干热岩勘查开发进展及展望.pdf

DOI：10.16030/ki.issn.1000-3665.202304011文冬光，张二勇，王贵玲，等.干热岩勘查开发进展及展望 J.水文地质工程地质，2023，50(4):1-13.WEN Dongguang,ZHANG Eryong,WANG Guiling,et al.Progress and prospect of hot dry rock exploration and developmentJ.Hydrogeology&Engineering Geology,2023,50(4):1-13.干热岩勘查开发进展及展望文冬光1，张二勇1，王贵玲2，张林友1，王璜3，张森琦1，叶成明1，王稳石4，金显鹏1，刘东林1，贾小丰1，李胜涛1，吴海东1，连晟1，冯庆达1（1.中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，天津300309；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄050061；3.中国地质调查局，北京100037；4.中国地质调查局勘探技术研究所，河北 廊坊065000）摘要：清洁能源开发利用是当前全球可持续发展共同关注的资源环境问题。干热岩指埋藏于地球深部、内部不存在或仅存在少量流体，温度高于 180 C 的高温岩体，作为未来人类可持续利用的重要战略可接替清洁能源，其开发利用备受关注。文章在梳理总结国内外典型干热岩勘查与开发利用进展的基础上，针对干热岩资源研究方向提出几点思考，希望对我国未来干热岩勘查与开发工作起到有益参考借鉴作用。自 20 世纪 70 年代提出干热岩概念以来，世界各国开展了多处勘查开发工程探索，在取得大量理论技术突破的同时，也存在不少失败的案例。虽然全球投入建设的干热岩开发工程数量总体上不断增加，为干热岩勘查开发积累了宝贵经验，但是迄今为止尚未建造有商业规模的储层，由于缺乏持续经费支持、水力压裂诱发微地震等问题，多数被迫终止。目前来看，全球干热岩开发正逐渐进入新的探索阶段，欧美各国纷纷加强相关基础理论和技术攻关。我国近年来在干热岩资源调查评价和勘查开发方面取得了重要阶段性成果，编制了大地热流、居里面深度、控热构造等系列基础图件，初步估算了我国陆域干热岩资源潜力，并在青海共和、福建漳州、广东惠州、河北马头营、山西大同、江苏兴化等地区相继开展了干热岩勘查开发探索。其中，青海共和盆地恰卜恰地区在 4 000 m 深度探获超过 200 C 的高温干热岩体。2019 年在青海共和启动我国首个干热岩勘查试采示范工程，2020 年完成干热岩储层规模化建造，有效改造体积超千万立方米，并于 2021 年实现试验性发电并网，在干热岩深部探测、高温硬岩钻探、规模化储层建造、循环连通、有机朗肯循环发电等方面取得了系列基础成果，推动了我国干热岩在勘查开发方面的实质性进展。总体来看，全球干热岩勘查开发取得了长足进展，实践证明干热岩资源是一种十分有发展前途的绿色能源，有望未来成为全球重要战略能源。然而，干热岩现有开发利用路径及其配套技术、装备与商业化开发预期相比还存在较大差距。我国干热岩资源开发尽管实现了从“0”到“1”的突破，但距离国际水平还有较长的路要走，仍需要在高温硬岩钻完井、深部储层精细刻画、安全规模化储层建造、高效换热取热等方面推动颠覆性技术创新，破解规模化、经济性开发难题。关键词：干热岩；勘查开发；进展；展望中图分类号：P314 文献标志码：A 文章编号：1000-3665（2023）04-0001-13Progress and prospect of hot dry rock exploration and developmentWEN Dongguang1，ZHANG Eryong1，WANG Guiling2，ZHANG Linyou1，WANG Huang3，ZHANG Senqi1，YE Chengming1，WANG Wenshi4，JIN Xianpeng1，LIU Donglin1，JIA Xiaofeng1，LI Shengtao1，WU Haidong1，LIAN Sheng1，FENG Qingda1 收稿日期：2023-04-11；修订日期：2023-04-25投稿网址：基金项目：江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金（重大科技示范 BE2022859）；中国地质调查局地质调查项目（DD20190131；DD20190135；DD20211336）；国家自然科学基金项目（42202336）第一作者：文冬光（1964-），男，博士，研究员，主要从事水文地质、环境地质及地热资源调查研究等工作。E-mail：通讯作者：张林友（1987-），男，博士，高级工程师，主要从事地热资源调查研究及数值模拟等工作。E-mail： 第 50 卷 第 4 期水文地质工程地质Vol.50 No.42023 年 7 月HYDROGEOLOGY&ENGINEERING GEOLOGYJul.，2023（1.Center for Hydrogeology and Environmental Geology Survey,China Geological Survey,Tianjin300309,China；2.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Shijiazhuang,Hebei050061,China；3.China Geological Survey,Beijing100037,China；4.Institute ofExploration Techniques,China Geological Survey,Langfang,Hebei065000,China）Abstract：The exploitation and utilization of clean energy is a resource and environmental issue of commonconcern for global sustainable development.As a vital strategic and sustainable future energy,hot dry rock(HDR)has attracted more and more attention.In this paper some thoughts on the future research direction of HDRresources in China are provided based on a worldwide experience summary,hoping to provide a useful referencefor the future exploration and engineering development of HDR.Since the concept of HDR was put forward in the1970s,the number of worldwide HDR construction has been increasingly growing.Although a lot of theoreticaland technical breakthroughs have been made,only a small fraction of projects still in operation due to the lack ofsustained financial support,induced microearthquakes and other issues.At present,the global development ofHDR is gradually entering a new stage of exploration,and the basic theories of HDR to tackle the key problemsare strengthening around the world.Since 2012,the China Geological Survey has organized and implemented thenationwide terrestrial HDR resources survey,evaluation,exploration and development,and significant stageprogress has been achieved.A series of fundamental maps have been compiled,such as terrestrial heat flow value,curie surface depth,distribution of acidic rock,and heat-controlling structure in China.The resource potential ofterrestrial HDR in China has been preliminarily estimated and a sounding basis for the target site selection isprovided.HDR exploration and evaluation have been carried out in typical areas of Qinghai,Shandong,Hebei,Shanxi and Jiangsu provinces,and a breakthrough has been achieved in the Gonghe Basin of Qinghai.The firstHDR resources exploration and production demonstration project in China was carried out in 2019,which made aseries of meaningful outcomes in deep HDR exploration,high-temperature hard rock drilling,large-scale reservoirstimulation,reservoir connectivity and flow circulation,organic Rankine cycle(ORC)power generation,etc.Thelarge-scale reservoir stimulation was carried out in 2020,and the first power generation test was completed in2021.In general,the global exploration and development of HDR has made great progress.Practice has provedthat HDR resources are a promising green energy and are expected to become an inexhaustible energy support forthe world in the future.However,there is still a large gap between the existing path of HDR development andutilization and the economics of its supporting technologies compared with commercial development expectationsat present.Although the development of HDR resources in China has achieved a breakthrough from“0”to“1”,there is still a long way to go from the international level.In order to solve the problems of large-scale andeconomic development,it is still needed to promote disruptive technological innovation in high temperature hardrock drilling and completion,fine characterization of deep reservoirs,safe large-scale reservoir construction,efficient heat transfer and heat recovery and other aspects.Keywords：hot dry rock；exploration and development；progress；prospects 干热岩资源是指埋藏在深部不含或微含流体、高温（180 C）岩体内蕴藏的可被当前技术利用的巨大能源，因具有分布广泛、基荷无需储存即可输送、占地少、清洁无污染等优点成为未来理想可获取的持续性绿色能源1 2。国际上，干热岩主要通过增强型或工程型地热系统（enhanced/engineering geothermal system，EGS）进行开发利用，工艺流程主要包括注采井施工、人工热储建造、循环换热、发电利用等，通常用水作为换热载体，经深井注入到人工压裂形成的岩石裂隙带中，通过与高温岩体接触加热，再返回地面进行地热能发电利用3。美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室于 20世纪 70 年代在美国新墨西哥州的芬顿山（Fenton Hill）拉开了干热岩勘查开发研究序幕4，随后英国、德国、2 水文地质工程地质第 4 期法国、日本、澳大利亚、韩国、中国等国家相继开展了相关探采试验工作，并取得积极进展5 7。经过 50 余年的不断探索，干热岩在基础理论研究与工程开发实践方面均取得了长足进步，资源开发前景进一步明朗，越来越多的国家加入到全球干热岩勘查开发行列5，8。我国干热岩勘查与开发工作起步较晚，其成功实施将对改变我国传统能源结构、促进生态文明建设具有重要意义。2012 年以来，中国地质调查局及有关省地勘队伍相继在青海、山东、福建、广东、海南、河北、山西、江苏等重点地区开展了干热岩资源勘查工作9 10，探获了一批高温地热资源，并评估了我国陆区干热岩资源潜力。其中，在青海共和盆地先后施工了多眼钻井，显示在 4 000 m 深度温度超过了 200 C11。2019 年，中国地质调查局与青海省人民政府合作组织在青海共和盆地启动了我国首个干热岩资源调查与勘查试采示范工程建设，并于 2021 年成功实现干热岩试验性发电并网，推动了我国干热岩在勘查开发方面的实质性进展，在深部探测、高温硬岩钻探、规模化储层建造、循环连通等方面取得了系列成果12。随着我国干热岩勘查开发持续深入，在成因机制13 15、勘查选址16 18、储层建造19 21、监测评价22 23、钻完井工艺24 26、环境影响27 29等基础理论、技术工艺方面不断有所突破。本文旨在梳理国内外干热岩开发利用进展的基础上，对我国干热岩地热资源未来研究方向提供几点思考，并提出开发利用前景及展望，以期对我国未来干热岩勘查与工程开发工作提供有益的参考借鉴。1 国际干热岩勘查开发进展干热岩资源勘查开发是世界新能源探索的前沿，近年来，随着全球能源需求与日俱增，干热岩开发利用的呼声日益强烈。据统计，全球投入建设的干热岩相关 EGS 工程数量总体上不断增加，美国、英国、德国、法国、澳大利亚、瑞士、瑞典、日本、中国等多个国家已建立超过 60 处 EGS 工程，然而由于资金支撑、微震活动、钻井或电厂运行等原因，很多 EGS 工程已停止运行，尚在运行的多为干热岩-水热混合型 EGS 工程，其中法国苏尔茨（Soultz）EGS 工程实现了兆瓦级发电28，30 31。2019 年，美国启动 FORGE（Frontier Obser-vatory for Research in Geothermal Energy）干热岩研究计划，皆在通过关键技术研发以实现 EGS 的商业性开发，使干热岩成为清洁、可靠、灵活和可再生新能源的代表32。2020 年，欧盟启动实施了地平线计划（Horizon Europe），计划在 10 a 内分 3 个阶段投入 18亿欧元支持干热岩等深部地热技术创新，促进欧洲清洁能源开发利用。国际上主要 EGS 场地多集中在板块边界、新生代裂谷区等区域（图 1），该区域地质构造活动强烈，地震、岩浆活动频发，为高温地热异常的形成提供了重要条件13。目前，已知分布在板缘地热带内的典型EGS 场地主要有：美国的芬顿山和米尔福德、日本的肘折和雄胜，韩国的浦项，以及法国的苏尔茨等。相对板缘，分布在板块内部的 EGS 工程，其高温地热资源的形成主要与局部活跃构造、高放射性等相关。已#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*#*世界主要EGS工程图 1 世界主要 EGS 工程分布（据文献 31 修改）Fig.1 Distribution of the major EGS projects in the world(modified after Ref.31)2023 年文冬光，等：干热岩勘查开发进展及展望 3 知的板内干热岩体主要有澳大利亚库珀盆地夏宾奴干热岩体、青海共和盆地恰卜恰干热岩体等。据评价，全球范围内在较浅层（310 km）的干热岩资源中，蕴藏的热能是全球石油、天然气和煤炭储藏能量的 30 倍33 34。1.1 国际典型 EGS 勘查开发案例（1）美国芬顿山美国芬顿山项目是世界上建造深部干热岩热储的首次尝试，场地位于新墨西哥州中北部里奥格兰德裂谷带北端的 Valles 火山口边缘（图 2）。在深度为720 m 以上的沉积岩地层中，试验场地地温梯度高达100 C/km，之下的花岗岩体温度梯度为 5070 C/km，对应的热流达 160 mW/m2。该地区温度异常可能与新生代火山岩浆活动有密切的关系，浅部的热异常还可能与流体扰动有关35。前寒武纪岩石新生代火成岩裂谷沉积物格兰德河裂谷新墨西哥州格兰德平原科罗拉多高原研究区圣塔非埃斯皮诺拉盆地埃斯皮诺拉富尔区洛斯 阿拉莫斯芬 顿 山EGS场址帕哈里托断层芬顿山火山口赫梅斯纳西门托断层洛 基 山 脉N10 km05密西西比纪中新世岩石（a）（b）（b）图 2 芬顿山场地位置及区域地质图（据文献 36）Fig.2 Location map of the Fenton Hill HDR site and simplified geological map around the site(adapted from Ref.36)芬顿山项目初期对 3 000 m 深、约 200 C 的热储岩体开展了实地开发相关基础研究。1974 年，芬顿山-在 钻 完 第 一 眼 井（GT-2，原 为 2 042 m，后 加 深 至2 932 m）后进行了水力压裂试验，随后完成了深度为3 064 m 的第二眼井（EE-1）钻探工作37，并进行了附加的水力压裂，但钻井所连通的热储被认为规模不够大，遇到了反复压裂难以连通的问题。经分析认为，再多的压裂也不会创造所需的储层连通，因此决定，通过侧钻打到由压裂造成的裂隙系统中，最终实现了有效连通，产出的热量使 60 kW 双循环涡轮发电机发电。然而，虽然芬顿山项目后期又增加了新的、更深的钻井，并在多个深度段进行了水力压裂，储层规模进一步扩大，但随着持续资金资助前景低迷，无法维持对干热岩热储进行循环注入试验，也无法进行必要的钻孔修复和设备维护等，芬顿山所有野外试验在2000 年终止，其后场址也被废弃38。尽管芬顿山项目未能商业化开发，但作为世界上第一个成功实现发电的干热岩工程，首次证实了利用现有工程、钻探等技术建造干热岩热储进行发电利用是可行的，对后期干热岩勘查开发具有重要的促进意义39。（2）法国苏尔茨得益于芬顿山项目，一些欧洲国家也计划开展类 4 水文地质工程地质第 4 期似的试验。在欧盟委员会的协调下，通过对比研究，最终决定在法国苏尔茨实施干热岩项目。苏尔茨处于欧洲最大的地热异常带中部，法国上莱茵峡谷内（图 3），该地堑在 45 Ma 开始活动，至今仍然活跃40，热流值在 140 mW/m2以上。长期的石油勘探工作使该地区的地质结构比较清楚。苏尔茨干热岩开发目标层为古生代花岗岩岩基（331 Ma），埋深1 4001 550 m，之上被三叠纪和古近新近纪沉积盖层覆盖41。热源可能来自更深部的花岗岩岩基，浅部等温线受莱茵河谷地堑构造结构和深部的热水对流影响，深度 1 000 m处的温度即达到了 100 C。河斯特拉斯堡阿格诺孚日山脉黑森林苏尔茨EGS场地010莱茵叙尔布尔苏尔茨GPK-3GPK-1GPK-2EPS-1WE120100萨弗恩断裂带法 国布雷斯平原莱茵河下游地堑莱茵河上游地堑大西洋北海N1 km0500 m020 km苏尔茨干热岩井图 3 Soultz 场地位置、区域地质及钻井轨迹平面（据文献 41）Fig.3 Location of the EGS Soultz site，geology of the Upper Rhine Graben and well trajectories(adapted from Ref.41)苏尔茨 EGS 工程主要分 3 个阶段实施：第一阶段（19872007 年），实施场地勘查，由于在储层发现了大量流体，工程由原先的干热岩工程更名成了 EGS 工程，完成了 4 口深井（最大钻深约 5 000 m，井底温度约200 C，井组地表的距离为 6 m，井底的距离为 600 m，图 3）的钻完井、储层建造以及水力循环测试等工作42，单井最大注入液量达到 3.66104 m3，井口压力在 1520 MPa；第二阶段（20072009 年），持续开展循环连通，采用有机朗肯循环装置建成 1.5 MW 增强型地热系统示范电厂；第三阶段（2009 年至今），开展 EGS 发电的并网长期循环测试与监测43 44。在工程运行期间，最大诱发地震为里氏 2.9 级。由于结垢问题，苏尔茨曾一度停止，为了阻止结垢，后续通过加入深井高压循环泵，保持一定的井口压力，有效解决了这一问题。苏尔茨作为能实现自运行的兆瓦级 EGS 发电工程，是目前世界上较为成功的 EGS 示范案例，展示了在天然裂隙发育的岩体中不需要通过大规模高压即可建造大型热储的可能性，增强了国际开发干热岩资源的信心，其勘查开发经验与运行模式为后续工程提供了宝贵借鉴。（3）日本肘折（Hijiori）肘折是日本首个 EGS 试验场地，位于更新世2023 年文冬光，等：干热岩勘查开发进展及展望 5 Gassan 火山附近的肘折火山口南缘，约在 1104 a 前有过一次喷发45。选择该位置是想利用最近的火山活动在这个区域形成的高地温。工程实施前期在工程场地及周缘完成了大范围地质填图，并实施了一些探孔来验证地温场信息。肘折干热岩储层岩体为花岗闪长岩，埋深在 300 m 以下，2 205 m 深度，温度高于250 C46。19891992 年肘折场地完成了 1 个注入井（SKG-2）和 3 个生产井（HDR-1、HDR-2 和 HDR-3）钻完井施工，钻井深度在 1 8002 300 m 之间，均穿过基底。在 1 800 m 深度，SKG-2 到 HDR-1 的距离约为 40 m，到 HDR-2 的距离约为 50 m，到 HDR-3 的距离约为55 m45（图 4）。注采试验过程中，共注入液体 4.45104 m3，而仅产出 1.3104 m3，损失达 70%以上。19911995 年，将注采井进行了加深，井间距扩大到了 90130 m45，在 1995 年的循环试验中，共注入 5.15104 m3水，产出 2.6104 m3，回收率约为 50%。随后在 19962002 年进行了附加和长期循环试验，在试验结束时，注采流体实现了 130 kW 容量的双循环发电机。采出井在长期试验中从初始温度 163 C 急剧冷却到约100 C，试验由此而终止37。与美国的芬顿山场地类似，肘折项目也在火山口边缘进行，虽然只需相对较浅的钻井就会获得很高的温度，使工程实施更具有经济性，但是在这样的区域内，地质构造、地应力场和天然裂隙系统非常复杂，使得工程在注采井组设计、储层建造和维护等方面具有更大的挑战。HDR-2HDR-1SKG-2HDR-31 510 m1 505 m1 788 m55 m50 m40 mHDR-2aHDR-12 151 m90 m130 m2 303 m2 205 m2 303 m图 4 日本肘折 EGS 系统（据文献 45）Fig.4 Schematic view of the Hijiori EGS system(adapted fromRef.45)（4）韩国浦项（Pohang）浦项项目开始于 2010 年，场址位中新世早期弧后扩张形成的浦项沉积盆地，由新生代半固结黏土、白垩纪砂岩、泥岩和流纹岩、二叠纪花岗岩基底以及白垩二叠纪期间喷出的安山岩构成（图 5）。钻探资料显 示，浦 项 地 区 存 在 地 热 异 常，最 高 热 流 值 为83 mW/m247，目标储层深度为 4 5005 000 m，预测温度为 180 C。地球物理探探资料显示，可能存在断裂将深部的热传递到浅部48。浦项 EGS 开发前期的钻探现场调查工作没能识别出场地附近的活断层，但表明开发场区地应力处于临界状态。浦项 EGS 示范发电项目包括 2 口井，其中 PX-1 井设计井深 4 127 m，由于在 4 000 m 发生了卡钻，随后进行了侧钻，完井深度 4 362 m；PX2 井完井深度在4 340 m，2 口井的钻完井工作于 2015 年 11 月完成，井组地面间距 6 m，井底相距约 600 m49。该项目的水力刺激（压裂）开始于 2016 年 1 月，分 5 个阶段以 1.0046.83 L/s 的速度注入超过 1104 m3的流体。在最后一次水力刺激试验约 2 个月后，韩国浦项发生 5.4 级地震，推测可能与浦项 EGS 相关50，民众反应强烈，因此该项目也被迫终止。（5）美国 FORGE 计划FORGE 是目前由政府资助的最为前沿的干热岩勘查开发研究计划，旨在建立一个现场实验场地来开展干热岩/增强型地热系统的前沿研究及试验测试，以形成可降低工程开发风险和促进干热岩产业化的可推广、可复制技术路径，另外，FORGE 计划还致力于先进设备的研发、数据的采集、以及数据的发布，以实时获取和共享相关数据和工作成果，在开展创新性研究的同时，努力建立一个创新性的合作与管理平台51。FORGE 计划主要目标是建造一个能长期高效地提取热能又不显著降低储层温度的裂隙网络，已实现经济流速（40 L/s），并缓解有危害的诱发地震事件。FORGE 场地储层主要由破碎的渐新中新世花岗岩组成，并出露于附近 Mineral 山脉，测井显示地应力状态为正应力型，储层天然裂缝发育密集52。FORGE计划主要分 3 个阶段：第一阶段（2015 年），分别在加利福尼亚州、爱达荷州、内华达州、俄勒冈州和犹他州筛选 5 个场地，构建场地地质模型，编制实施计划；第二阶段（20162018 年），2016 年选择 2 个地方开展环境评价、储层和场地表征以及初步地震监测选定，2018 年选定犹他州 Milford 附近作为 FORGE 计划的实施场地；第三阶段（2018 年至今），在 Milford 开展干 6 水文地质工程地质第 4 期热岩开发的最前沿研究32。目前，FORGE 已完成场地勘查，整合了三维地震、重力、水文、土壤气体和钻井等结果，获取了有关地下应力方向、应力梯度、地下渗透性、温度、岩石类型、以及裂缝分布的数据资料，并开展了场地基础设施建设53；2021 年 2 月，FORGE项目仅用 50 d 完成了第一眼大斜度井（16A（78）-32）的钻完井、测井、地应力测试等工作，该井先钻至垂深 1 810 m，然后从竖直方向偏斜 65，最终钻至 3 349 m（垂深 2 609 m），井底温度超过 220 C，花岗岩体段平均 机 械 钻 速 超 过 10 m/h。2022 年 4 月 在 16A（78）-32 井中完成了全尺度、多阶段刺激改造作业。与此同时，在该阶段，FORGE 还开展了应力分析、场地表征、储层刺激改造、高分辨率监测、以及热-水-力-化学模拟等专题研究和高温封隔器等工具装备研发。总体而言，目前世界上的干热岩工程仍处于试验探索阶段，其商业性开发还面临着基础理论、技术方法、材料装备、资金支持、政策导向和民众接受程度等诸多方面的挑战31，其中干热岩热储地球物理探测、高效人工储层建造、诱发地震防控等方面基础理论和技术方法的突破是实现干热岩产业化开发的前提。另外，高温测井仪器和注采工具（如封隔器、桥塞、滑套等）是建造干热岩储层优先要解决的问题。2 我国干热岩勘查开发进展“十二五”之前，我国主要开展了干热岩相关基础性试验和理论研究等方面工作16。“十二五”期间，中国地质调查局组织开展了我国陆区干热岩资源评价，修编了大地热流图，绘制了陆域居里面深度图、酸性岩浆岩体分布图、控热构造图以及典型剖面，反映了深层构造格局及区域地温场变化规律，及中国大陆热源与新构造关系，提出不同类型干热岩资源成因机制54。通过分析中国陆区大地热流、不同深度岩石热导率、生热率等物性参数，计算了陆区不同深度温度，在此基础上利用体积法等，初步估算了我国干热岩资源家底，结果表明，我国大陆埋深 310 km 干热岩资源量约为 2.51025 J（折合 8.561014亿吨标准煤），其中埋深在 5.5 km 以浅的资源量约为 3.11024 J（折合 106万亿吨标准煤）53 57。“十三五”期间，在全国干热岩资源调查评价基础上，陆续开展了山东利津、青海共和、东北长白山、东南沿海、江苏苏北、山西大同等典型地区的干热岩勘查工作，实施干热岩钻探 10 余处，取得了多项突破56。0PX-1BH-3BH-4浦项市EGS场地N花岗闪长岩流纹岩流纹岩砂泥岩安山岩安山岩5001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 0004 500深度/m05001 0001 5002 000深度/mBH-02BH-01砂泥岩花岗闪长岩半固结黏土英安岩凝灰岩流纹岩砂岩、泥岩安山岩花岗闪长岩钻孔图 5 韩国浦项盆地及 PX-1 试采场地地质特征（据文献 48）Fig.5 Geologic map of the Pohang Basin and PX-1 well drilled in the EGS project(adapted from Ref.48)2023 年文冬光，等：干热岩勘查开发进展及展望 7 其中在青海共和盆地，通过开展区域地热地质调查、综合地球物理勘查等工作，圈定了干热岩勘查开发目标靶区58 59，实施的 GR1 干热岩勘探井在深度 3 705 m处成功探获国内同等深度温度最高的干热岩体60，实现干热岩勘查重大突破；东南沿海广东惠州在 3 009 m探获 127.7 C高温水热资源，其下部无水层段具备干热岩资源潜力；雷州半岛徐闻县 3 150 m 测得井温146.4 C，推算 4 000 m 处温度可达 180 C9；苏北盆地兴化市实施的地热勘探井井深 4 701.68 m 处温度达到 155 C，探获高温碳酸盐岩热储，显示苏北盆地深层蕴藏丰富的干热岩资源61；冀东平原马头营凸起区M-1 干热岩钻孔显示，在 3 965 m 深度温度达 150 C，平均地温梯度为 3.46 C/100 m62；山西大同盆地天镇县地热勘探井井深1 585.3 m 处温度 167.94 C，1 624 m处探获高温高压地热流体，井口流体温度高达 160.2 C。2019 年中国地质调查局联合青海省人民政府组织实施青海共和干热岩勘查与试采科技攻坚战，同年完成场地精细勘查，设计实施了第一眼干热岩试采井GH-01 井，钻探深度 4 002 m，于 1 360 m 钻遇花岗岩，井底温度达 209 C；2020 年，成功实施了我国首例干热岩储层安全规模化建造，最大注入压力为 48.1 MPa，有效改造体积超千万立方米，根据规模化压裂后裂缝展布特征，设计施工了 2 眼定向井，即 GH-02 井和GH-03 井，构建形成“1 眼直井+2 眼定向井”的干热岩井组（图 6）；2021 年实施井间循环连通并成功实现了国内首例干热岩试验性发电并网，开采井出水温度在110.4125.7 C，初步建立了我国首个干热岩地质调查、资源评价、物探、钻探、压裂、监测、发电等勘查开发全流程技术体系12。此外，山西大同、河北马头营、江苏兴化等多地也相继开展不同地质背景条件下的试验性发电探索。图 6 青海共和干热岩勘查试采现场Fig.6 HDR exploration and production demonstration project in the Gonghe Basin in Qinghai 目前，我国干热岩勘查与开发利用相关科研研发计划和项目等不断增加，国内已有 10 余家实验室正在开展干热岩勘查开发相关的基础理论和技术方法等研究。对深层高温地热勘查开发理论与技术探索的不断加深，使得我国在干热岩探测、深部钻探、储层建造、发电等技术方面取得了长足进展，多项常规技术已经取得较大突破，与国外差距在逐步减小，为我国干热岩勘查开发提供了理论支撑与技术储备。3 干热岩勘查开发展望 3.1 干热岩勘查方面（1）干热岩成因机制干热岩相对水热而言脱离了对自然流体的依赖，理论上世界各地如果不考虑经济因素，只要钻到足够深度，均能满足地热发电需求。然而现阶段，寻找经济可行的开发场地仍是干热岩勘查开发的首要环节。我国构造体系复杂，不同构造背景下的干热岩分 8 水文地质工程地质第 4 期布规律、控热机理、成藏机制存在较多基础地质问题未解决，普遍提到的干热岩热量来源主要有高放射性生热、部分熔融（岩浆囊）、深部地幔、构造活动热13 14，从干热岩热量来源及控热地质背景角度出发，中国干热岩资源的赋存类型可分为近代火山型、沉积盆地型、高放射性产热型、强烈构造活动带型和部分熔融型。但目前，干热岩成因机制研究仍停留在定性判断为主的阶段，定量化分析不足，难以指导干热岩靶区选址。从定性描述到半定量-定量化研究，构建一套集热源机制、控热机理、空间分布等一体化的干热岩成因模式可能是未来干热岩成因机制研究的重点之一。（2）干热岩调查评价方法地热地质调查评价是地热能源勘查开发的基础。随着埋深超过 3 000 m 的深部水热、干热岩、油田伴生热等多种深部地热能源受到关注，开展多种地热能源综合调查评价与开发利用成为未来发展的趋势。人们对干热岩勘探的需求从宏观的资源评价向热储精细评价转变。基于机器学习等的定量资源评价与分布预测模型目前尚处在探索阶段，不足以支撑资源的可持续开发利用和管理，需建立一套集热储三维可视化高精度三维地质模型、地热资源综合评价与预测、多场耦合模拟预测、工程优化设计、资源配置管理等为一体的评价管理系统。（3）干热岩勘探技术地球物理勘查在开展深部地热探测与开发的各个环节均具有重要作用。三维可视化、定量化勘探是地球物理探测技术的发展趋势。对于相对复杂的深层地热系统而言，热储地球