刊名:《煤田地质与勘探》
Coal Geology&Exploration
创刊时间:1973
刊期: 月刊
出版地:陕西省西安市
主管单位:中国煤炭科工集团有限公司
主办单位:中煤科工集团西安研究院有限公司
主编:董书宁
副主编:王皓 秦勇
               James W. LaMoreaux
执行主编:晋香兰
ISSN:1001-1986
CN: 61-1155/P
主页:www.mtdzykt.com

综述

  • 深部地热能系统主要挑战与耦合储能的增强型创新开发模式

    侯正猛;吴旭宁;罗佳顺;张烈辉;李早元;曹成;吴林;陈前均;

    中国在中低温地热能直接利用方面早已领先全球,但在深部地热能发电方面却发展缓慢。深部高温高压环境下岩石渗透性降低,深部地热能开采需要建立工程型地热系统(Engineered Geothermal System,EGS),通过水力压裂对储层进行改造,以获得具有较高渗透性的人工地热储层。由于目前常用的深部地热能储层改造技术主要借鉴油气增产领域的水力压裂工艺,在热储改造效果、地震风险控制、高效取热等方面受到限制。首先总结深部地热能水力压裂的特点为:裂缝破坏主要以剪切机理为主;冷水回灌引起的温差效应产生拉应力会促使裂缝向更远处扩展;持续的注水使注入井井筒压力高于地层压力,有助于保持裂缝处于张开状态。因此,EGS水力压裂不需要使用支撑剂,与依靠支撑剂的油气井增产压裂完全不同。同时,系统剖析EGS面临的发电产能低、注采连通差、诱发破坏性地震以及无补贴难盈利4大难题与挑战。从创新压裂和循环利用层面提出耦合储能的增强型创新开发模式(Regenerative Engineered Geothermal System,REGS),通过数值模拟研究REGS的优点。结果表明,采用水平井非等距、非等面积、非等注水量分段压裂,可以提高注水井与生产井的连通能力。通过优化压裂工艺,采用多段压裂模式,每次压裂初始期间快速提高注水速率,而后期缓慢降低注水速率,避免井筒压力的突然波动,可以达到控制诱发地震震级的目的,避免产生实质性伤害地震。结合可再生能源大规模地下存储,既能实现多能互补,又能提高REGS项目生产寿命和盈利能力。研究成果有助于为我国深部地热能热电联产和储能一体化技术的试点和标准化推广奠定基础。

    2024年01期 v.52;No.313 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 2334K]
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  • 地热系统钙华和硅华定年方法研究进展及其应用

    李彬;李义曼;庞忠和;黄天明;高彬彬;

    地热系统泉华以钙华和硅华为主,因其携带丰富的多时空尺度信息,可用于恢复古水文古气候演化史、重建区域水热活动演化过程及约束构造模式。对样品精准定年是开展相关研究的基础,常用定年方法包括放射性碳定年法(无机碳和有机碳)、铀系不平衡法、宇宙成因核素法、光释光法和电子自旋共振法等。我国热泉泉华定年最早使用放射性碳定年法,随后多使用电子自旋共振法与铀系不平衡测年法。系统总结了上述方法的基本原理、定年范围、适用条件、对样品的要求等,并探讨存在问题及未来发展方向。对于钙华样品,如纯度高,无外源碳影响,可采用基于有机碳的放射性碳定年法和铀系不平衡法;如固结程度高,也可使用电子自旋共振测年法;古地磁法值得今后深入探索。对于硅华样品,基于有机碳的放射性碳定年法和电子自旋共振测年法更适用,而铀系不平衡法和古地磁法可以尝试。此外,~(10)Be和~(26)Al等宇宙成因核素也可用于古泉华的定年。样品纯度低或数据校正困难以及定年范围有限是目前钙华和硅华常用定年方法存在的两个主要问题;前者可考虑利用离子探针技术对微观尺度上的高纯度方解石中U和Th的同位素进行测定来获取样品年龄;为避免微量样品代表性问题,应尽量获得均匀分布的多个测点数据。后者则可以通过尝试利用长半衰期宇宙成因核素来获得百万年尺度上的泉华年龄。新技术研究以及定量化校正样品纯度不够的影响是未来发展方向。

    2024年01期 v.52;No.313 14-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 3091K]
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地热资源成因

  • 松辽盆地岩石热导率柱及古地温场分布特征

    唐博宁;邱楠生;朱传庆;常健;李潇;黄越;杨俊生;付秀丽;

    盆地古温度场与地热、油气资源的形成演化密不可分。为明确松辽盆地关键时期的古地温场特征,以实测的269块样品热导率和汇编的前人数据为基础建立热导率柱,并以镜质体反射率R_(ran)为约束进行多口单井的埋藏史-热史模拟。结果显示,松辽盆地平均热导率为1.79 W/(m·K),热导率随深度增加而增大,在上部地层中增大的速率大于下部。热导率随地层年龄增大而增大。松辽盆地北部R_(ran)主要在0.8%~1.6%,齐家古龙凹陷R_(ran)最大。埋藏史-热史表明,白垩系青山口组地层在明水组末期达到最大古地温,然后至今呈逐渐降低的趋势。古地温场平面分布显示松辽盆地北部青山口组地层在大部分地区的最大古地温达到120℃以上,显著高于现今地温场。青山口组从沉积后进入盆地热沉降发育阶段,随着古埋深的增加,古地温逐渐增至最大。此时较高的古地温条件能够促进页岩油气的成熟。明水组末期受古太平洋板块运动影响,发生了显著的抬升冷却事件,在冷却过程中温度梯度降低幅度较小的地区形成了地热温度条件有利区。研究成果可为松辽盆地地热、油气资源的形成机理研究提供理论参考。

    2024年01期 v.52;No.313 26-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1901K]
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  • 内蒙古中部干热岩地热资源成因机制研究

    熊波;许浩;唐淑玲;王社教;方朝合;辛福东;吴京杰;位湘权;宋雪静;王金伟;

    内蒙古中部地区处于板块结合部位,经历了多期构造活动和岩浆活动,浅层水热型地热资源丰富,但对其深部干热岩地热资源仍缺少深入研究。基于区域地质与构造背景、大地电磁探测结果与地热异常显示,系统探讨内蒙古中部地区干热岩地热资源成因机制与地球动力学过程,建立干热岩成因模式。研究表明:内蒙古中部地区深层干热岩型地热资源的热源主要为深部局部熔融体和残余高温岩浆囊,热流通道包括板块缝合带、区域深大断裂带及其交汇部位、次级断裂及塑性流变韧性剪切带等壳内薄弱层;干热岩储层主要为新生代基性侵入岩,即辉绿岩和辉长岩体,被高温岩浆和侵入体加热的花岗岩类也可作为研究区潜在干热岩储层;干热岩区域性盖层为白垩系、新近系和第四系沉积地层。西伯利亚板块与华北克拉通板块之间的大陆碰撞、拼合,形成易于破坏的碰撞带,晚中生代-新生代以来的古太平洋板块对华北板块的西向俯冲作用,导致岩石圈底部熔融,岩石圈伸展、减薄,地幔软流圈热物质上涌,并伴随强烈的新生代断裂与断陷活动,共同导致晚中生代-新生代岩浆、火山活动强烈。内蒙古中部地区存在3种聚热模式:Ⅰ.新生代辉绿岩、辉长岩储层高温干热岩系统,为研究区优势干热岩储层;Ⅱ.新生代以前花岗岩储层中高温干热岩系统,为潜力干热岩储层;Ⅲ.浅部碎屑岩、花岗岩或变质岩储层水热系统,为浅层水热型优势储层。内蒙古中部地区浅部高温水热型地热系统与深部干热岩地热系统存在同源共生关系,浅层高温异常区的圈定对于深部干热岩的发现具有重要的指示意义。

    2024年01期 v.52;No.313 36-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 2001K]
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  • 歧口凹陷区新近系馆陶组热储特征及成因机制

    夏国朝;楼达;赵艳婷;王辉;段忠丰;孙晓林;张飞鹏;雒蓉;葛家成;

    渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷内赋存极为丰富的地热资源,其中新近系馆陶组热储最具开采价值,开展馆陶组热储地温场、孔渗条件、地热水循环规律和成因模式研究对认识馆陶组地热资源属性,合理开发地热资源具有重要意义。通过分析该区钻探、物探、测温、开发数据等资料,确定歧口凹陷内馆陶组热储为沉积盆地传导型地热系统,深部地幔热流和地壳内放射性生热以热传导方式传热,地热异常分布受基岩起伏的控制,在沧东断裂、滨海断裂附近出现高温地热异常,地温梯度可达5.0℃/hm以上。馆陶组热储的孔渗条件南北两侧较高、中部较低,热储孔隙率整体在26%以上,渗透率在390×10~(-3)μm~2以上,单井涌水量平均60 m~3/h,是优质热储。地热水主要来源于古大气降水,由北部燕山补给,沿地层深循环,吸取岩石热量后形成地热水。歧口凹陷区馆陶组热储地热资源量为41.81×10~(18) J,尤以天津滨海新区和河北黄骅市分布最广,占总资源量的95%,资源与需求匹配度高,具有良好的开发利用前景。

    2024年01期 v.52;No.313 46-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 2052K]
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  • 云南落漏河流域温泉水化学特征及成因模式

    罗欢;刘振南;马一奇;张云辉;陶兰初;陈庆松;符敦凯;吴湘川;

    温泉的水化学特征和成因机制研究对中低温地热资源的开发利用具有重要意义。云南落漏河流域温泉分布受隐伏断裂带控制,沿落漏河分布于河谷两岸,出露于第四系松散堆积物和二叠系玄武岩地层,温度介于34.5~50.0℃,属于中低温热水,pH为7.62~9.73,溶解性固体总量介于262~702 mg/L。通过采集落漏河流域内温泉热水和周边浅表冷泉水样,开展水化学成分和氢氧同位素测试,基于水文地球化学方法探讨温泉及地下水的水文循环过程、水化学演化及其成因模式。结果表明,受HCO_3-Ca型浅层地下冷水混合的影响,温泉水化学类型为HCO_3-Na型,温泉热水和地下冷水化学组成受硅酸盐和碳酸盐矿物溶滤控制。氢氧同位素分析指示温泉热水和地下冷水主要接受大气降水补给,补给高程为2 007~2 307 m,补给区域为河谷西北部马耳山、北部锅盖山和中部左家山等山脉。通过二氧化硅地热温标、硅-焓混合模型和多矿物平衡模拟估算的温泉热储温度为68.4~150.0℃,冷水混合比例为77.9%~90.5%。落漏河流域温泉成因模式大致为:大气降水沿裂隙或岩溶通道下渗,历经深部地下循环被大地热流加热,循环深度为2 872~3 724 m,而后在高温和冷、热水密度差的驱动下沿白莲村隐伏断裂带上涌,在第四系地层以中低温温泉形式出露。研究成果可为落漏河流域温泉开发利用以及探索同类型中低温地热资源开发潜力提供依据。

    2024年01期 v.52;No.313 56-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2386K]
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  • 湖南省热水圩地热田干热岩形成的热源机制与成因模式

    杜江;蔡宁波;张保建;王克营;何立宏;廖凤初;

    湖南省热水圩地热田90℃以上的高温温泉指示该地热田具备良好的地热地质条件,是潜在的干热岩勘查有利地段。为合理评价热水圩干热岩的储层温度与勘查开发前景,对汝城地区热水圩地热田的深部地质构造、地球化学和重磁电震地球物理特征、地温场特征等进行综合分析,自深至浅揭示热水圩地热田深部热结构,探讨干热岩形成的热源机制与地球动力学过程。结果表明:(1)利用SiO2地热温标估算的热水圩地热田深部热储温度为79.4~143.9℃;(2)热水圩附近中棚岩体、鱼王岩体等花岗岩体平均生热率为7.07~8.44μW/m3,明显大于中国大陆主要地质构造单元的地壳平均生热率;(3)重磁特征反映出热水圩地区岩石圈厚度相对较薄,大地电磁与地震波速解释的区域内壳内高导低速体与深大断裂带相吻合,指示这些深大断裂有可能构成深部热物质上侵的通道。在此基础上,总结归纳了湖南省热水圩地热田干热岩的成因模式:太平洋板块俯冲与回撤,导致板块前缘形成强烈的热扰动,造成软流圈的隆起和幔源热物质的上侵,形成相对较高的幔源热源;生热率较高的花岗岩体与铀矿体放射性产热形成了良好的地壳热源;深大断裂构成深部热物质上侵的通道,同时为浅部干热岩的形成提供重要热源。有利的热源条件及沿深大断裂的深部热物质上侵,使湖南省东南部形成以热水圩周边岩体为代表的干热岩有利靶区。根据综合确定的地温梯度推算,热水圩地热田呈隐伏状态的、致密的、裂隙不发育的埋深在4 000~6 000 m的花岗岩体温度可达176.8~256.6℃,是良好的、近期可勘查开发的干热岩体。

    2024年01期 v.52;No.313 70-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 3097K]
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地热能高效开发技术

  • 影响岩溶热储采出温度的开采参数敏感性研究——以河南清丰地区为例

    韩昀;李克文;何继富;汪新伟;高楠安;

    采出温度是影响地热能有效利用率的关键指标,采出温度越高,热储开发效果越好。岩溶热储作为一种重要的地热储层类型,其采出温度受到储层参数的影响。以河南清丰地热田奥陶系岩溶热储为例,通过建立热储地质模型并利用7口地热井资料,进行基于热流和井储耦合的数值模拟研究,探讨储层地质条件和回灌参数对采出温度的影响。研究结果发现,断层的存在加速了热储中低温区向生产井的扩散,导致热突破时间的提前。在开采后期,有断层情况下采出温度较高,且变化曲线斜率远高于无断层情况,表明断层有助于提高清丰地区热平衡时的采出温度,最终有利于增加采热量。目前,一般认为,注采井距越小采出温度越低。但是,当回灌速率高于50 kg/s时,随着开采时间的增加,采出温度呈现快速下降趋势,注采井距835 m下的采出温度甚至高于1 000 m的情况。最后,确定清丰地区特定场景下的最优回灌参数组合为:回灌温度20℃、回灌速率50 kg/s、注采井距835 m。本研究结果将为清丰地区或其他类似岩溶热储开发方案的制定提供有益指导。

    2024年01期 v.52;No.313 83-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 3007K]
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  • 渤海湾盆地干热岩开发利用前景评估——基于开采优化数值模拟的认识

    江晓雪;朱传庆;丁蕊;谢芳;邱楠生;

    渤海湾盆地的大地热流高,5 000 m埋深地层平均温度为175℃,热储岩性以低孔低渗的变质岩、火成岩为主,具备形成干热岩资源的条件。基于大地热流、岩石热导率、生热率等热参数,利用COMSOL软件建立三维水热耦合的干热岩开采模型、分析不同井间距、注采速率、布井方式等差异开采方案下在100 a内对热储层温度的影响随开发时间的变化,选取最优方案并估算干热岩资源。结果表明:注采速率一定时,随着开采时间的增加,开采井水温度下降速率与井间距成反比;当注采井间距一定时,注采速率越大,开采井水温度下降越快,发生“热突破”的时间越早;其他条件相同的情况下,“两采两注”布井方案比“一采一注”布井方案获得的热量更多,开采效率更高。基于上述认识,确定研究区最优开采方案为:年限50 a、井间距400 m、注采量90 m~3/h、“两采两注”方式。此方案下,可获得开采井水平均温度为172℃,对应全渤海湾盆地可采资源量为3.28×10~(19) J/a。以河北任丘市为例,按照民用住宅热负荷指标100 W/m~2计算,利用最优方案进行干热岩的开采,仅需157.75 km~2干热岩有利区即可满足全市居民供暖需求。因此,开发利用研究区干热岩资源,可增强华北地区能源供应保障能力,打造可持续发展的绿色低碳能源体系。

    2024年01期 v.52;No.313 93-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 2843K]
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  • 中深层地热井换热特性多因素影响规律研究

    韩永亮;王凯鹏;王义杰;苟立;杨延斌;雷燕子;武芳丽;沈浩;

    积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和“双碳”目标的重要举措。中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用。基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学描述,建立地热井分层换热模型,并验证其可靠性;以陕西关中盆地某中深层地热井为依托,采用数值模拟方法对各项因素影响下的地热井换热性能及连续运行过程的取热能力进行系统分析。结果表明:采用均质模型、分层模型计算地热井出水温度与实测值最大相对误差分别为14.08%、11.50%,平均误差分别为7.29%、6.93%,分层模型较均质模型具有较高的计算精度;影响因素中地热井深度、地温梯度及地层导热系数对取热功率影响最为显著,在一定程度上取热功率与地温梯度、进水温度、内管导热系数基本呈线性关系,且固井材料导热系数对传热过程具有热阻效应;中深层地热井取热量随运行年限的增加而降低,前5个供暖季取热量降幅较大,之后取热量降幅减缓,经过50个供暖季,年平均取热功率下降15.59%,将地温下降值超过1℃视为地温场受到影响,地温场平均受影响半径约为65 m,此外,由于地层的差异性,地热井周围地层温度下降及恢复等值线在地层交界面处出现了“阶梯式”变化,岩石导热系数较大的地层在地层交界面附近造成的温度扰动距离更远。研究成果可应用于中深层地热井取热换热能力的评估,同时为中深层同轴套管式换热系统的设计提供借鉴。

    2024年01期 v.52;No.313 104-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 2679K]
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  • 裂缝分布对CO_2-EGS热提取的影响研究

    周庆;廖建兴;徐斌;姚亮;周浩宇;赵权;

    地热能是一种极具潜力的可再生能源,已引起广泛关注。在深部地热储层中,人工改造后形成的复杂裂缝网络为热提取提供了重要通道,裂缝空间分布将会直接影响热提取率。为探究裂缝不同空间分布对采热性能的影响,以幂律分布的裂缝网络为基础,采用TOUGH2MP-FLAC~(3D)框架下建立的THM耦合模型,系统研究不同裂缝长度指数(a)、密度(β)的裂缝网络对新型增强型地热系统(CO_2-EGS)采热性能的影响。并以热突破时间、EGS寿命、产热率与总产热能以及产热效率5种评价指标对储层热性能进行详细评估。结果表明,在恒速注入的情况下,裂缝长度指数a越大,长裂缝占比越小,注采井之间形成的贯穿裂缝数量越少,裂缝宽度越大,致使生产温度、产热率降低越快,更早达到热突破,从而缩短EGS寿命,降低总产热能。当a相同时,裂缝密度β越大,裂缝数量越多,生产温度与产热率降低越慢,延长热突破时间与EGS寿命,提高产热量。热突破时间最高可增加15.65 a,EGS寿命增加约10 a,总产热能增加约22.77%。而当长度指数a增长时,热突破时间最多缩短了13.1 a,总产热能降低20.8%。因此,长裂缝占比提高和裂缝密度增加有助于提高注采井之间裂缝的连通性,促进流体对流换热,更好地发挥裂缝在热开采中的作用,提高采热量。研究结果为干热岩造缝增渗改造提供一定的理论指导。

    2024年01期 v.52;No.313 117-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 7819K]
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  • 关中地区中深层地埋管换热器长期运行性能研究

    张智斌;马真迪;郝建科;贾国圣;柯婷婷;成崇华;金立文;

    我国关中地区地热资源丰富,中深层地热能供暖技术具有广阔的应用前景,而地质参数是影响中深层地埋管供暖系统性能的决定性因素。针对陕西关中地区中深层地埋管供暖性能展开研究,通过梳理关中地区咸阳市兴平市、咸阳市渭城区、西安市高陵区、西安市鄠邑区、西安市长安区5个典型区域的地质参数,结合典型地埋管结构参数,对长期运行下的换热器性能及热作用半径变化规律进行模拟计算。结果表明,不同地区换热器运行之初的性能变化较为显著,但均在经过5 a左右运行后趋于稳定。地埋管深度从2 000 m增至2 500 m时,出口水温有着明显的提升,同一时刻下出口水温的涨幅可达8%,各采暖季末的出口水温随深度增加的变化更为显著。由于长期运行,年平均取热功率呈现下降趋势,20 a内的总降幅为11%~12%;随着换热器埋深的增加,取热功率涨幅可达41.41%~53.23%。热作用半径受埋深的影响不显著,不同埋深管道运行20 a后的井底最大热作用半径均在50 m左右;土壤温度受与换热器距离及运行时长的影响更大,距离20 m以内的土壤温度呈现明显的波动下降趋势,而距离在60 m以外的土壤温度在20 a的运行期内降幅很小。此外,由于具有大厚度新近系张家坡组(N_2z)和新近系蓝田-灞河组(N_2l+b)的地质条件,西安市鄠邑区、高陵区以及咸阳市兴平市等地区地埋管的出口水温、取热功率较高,更适宜开展中深层地热能供暖利用。研究成果有望为关中地区中深层地热能高效利用提供参考。

    2024年01期 v.52;No.313 129-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 2264K]
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  • 深部地热水多开采井联合运行模式优化

    平宇;李放;季文清;袁筱莹;齐玉峰;邓晓颖;王心义;

    深部地热水作为一种清洁低碳的可再生能源,对促进实现“双碳”目标具有重要意义,但其不合理开采将导致水量减少、水位下降、工程效益低等一系列问题。以河南开封市城区已有的地热井勘探资料为基础,构建表征地热水运移的水文地质模型及对应的数学模型,利用Galerkin有限单元法对模型进行识别与验证。针对现有地热井单独运行、按需开采的弊端,围绕开封市城区主采的埋深1 200~1 400 m热储层,以水位降深最小、井间干扰最小、运行费用最低为目标函数,以水位降深、供需平衡为约束条件,建立地热水开采井运行模式优化模型。为提高收敛的准确性和结果可靠性,引入Pareto-灰狼算法求解模型并用TOPSIS理论对结果进行排序。研究表明:优化后剖分节点水位降深之和减少70.3%,地热井之间水位降深影响值之和减少10.83%,分区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水位降深分别减少12.85%、28.14%、43.77%,-80和-90 m水位等值线包围的降落漏斗面积分别降低15.5%和28.7%,地热井运行总费用降低28.7%。研究成果通过构建优化模型和引入改进算法,为地热水合理开发提供科学依据,优化地热水开采井的运行模式,不仅可以减少水资源浪费,提高水资源利用效率,还可以降低地热井运行费用,对于地热水合理开发与科学保护具有重要指导作用。

    2024年01期 v.52;No.313 140-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 2235K]
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  • 陕北地区中深层同轴地埋管取热性能影响因素分析及优化

    邹海江;李永鹏;张林;惠鹏;刘厚宁;申芳;王沣浩;

    中深层同轴地埋管地热供热技术在我国北方城镇供热领域兴起并广泛应用。陕北地区地热资源丰富,但地温梯度略低且岩土热物性参数特性不同,地质参数影响中深层同轴地埋管的取热性能。采用OpenGeoSys开源数值模拟平台建立三维中深层同轴地埋管耦合地层传热计算模型,并基于陕北地区典型地质参数,研究不同设计参数对中深层同轴地埋管取热性能的影响及全生命周期技术经济性,优选出地热工程最佳工艺参数。结果表明,中深层同轴地埋管的外管径与埋深增大均能提升取热能力。相较于外管径,埋深对取热能力的提升效果更为显著,埋深从2 500 m增加到3 500 m,取热量增加了77.3%。依据工程实践,当外管外径×厚度大于177.80 mm×9.19 mm时所对应的平均能源成本因其钻井成本陡增而增大。在给定工况参数下,推荐中深层同轴地埋管的最佳外管外径×厚度为177.80 mm×9.19 mm,埋深为3 200 m,此时平均能源成本为0.524元/(kW·h),经济效益最优。

    2024年01期 v.52;No.313 152-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 1575K]
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  • 太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究

    贾子龙;郑佳;张耀斌;陈珂;刘爱华;李娟;

    为探索多能互补的清洁能源供暖技术,满足北京市村镇分散式建筑清洁供暖需求,在北京农村地区建设太阳能-地源热泵复合式系统,进行太阳能补热热泵供暖实验,并利用COMSOL软件开展地温场热均衡模拟研究。结果表明:相较单一地源热泵系统,太阳能补热热泵供暖方案下,地源侧出水温度提升23%,系统制热能效比(Coefficient of Performance,COP)和机组COP分别提升19%、25%;系统运行10 a,地源热泵系统单季节运行方案下总的取热量要多于间歇期自然恢复量,地温场总均衡为-8.91×10~9 kJ;单一地源热泵方式运行和太阳能补热方式运行在双季节情况下总的取热量小于总的排热量,地温场总均衡分别为4.220×10~9、1.084×10~(10) kJ。因此,双季节运行方案对地温场不会产生负均衡,反而会对地温场有一定的热量补充。地源热泵系统运行中加入太阳能补热,对地温场的影响更小,可显著提升系统和机组效率,该模式适用于北京农村地区特别是供暖需求较大的建筑。

    2024年01期 v.52;No.313 159-167页 [查看摘要][在线阅读][下载 2557K]
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地热成矿

  • 秦岭山前眉县低温地热水及伴生氦气成因机制

    韩元红;吕俊;张育平;罗娜宁;李兵;申小龙;

    秦岭山前眉县地热水资源丰富,伴生气中氦气丰度较高,专门针对该区地热流体特征及成因的研究尚未开展。通过对地热流体的化学组分、同位素地球化学分析,结合区域构造断裂分析地热流体特征及成因机制。研究发现:地热水矿化度为638.96~1 026.83 mg/L,水化学类型为HCO_3-Na型;地热水变质程度低,属于未平衡或部分平衡水,溶质主要来自硅酸盐类岩石风化;地热水δD为-77.3‰~-70.8‰,δ~(18)O为-10.9‰~-9.8‰,均位于大气降水线附近;地热水平均补给高程约为1 030 m,补给水源温度4.9~7.0℃,最大循环深度约为3 200 m。地热水伴生气以氮气为主,烃类气体含量低,氦气丰度相对较高;地热水伴生气中甲烷δ_(13)C平均值为-52.8‰,δD平均值为-247‰,伴生气具有较小的R/R_a值和较大的~4He/~(20)Ne值。研究揭示:秦岭山区的大气降水通过大断裂及其次生断裂下渗并储存于断裂裂隙和砂岩孔隙中,经地温加热后形成地热水;地热水水源近且充足,封闭性差,循环速度快且深度浅,是秦岭山前眉县地热水低温量大的主要原因;地热水伴生气中的氦主要来自壳源,由地壳岩石中铀、钍元素放射性衰变形成。研究成果为开发利用秦岭山前眉县地区的地热资源提供了重要的地球化学证据。

    2024年01期 v.52;No.313 168-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1740K]
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  • 羊八井-谷露裂谷地热水锂空间分布规律及其成因的统计分析

    陈娅奎;孔彦龙;段佳斌;孙文洁;程远志;

    位于西藏羊八井-谷露裂谷中的地热水锂含量高于西藏温泉平均水平,但其水化学成因仍有争议,主要原因之一为该区域地热水中锂的空间分布规律不明。常见的空间规律分析方法为普通克里金法(Ordinary Kriging)和协同克里金法(CO-Kriging),但前者精度不高,后者难以获得合适的辅助变量。为此,提出2种确定辅助变量的方法:一是采用与锂相关性最强的物理化学指标Cl~-浓度作为辅助变量;二是采用主成分分析综合指标F作为辅助变量。将2种辅助变量分别耦合进CO-Kriging中,形成Cl~--CO-Kriging和F-CO-Kriging方法,用以分析西藏羊八井-谷露裂谷中的地热水锂分布规律。结果表明,相比于Ordinary Kriging,F-CO-Kriging和Cl~--CO-Kriging预测精度有明显提高;其中F-CO-Kriging的EMA和ERMS平均提高30.3%,Cl~--CO-Kriging的EMA和ERMS平均提高28.5%,而且显示地热水中的锂与断裂在空间分布上具有一致性,在谷露地热区锂有明显的富集现象。进一步采用系统聚类和因子分析方法,探究影响地热水中锂空间分布的水化学成因发现,高温、高TDS、低Ca2+浓度、低Mg2+浓度、高硼浓度的碱性环境中锂浓度更高。研究成果为探讨青藏高原地热水中的高锂乃至其他稀有金属的成因和资源评价奠定基础。

    2024年01期 v.52;No.313 177-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 3192K]
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  • 《煤田地质与勘探》征稿简则

    <正>《煤田地质与勘探》于1973年创刊,月刊(2022年1月起变更),中煤科工西安研究院(集团)有限公司主办,是煤炭地质行业学术与实用技术并重的综合性期刊。主要刊载煤炭地质,矿井地质,煤系气,煤伴生矿产,水文地质,工程地质,环境地质,煤田物探,矿井物探,钻掘工程等方面,具有较高学术、技术水平和实用价值的基础理论、先进技术与方法、先进经验等科研或工程实践成果。本刊发表的文章在国内外具有较广泛的影响,欢迎煤炭地质及相关领域的广大科技工作者踊跃投稿。

    2024年01期 v.52;No.313 189页 [查看摘要][在线阅读][下载 664K]
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