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地热系统作用下红层软岩力学性能试验研究

岩土力学 2020年第10期41卷 3333-3342页

作者：周其健马德翠邓荣贵康景文祝全兵西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中国建筑西南勘察设计研究院有限公司四川成都610051 中冶成都勘察研究总院有限公司四川成都610023 中国水利水电第七工程局有限公司四川成都610213

地热能源是目前绿色建筑的发展趋势,但红层软岩分布地区出现的系列建筑地基病害问题与地源热系统关系尚不清楚。依托成都某建筑群事故调查项目,研究了有无地热系统作用下泥岩、石膏岩的工程特性,并基于室内试验模拟,研究了不同加热方式... 详细信息

地热能源是目前绿色建筑的发展趋势,但红层软岩分布地区出现的系列建筑地基病害问题与地源热系统关系尚不清楚。依托成都某建筑群事故调查项目,研究了有无地热系统作用下泥岩、石膏岩的工程特性,并基于室内试验模拟,研究了不同加热方式、不同温度及不同浸水时间等因素下岩石宏观力学特性和微观结构特征。结果表明:(1)同一场地有无地热系统对岩石力学性质影响甚微,但有地热系统时岩体中裂隙发育数量明显增多,累积张开度明显增大;(2)随着浸泡时间增加,泥岩最大含水率可达30%以上,石膏岩含水率超不过15%,泥岩浸水软化效应较石膏岩显著,二者力学指标随含水率增加呈负指数型下降,石膏岩因晶粒大小不同,离散性大;(3)天然状态下石膏岩呈脆性破坏,泥岩呈延性破坏,石膏岩水岩界面溶蚀作用效应显著,随着石膏岩由表及里溶蚀加剧,温度变化效应对岩体内生裂隙萌发起一定促进作用;(4)在20~50℃温度变化范围内,石膏岩抗压强度随温度呈抛物线变化,而泥岩单调升高;(5)地热管与岩体间填筑不密实容易形成渗水通道,改变水动力条件,动水作用下使石膏岩裂隙及软弱夹层溶蚀加剧,形成更大空洞,从而诱发沉降。

关键词：泥岩石膏岩地热系统试验研究建筑下沉

地热系统钙华和硅华定年方法研究进展及其应用

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煤田地质与勘探 2024年第1期52卷 14-25页

作者：李彬李义曼庞忠和黄天明高彬彬中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

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... 详细信息

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。

关键词：地热系统水热活动钙华硅华定年方法

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地热系统类型划分与主控因素分析

地学前缘 2017年第3期24卷 190-198页

作者：张英冯建赟何治亮李朋威中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京100083

为了更好地进行地热开发利用,该文在前人研究基础上,将地热系统定义为一个相对独立的地质单元,以热源为中心,包含热生成—运移—聚集所需要的地质要素和地质作用,这些要素和作用组成了能形成热能聚集的功能单元。根据地质构造背景,地热... 详细信息

为了更好地进行地热开发利用,该文在前人研究基础上,将地热系统定义为一个相对独立的地质单元,以热源为中心,包含热生成—运移—聚集所需要的地质要素和地质作用,这些要素和作用组成了能形成热能聚集的功能单元。根据地质构造背景,地热系统可分为隆起山地型地热系统(Ⅰ型)和沉积盆地型地热系统(Ⅱ型)两大类。根据热源类型,地热系统可细分为隆起山地岩浆型地热系统(Ⅰ1型)、隆起山地非岩浆型地热系统(Ⅰ2型)、沉积盆地岩浆型地热系统(Ⅱ1型)、沉积盆地非岩浆型地热系统(Ⅱ2型)4亚类。根据热的赋存方式,上述4亚类地热系统可进一步细分为隆起山地岩浆水热型地热系统、隆起山地岩浆干热型地热系统等8种类型。充足的热源是一切地热系统形成的基础。充足的水源补给和断裂发育是隆起山地水热型地热系统形成的主控因素,一定埋深的大规模优质储层是沉积盆地水热型地热系统形成的主控因素。埋藏较浅的高渗透性储层及较好的盖层,是干热型地热系统形成的主控因素。

关键词：地热系统分类主控因素隆起山地型沉积盆地型

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岩浆热源型地热系统释义

地质学报 2022年第1期96卷 208-214页

作者：郭清海中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074

以壳内岩浆囊(熔融体)为主要热源的地热系统是国内外地热界的热点研究对象。然而,当前尚无"岩浆热源型"地热系统的确切定义,对此类地热系统的认识也存在诸多争议。本文讨论了岩浆热源型地热系统的形成与其下熔融体的关系,阐释了"岩浆热... 详细信息

以壳内岩浆囊(熔融体)为主要热源的地热系统是国内外地热界的热点研究对象。然而,当前尚无"岩浆热源型"地热系统的确切定义,对此类地热系统的认识也存在诸多争议。本文讨论了岩浆热源型地热系统的形成与其下熔融体的关系,阐释了"岩浆热源"的形成机制及其对上覆地热系统影响的本质,综述了利用岩浆流体地球化学组成识别其对地热水定量贡献的常用方法。在此基础上,提出"岩浆热源型"地热系统应指接受岩浆囊传导热且同时受到岩浆流体直接影响、从而热储温度异常高的地热系统。

关键词：岩浆热源地热系统壳内岩浆囊岩浆流体地热水

川东褶皱带地热系统的空间载体——相互连通的断裂系统:以四川广安牟家镇地热井为例

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沉积与特提斯地质 2022年第4期42卷 642-652页

作者：郭镜夏时斌成都理工大学地球科学学院四川川成都610059 中国地质调查局成都地质调查中心四川成都610081

在“双碳目标”背景下,发展低碳能源势在必行。作为重要的清洁能源,地热资源勘查及开发利用力度亟须加大。在地热资源丰富的川东褶皱带,已有研究认为,该区三叠系嘉陵江组灰岩地层是有利的热储层,也是地热勘查的主要目标体。然而,众多钻... 详细信息

在“双碳目标”背景下,发展低碳能源势在必行。作为重要的清洁能源,地热资源勘查及开发利用力度亟须加大。在地热资源丰富的川东褶皱带,已有研究认为,该区三叠系嘉陵江组灰岩地层是有利的热储层,也是地热勘查的主要目标体。然而,众多钻遇嘉陵江组未出地热水及未钻遇嘉陵江组出现地热水的事实,对此提出了质疑。本文在牟家镇地热勘查区,通过音频大地电磁测深发现勘查区深部存在相互连通的断裂系统,并以此为目标体进行钻孔验证,获得了日涌水量>12000m^(3)、42℃的地热水,据此,推测相互连通的断裂系统可能是川东褶皱带地热系统的空间载体。通过探测华蓥山及铜锣山2处天然温泉及1处无水钻孔的深部构造特征,印证了川东褶皱带断裂控水的普适性;结合渗流分析,认为以相互连通的断裂系统为勘查目标体,有望实现川东褶皱带地热资源的可持续开发。本次研究将为带内普适的地热成因机制、勘查实践及可持续开发利用研究提供些许借鉴。

关键词：川东褶皱带相互连通的断裂系统地热系统产研结合

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红河断裂对莺歌海盆地地热系统的控制作用

成都理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期51卷 428-438页

作者：杨培张佳豪宋荣彩董贵宇陈海雯郑峰成都理工大学管理科学学院成都610059 成都理工大学地球与行星科学学院成都610059 油气藏地质及开发工程全国重点实验室(成都理工大学) 成都610059 中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司长春130021

基于莺歌海盆地地热背景,从地热系统的水源、流体通道、热储和盖层4个方面系统地去评价红河断裂对其的控热作用。研究结果表明,通过水样、气样分析,断裂构造在地热水循环中起到重要的控制作用;红河断裂的差异变形显著影响裂隙型热液热... 详细信息

基于莺歌海盆地地热背景,从地热系统的水源、流体通道、热储和盖层4个方面系统地去评价红河断裂对其的控热作用。研究结果表明,通过水样、气样分析,断裂构造在地热水循环中起到重要的控制作用;红河断裂的差异变形显著影响裂隙型热液热储的平面分布范围和纵向发育深度的异质性;莺歌海盆地地热系统是以地幔热物质作为主要热源,红河断裂带和盆地内中央凹陷底辟带为主要通道,裂隙型热液热储和上部大面积水道、海底扇、三角洲等储集体为主要热储,莺歌海组巨厚泥岩为主要盖层。

关键词：莺歌海盆地红河断裂底辟带控热作用地热系统

冀鲁豫三省交界处临清坳陷大名次凹陷地热系统成因模式及开发潜力

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中国地质 2023年第4期50卷 1149-1162页

作者：高楠安汪新伟梁海军杜利毛翔罗璐中国石化集团新星石油有限责任公司北京100083 中国石化地热资源开发利用重点实验室北京100083

【研究目的】建立地热系统的成因模式对地热田地热资源量评价以及后期有利区带的优选有着重要指导作用。大名次凹陷为渤海湾盆地临清坳陷馆陶凸起南端的一个次一级构造单元,其馆陶组砂岩热储可以构成一套完整的地热系统。【研究方法】... 详细信息

【研究目的】建立地热系统的成因模式对地热田地热资源量评价以及后期有利区带的优选有着重要指导作用。大名次凹陷为渤海湾盆地临清坳陷馆陶凸起南端的一个次一级构造单元,其馆陶组砂岩热储可以构成一套完整的地热系统。【研究方法】本文结合前人研究成果和区内地热钻井资料,通过对临清坳陷大名次凹陷地热系统“源、储、通、盖”主要地质因素分析研究,建立了研究区地热系统的概念模型,并在此基础上开展了地热资源量评价。【研究结果】馆陶组热储层在区内分布均一,底板埋深在1550~2000 m,储层厚度在268~324 m,孔隙度介于14%~32%,储厚比最高可达70%。区内钻遇至馆陶组的地热井,地热水井口水温多在54~60℃,水化学类型以Cl·SO_(4)-Na为主。上部沉积的第四系和明化镇组,地温梯度在22~60℃/km,构成了良好的盖层。地热系统热源主要来自于新生代断陷盆地背景下的高大地热流值,约52~57 mW/m^(2),南部临漳—大名断裂和东部冠县断裂为其深部热流向上运输的有利通道。热储整体接受来自西部太行山和东部鲁西南隆起的大气降水补给,经深部热传导和局部热对流增温后,富集于热储之中。【结论】馆陶组砂岩地热系统资源量超过127.42×10^(8)GJ,每年可开采地热资源量为31.86×10^(6)GJ,折合标煤1.09×10^(6)t。年开采地热资源量可满足超3.14×10^(7)m^(2)的供暖面积,开发潜能较大。

关键词：地热系统成因模式资源量评价供热面积大名次凹陷地热调查工程

开封坳陷中牟凹陷馆陶组砂岩热储地热系统成因模式及开发潜力

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现代地质 2024年

作者：贺婷婷杜利谈心刘均荣罗璐章惠李昊中国石油大学(华东) 中国石化集团国际石油勘探开发有限公司中国石化集团新星石油有限责任公司中国石化地热资源开发利用重点实验室

地热系统成因机制研究与地热资源量精细评价是实现区域地热高效开发的基础。本文选取开封坳陷中牟凹陷为研究对象，基于区域地质构造特征，结合地热井和水化学分析资料，对该凹陷地温场、热储展布规律及水化学特征等因素进行了剖析，构... 详细信息

地热系统成因机制研究与地热资源量精细评价是实现区域地热高效开发的基础。本文选取开封坳陷中牟凹陷为研究对象，基于区域地质构造特征，结合地热井和水化学分析资料，对该凹陷地温场、热储展布规律及水化学特征等因素进行了剖析，构建了地热系统概念模型，并分层系精细评价地热资源量。结果表明，中牟凹陷地热系统的热源主要来自壳幔的热传导，大地热流值约45～65mW/m2，其北部的焦作－新乡－商丘断裂为其深部热流向上传递的有利通道。热储为馆陶组砂岩，在区内分布较稳定，底板埋深在1600～2200m，热储垂向上可识别出30～48层砂体，累计厚度介于130～420m，孔隙度约16%～32%，砂地比最高可达67%。热储物性空间上具有凹陷东部优于西部、馆下段优于馆上段的特征。馆陶组地热井的井口水温68～85℃，单井水量106～155m3/h，水化学类型以Cl－Na为主，矿化度10000～30000mg/L。厚约1200m的上覆第四系和明化镇组地层构成区域的良好盖层。地热水的来源整体接受西部和西南部山区的大气降水补给，经深部热传导增温后，侧向补给给热储层。中牟凹陷馆陶组砂岩热储地热资源量约2245.41×108GJ，每年可开采地热资源量为5.61×108GJ，折合标煤1.92×106t。年开采地热资源量可满足约6770万m2的供暖面积，开发潜力巨大。

关键词：地热系统成因模式资源量评价砂岩热储馆陶组中牟凹陷

渭河盆地岩石圈热结构模拟及其对地热系统热源机理的启示

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地球学报 2023年第1期44卷 33-44页

作者：芦佳飞饶松黄顺德施亦做胡圣标长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室湖北武汉430100 长江大学地球科学学院湖北武汉430100 中国石油勘探开发研究院北京100083 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

深部温度场与岩石圈热结构特征是认识地热系统深部热源机理的重要途径。本文在系统分析渭河盆地及其邻区现今大地热流特征基础上,基于旬邑—西峡宽角反射/折射地震测深剖面揭示的地壳分层结构,采用二维有限元方法,对渭北隆起、渭河盆地... 详细信息

深部温度场与岩石圈热结构特征是认识地热系统深部热源机理的重要途径。本文在系统分析渭河盆地及其邻区现今大地热流特征基础上,基于旬邑—西峡宽角反射/折射地震测深剖面揭示的地壳分层结构,采用二维有限元方法,对渭北隆起、渭河盆地以及北秦岭构造带的深部温度场和岩石圈热结构开展数值模拟研究,在此基础上分析渭河盆地地热系统深部热源机理。结果表明,旬邑—西峡剖面上大地热流介于57.6~75.7 mW/m^(2)之间,平均为(70.4±4.7)mW/m^(2);地幔热流在29.5~38.6 mW/m^(2)之间,平均值为34.1 mW/m^(2);莫霍面温度变化范围约在600~740℃之间;“热”岩石圈厚度约为95~110 km。从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,大地热流、莫霍面温度和地幔热流值表现出低→高→低的变化规律,相应地“热”岩石圈厚度则表现出厚→薄→厚的变化趋势。渭河盆地地壳厚度减薄明显,莫霍面温度显著高于渭北隆起和秦岭造山带,暗示着渭河盆地地壳活动性显著。然而,从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,“热”岩石圈厚度变化范围不大,且渭河盆地内的壳幔热流比接近1.0,表明深部活动并不强烈,这符合被动裂谷的深部温度场和岩石圈热结构特征。在印度板块和欧亚板块碰撞的远场效应下,渭河地区地壳伸展减薄,在重力均衡作用下上地幔隆升,高温的幔源物质沿深大断裂上涌加热上地壳,与地壳放射性产热一起为地热系统提供热源。

关键词：深部温度场岩石圈热结构热源机理地热系统渭河盆地