾的初步研究，已取得初步成果。3.3干热岩重点工作靶区与次重点工作靶区的确定根据研究区综合地热潜能的分析与评价，在初步确定4条构造干热岩地热资源富集带和6块干热岩地热资源富集段（块）的基础上，进一步确定28个干热岩重点工作靶区和27个干热岩次重点工作靶区，为研究区今后干热岩地热资源勘查与综合开发利用是提供参考。3.4干热岩地热资源综合利用建议干热岩地热资源综合开发利用应采用地热发电梯级综合利用方案。目前地热发电设备应采用世界上最先进且适合国情的防酸防碱耐高温地热发电设备。地热发电后余热能温度90 左右，建议参考采用20世纪8090年代，清华大学等编制的漳州国家节能示范项目第一期工程可行性报告和中国建筑设计院编制的 漳州国家地热节能示范项目第一期工程设计图集及说明书。该示范项目是由当时的李鹏总理签发，国务院批准的唯一一个国家地热节能示范项目，在全球首创高温地热水梯级综合利用。该项目1993年项目竣工投产后，1996年一、二期工程经国家验收和审计通过，实践证明项目设计技术方案、路线、梯级开发程序先进、超前、安全、实用，完全适用当今干热岩地热发电后余热能的梯级综合利用。作者深切地体会到，干热岩地热能的开发利用普及必须做到6点：应尽快将激光碎裂高端科学技术应用到深孔勘查与开采钻井中，以提高钻进速度，降低成本；将车载式钻探与光纤测温应用到大地热流（浅层）大地热流测试中来；要大胆将盾构机原理、技术应用到替代传统落后的垂直式深孔钻探中来；要将超临界二氧化碳作为对井压裂介质和地热发电介质的初步创新成果尽快应用到干热岩地热能资源的应用中来；尽快研发出热电转换的高效发电设备，以代替目前全球通用的低效率热动力电发电装置，减少中间环节能量转换消耗，大幅度提高发电效率，降低生产成本；大胆采用热矿联采综合利用，向第二、三空间地热等矿产资源深地系统工程挺进，达到降低生产成本的目标。台湾海峡及周边地区地热潜能与应用科研专著目的与任务明确，内容丰富，地热潜能分析透彻深刻，科学精准，评价基石牢靠，结论客观公正，实事求是，创新成果突出，硕果累累，研究精度高，实属来自不易。清洁能源522023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK4创新成果（1）本次工作彻底改变了研究区内之前仅有极小范围开展过干热岩地热勘查与研究，而大面积干热岩勘查与研究是空白的被动局面，干热岩地热地质勘查和地热等矿产资源综合开发利用结合防震减灾、节能减排国家重大科技攻关创新课题已被提上有关政府部门的议事日程。（2）在全球、全国首创采用深部热物质上涌、运移、调整、分异、变异、交换（能量）活动（以下简称深部热物质活动）与深部高温岩体派生的八大异常地质响应地热地质的强度调查取证工作方法，深入研究干热岩热源、热储、热盖、热通与狭义干热岩必要条件与充分条件等干热岩研究的关键地质问题，找到研究区大面积分布的优质大生热率、高热导率花岗岩热储体的优势和介质不均匀性、各向异性、非线性的干热岩地热能勘查布孔风险巨大的短板，总结摸索创新出一套较成熟地解决了长期存在的干热岩地热地质勘查瓶颈问题的成功经验，将风险降到最低，为国家干热岩地热地质勘查规范制定提供了重要的依据资料，必将促进我国干热岩地热地质勘查规范尽早出台。（3）首创研究区干热岩综合地热潜能内容、评价标准、分布、变化与地热能富集规律，其初步结论是：干热岩综合地热潜能评价的主要内容是深部热物质活动与深部高温岩体派生八大异常地质响应的强度大小及二维、三维空间方向上的变化特征。研究区干热岩综合地热能的分布特征与富集规律总体趋势是自西往东、由北向南正向梯度正常增强，其中局部区域出现自西往东或由北向南反向梯度反常减弱（或自东往西、由南向北反向梯度增强），形成构造地热带东西两翼或地热段、块南北两翼同向梯度合力叠加梯度增强的优效结果，即形成地热能富集中心，成为北北东向、北东向构造地热能富集带或北西西向、北西向地热能富集段、块。如：台东吕宋岛孤、台北琉球岛孤、台湾海峡沉降、永梅坳陷等4条北北东向或北东向构造地热能富集带；闽东南、闽中东北、闽中南、闽中中北、闽西南坳陷、赣东南等6个地热能富集段、块。（4）首创以深部热物质活动与深部高温岩体派生八大异常地质响应行为的强度与轨迹为判剧，从中遴选与推荐28个干热岩重点工作靶区和27个干热岩次重点工作靶区，供今后研究区干热岩地热地质普查选用参考。首创狭义干热岩必要条件与充分条件标准，大胆采用综合地热潜能评级标准与方法，探索越过地平线去捕捉、抚摸深部热物质活动与深部高温岩体地质响应的“脉搏”和推荐、遴选干热岩重点工作靶区和干热岩次重点工作靶区的科学高效工作方法。（5）首创以研究区深部高温岩体八大地质响应强度变化特征与干热岩地热能富集规律为判据，以深部热物质活动的强度大小为准绳，特别是将已初步具备综合地热潜能定性、定量标准的：深部高温岩体地震异常地质响应、地热异常地质响应、新构造活动断裂异常地质响应、地球物理场异常地质响应作为研究区综合地热潜能的核心骨干定量、定性评价标准重点优先考虑。其他四大异常地质响应目前只具备定性评价标准，只作一般性的评价。在全国率先提出地堑式新生代第四纪活动裂谷的台湾海峡沉降带内可能蕴藏有超高温、超高压的过热（374）纯蒸汽宝贵干热岩地热资源（热电效率40%左右），不仅蕴藏有丰富的热解成因的油汽资源，而且第二、三空间多金属、稀有、稀土等矿产资源可能也会很丰富，综合开发利用潜力巨大，很有可能会是我国少有的一大型聚宝盆。（6）在全国率先提出干热岩等幔源矿产资源的找矿方向与目标靶区：板块构造、地幔对流和地幔热柱构造的地应力聚焦区域；新构造活动断裂强烈活动区域；自然地质灾害（地震、滑坡、泥石流、崩塌、堰塞湖等）频发区域；具地壳沉陷与地幔大幅度上隆镜像倒影特征的负地形地貌的地堑式活动裂谷区域；烈度高、震级大、频率高的地震强烈活动区域；多金属、稀有、稀土等幔源矿产资源及基性、超基性岩脉分布区域；火山与岩浆强烈活动的新花岗岩分布区域；壳、幔、岩石圈三维立体结构与构造特异、地壳薄、居里等温面浅，地壳特别是上地壳内有埋藏较浅的较大体积岩浆房低速热源体分布的区域；地表温泉密布、热泉众多，尤其有沸泉、高温热泉露头的裸露型地热异常区或保温盖层厚、下覆基底热储体高热流值异常特征突出的埋藏型地热异常区域。这些总结出来的找矿方向与狭义干热岩目标靶区的创新方案，可作为某个研究区干热岩研究与地热地质勘查优选狭义干热岩重点工作靶区的标准与必不可少的干热岩地热地质勘查的核心骨干内容。（7）在全球首先摸索创新出大构造区域范围内干热岩地热等矿产资源勘查方法，特别是以深部热物质活动与深部高温岩体八项异常地质响应的强度大小、不同方向变化特征与聚焦中心、地热能富集规律，作为研究区内各分区、地质构造单元、工作程度分区（重点工作区、一般工作和简单工作区）、干热岩地热能富集带、富集段块、干热岩重点工作靶区和次重点工作靶区等的划分依据，合理布置工作量，使勘查工作科学有序、突出重点、照顾一般、不放过简单，达到节省工作量、有的放矢、高效的目的。（8）作者关于大地震核爆成因的深入探讨，已引起越来越多有识之士的关注与认可，开发地热转换地震能量、创建地震安全岛、防震减灾、节能减排等创新学说已逐渐深入人心，已获部分顶级权威专家们认可与鼓励，也被正、反两方面开发地热防震减灾的历史实例所证实，创建开发地热发展增强型地热系统重大国家科技攻关科研创新基地的必要条件与充分条件正在成熟之中。经过不懈努力，在中央支持下，我国有望率先攀登世界地热、地震地球科学高峰，攻克全球性防震减灾难关，查明大地震成因，切实做好大地震预报工作，在大地震危险带上创建地震安全岛，用实际行动为实现中华民族伟大复兴作出贡献！（9）作者断言：当今全球能源与环境危机的出路在于代替常规化石能源的新能源开发利用；在新能源家族中，不受季节、天气、昼夜变化影响、利用率最高、可再生持续稳定、利用优势突出的地热能是新能源家族中开发利用潜能最大，必将成为关键核心的一员。完全可以预言，干热岩是地热能的希望与未来。伴随地热能开发利用的广泛深入发展，必将会有越来越多的地震安全岛诞生，大地震发生的概率、频率必将越来越少、震级与烈度将越来越小。（下转第69页）清洁能源532023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK（上接第53页）（10）作者提出了突破我国乃至全球普遍存在着的深部干热岩勘查与开发利用制约瓶颈的若干战略性创新方案和战术性的手段与具体方法，为克服我国当前浅层（第一空间）地热等矿产资源濒临枯竭困境，大力开展第二、三空间深地工程，提供普及干热岩地热等矿产资源勘查与综合开发利用参考。综上所述，台湾海峡及周边地区地热潜能与应用 可以作为台湾海峡及周边地区国家干热岩示范区的预可行性研究报告。参考文献1滕吉文.中国东部大陆边缘地带岩石圈结构的地震研究C.北京：中国科学院地球物理研究所论文摘要集，1989.2滕吉文.强烈地震发生的深部介质和构造环境与动力过程M.北京：科学出版社，2014.3李廷栋.中国岩石圈的基本特征J.地学前缘，2010（1）：1-13.4多吉.中国地热能战略发展的思考C.北京：香山科学会议第555次学术讨论会主题评述报告，2016.5庄庆祥，李德威，郑霜高，等.漳州盆地及邻区地热资源与深部高温岩体的地质响应研究M.北京：地质出版社，2019.6高天钧，王振民，吴克隆，等.台湾海峡及其周边地区构造岩浆演化与成矿作用M.北京：地质出版社，1999.7黄尚瑶.中国温泉资源：1600万中国温泉分布图说明书M.北京：中国地图出版社，1993.8郑克棪，多吉，田廷山，等.中国高温地热勘查开发M.北京：地质出版社，2013.9程德利.19001980年4.7级地震的均一震级目录M.北京：地震出版社，1981.10庄庆祥.福建地热研究与实践M.北京：地质出版社，2010.11李德威，王焰新.干热岩地热能研究与开发的若干重大问题J.地球科学（中国地质大学学报），2015，40（11）：1858-1869.图4生化协同改性后污泥水分分布变化规律3结论（1）生化协同改性能有效提升电渗透脱水效能。最佳条件下，鼠李糖脂与PAC比例11，投加量120 mg/g，表面附着水减少19.96%，水合态水减少4.36%，泥饼最终含水率58.55%。（2）鼠李糖脂通过乳化作用使污泥LB-EPS和TB-EPS分散、增溶，改变菌胶团体系界面状态；PAC通过化学再絮凝作用使小颗粒重新集聚，改变形态水分分布，使得污泥黏度降低、疏水性变强，污泥流动性增强，从而提升电渗透脱水效能。（3）电渗透易于去除自由水和间隙水，EPS通过影响污泥流体中水分分布规律，释放水合态水、表面附着水，生成自由水和间隙水。参考文献1PILLI S，BHUNIA P，YAN S，et al.Ultrasonic pretreatment of sludge：A reviewJ.Ultrasonics sonochemistry，2011（1）：18.2李道甲，员建，马华继，等.连续流超声对低水温活性污泥性能和污泥减量的影响J.中国给水排水，2019，35（9）：16-22.3董立文，汪诚文，张鹤清，等.电导率对城镇污泥电渗透脱水效果的影响J.中国环境科学，2013（2）：209-214.4冯源.城市污水污泥电动脱水机理试验研究及多场耦合作用理论分析D.杭州：浙江大学，2012.5LEE D J.Structure evolution of wastewater sludge during electroos-motic dewateringJ.Drying Technology，2010，28（7）：890-900.6CITEAU M，LARUE O，VOROBIEV E.Influence of salt，pH and poly-electrolyte on the pressure electro-dewatering of sewage sludgeJ.Water Research，2011，45（6）：2167-2180.7建设部标准定额研究所.城市污水处理厂污泥检验方法标准：CJ/T2212005S.北京：中国标准出版社，2005.8GUELLIL A，BLOCK J C，URBAIN V.Adaptation of the microbial ad-hesion to hydrocarbon test（math）for measuring activated sludge hy-drophobicityJ.Water Science&Technology，1998，37（4/5）：359-362.9LI X Y，YANG S F.Influence of loosely bound extracellular polymericsubstances（EPS）on the flocculation，sedimentation and dewaterabili-ty of activated sludgeJ.Water Research，2007，41（5）：1022-1030.10LEE D J.Moisture distribution and removal efficiency of waste acti-vated sludgesJ.Water Science&Technology，1996，33（12）：269-272.11DENG W，LI X，YAN J，et al.Moisture distribution in sludges basedon different testing methodsJ.环境科学学报，2011，23（5）：875-880.12洪晨，邢奕，王志强，等.无机调理剂与表面活性剂联合调理对污泥脱水性能的影响J.化工学报，2014，65（3）：1068-1075.13LONG X W，ZHANG G L HAN L，et al.Dewatering of floated oilysludge by treatment with rhamnolipidJ.Water research，2013，47（13）：4303-4311.14洪晨，邢奕，王志强，等.不同pH下表面活性剂对污泥脱水性能的影响J.浙江大学学报（工学版），2014，48（05）：850-857，870.15李军，孙金坛，赵宇.含油污泥处理新技术与设备研究J.油气田环境保护，2009，19（S1）：50-51.污染防治技术69