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岩溶热储地热水可更新能力及采灌均衡可持续开采量:以菏泽潜凸起地热田为例

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地球科学 2023年第3期48卷 1118-1137页

作者：康凤新马哲民史启朋刘肖黄鹤湾山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590 山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队山东济南250014 山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心山东济南250014 山东省地热清洁能源勘查开发工程研究中心山东济宁272100 济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省鲁南地质工程勘察院山东济宁272100

地热水可更新能力及采灌均衡可持续开采量计算评价是地热能可持续开采的关键核心问题.为更科学地开展评价研究,以菏泽潜凸起岩溶热储地热田为例,以地热水循环富集、开采动态、水化学条件、同位素特征等为主控评价因子,建立评价指标体系... 详细信息

地热水可更新能力及采灌均衡可持续开采量计算评价是地热能可持续开采的关键核心问题.为更科学地开展评价研究,以菏泽潜凸起岩溶热储地热田为例,以地热水循环富集、开采动态、水化学条件、同位素特征等为主控评价因子,建立评价指标体系,综合评价岩溶热储地热资源可更新能力;提出了地热水采灌均衡——保证地热水量均衡和热能均衡条件下可持续开采量的计算方法,评价了地热田集中开采区采灌均衡条件下地热水的可持续开采量.菏泽潜凸起地热田地热水可更新能力分为强、较强、较差和差4个区.强区分布于地热田东北部靠近梁山和嘉祥补给山区一带;差区分布于地热田中南部定陶-菏泽城区地热水排泄区一带;补给区和断裂带附近裂隙岩溶发育、富水性较好,远离补给区和断裂带的则岩溶发育度程度差、热储富水性差.集中开采区岩溶地热水采灌均衡条件下可持续开采量为122600 m^(3)/d,是自然条件下的2.49倍.

关键词：菏泽潜凸起地热田岩溶热储可更新能力热突破采灌均衡可持续开采量地热能

冷冲击作用下干热岩井井筒裂纹扩展数值模拟研究

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钻探工程 2024年第3期51卷 94-103页

作者：颜谢材郑君罗浩瀚张晗孙婉窦斌陈宇中国地质大学(武汉) 湖北武汉430074 河南省地质研究院河南郑州450001 上海浅层地热能工程技术研究中心上海200436

干热岩(HDR)是一种清洁可再生能源,主要通过增强型地热系统(EGS)进行开发。在EGS工程中,无论是注入井还是生产井的建设都需要采用地热钻井技术,而高温高压钻井过程中地层破裂、井壁坍塌等现象是干热岩钻井施工面临的重要问题。在温差作... 详细信息

干热岩(HDR)是一种清洁可再生能源,主要通过增强型地热系统(EGS)进行开发。在EGS工程中,无论是注入井还是生产井的建设都需要采用地热钻井技术,而高温高压钻井过程中地层破裂、井壁坍塌等现象是干热岩钻井施工面临的重要问题。在温差作用下,岩石的矿物颗粒由于其热膨胀、冷收缩特性的差异性,矿物颗粒之间产生温度应力,导致岩体发生热破裂。本文借助RFPA数值模拟软件,对干热岩开采过程中井筒花岗岩冷冲击作用下的裂纹扩展进行研究。结果表明:井筒模型在冷冲击过程中,岩石表面拉应力随着冷冲击时间的增加,先升高至峰值后缓慢下降。裂纹扩展可以大致分为前、中、后期。冷冲击前期,井筒周围出现环形拉应力区,开始出现均匀的微小裂纹。冷冲击中期,随着时间的增加,拉应力区逐渐向井筒外围扩展,裂纹随着拉应力区向外扩展。冷冲击后期,拉应力大小逐渐降低直至小于模型抗拉强度,裂纹扩展速度减缓直至停止扩展。围压、井径、温度对井筒围岩冷冲击时的破坏损伤效果影响显著,其中,温度对冷冲击裂纹扩展起到促进作用,围压对冷冲击裂纹扩展起到抑制作用,井径对冷冲击裂纹扩展起到促进作用。

关键词：干热岩井筒裂缝扩展数值模拟冷冲击增强型地热系统

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基于物探方法的中深层地热三维地质建模研究——以开封市为例

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能源与环保 2024年第3期46卷 122-129页

作者：白何领陈丹利行正松潘飞飞孙军胜武佳鑫雷万杉河南省金属矿产深孔钻探工程技术研究中心河南郑州450014 河南省地质矿产勘查开发局第三地质勘查院河南郑州450014 中国地质大学(北京) 北京100083 长安大学地球科学与资源学院陕西西安710054

利用物探方法进行中深层地热三维地质建模,比传统地质钻孔资料建模更方便和省时。采用超低频探测方法在开封市开展物探探测,并将物探解译结果与地热井测井曲线进行对比,在物探解译基础上,采用FEFLOW软件建立开封市三维地热地质模型,对... 详细信息

利用物探方法进行中深层地热三维地质建模,比传统地质钻孔资料建模更方便和省时。采用超低频探测方法在开封市开展物探探测,并将物探解译结果与地热井测井曲线进行对比,在物探解译基础上,采用FEFLOW软件建立开封市三维地热地质模型,对模型进行水流场、地温场和水文地质参数赋值验证。研究结果表明,解译数据可靠,模型各项参数与实际地质条件基本相符,说明物探方法在地热三维地质建模中具有较好的可行性。

关键词：三维地质建模超低频探测地热地质模型水流场地温场

时频电磁法在金牛湖地区深部地热资源勘查中的应用

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工程地球物理学报 2024年第1期21卷 81-91页

作者：杨志成陈海宏周玲玲鲁杏安徽省勘查技术院(安徽省地矿局能源勘查中心) 安徽合肥230031 江苏省地质矿产局第一地质大队江苏南京210041

南京金牛湖地区地质构造复杂、低阻覆盖层厚、电磁干扰强,为了查明该地区深部地热资源,应用时频电磁法进行探测。本次布置了2条时频电磁法剖面,采用大功率发射信号能够有效地穿透低阻覆盖层,获得了信噪比较高的原始数据。通过对时频电... 详细信息

南京金牛湖地区地质构造复杂、低阻覆盖层厚、电磁干扰强,为了查明该地区深部地热资源,应用时频电磁法进行探测。本次布置了2条时频电磁法剖面,采用大功率发射信号能够有效地穿透低阻覆盖层,获得了信噪比较高的原始数据。通过对时频电磁数据的处理、分析、反演及综合解译,获得了勘查区4000 m以浅的二维电性结构模型。结合地热地质条件,优选了地热钻探井位,经钻探最终验证,推测地层与实际钻探基本吻合,在1600 m钻遇断裂,终孔深度2800 m,经后期抽水试验确定,日出水量大于500 m 3,钻井井口水温51℃,说明获得了优质的深部地热资源。综上所述,时频电磁法在金牛湖地区深部地热资源勘查中的应用效果较好,揭示了南京金牛湖地区较好的地热地质条件,为该地区地热旅游资源的开发利用奠定了坚实的基础。

关键词：时频电磁法深部地热资源勘查金牛湖地区

华北盆地梁村古潜山岩溶热储聚热机制及资源潜力

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地球科学 2023年第3期48卷 1080-1092页

作者：康凤新赵季初黄迅隋海波山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590 山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队山东济南250014 山东省地热清洁能源探测开发与回灌工程技术研究中心山东德州253072 济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队山东德州253072

地热是一种绿色低碳的清洁能源,其规模化开发利用对减少碳排放量与改善大气环境意义重大,为促进中低温水热型地热流体发电技术在实现“双碳”目标中的应用,本文在揭示梁村古潜山潜凸起岩溶热储聚热机制、评价资源潜力的基础上,对10 MW... 详细信息

地热是一种绿色低碳的清洁能源,其规模化开发利用对减少碳排放量与改善大气环境意义重大,为促进中低温水热型地热流体发电技术在实现“双碳”目标中的应用,本文在揭示梁村古潜山潜凸起岩溶热储聚热机制、评价资源潜力的基础上,对10 MW地热电站示范工程的资源保证能力进行了论证.通过地温梯度、大地热流值与构造格架、岩石热导率相关性对比分析,岩溶发育特征、热储富水性与构造、岩性、水动力条件组合关系研究,揭示了梁村古潜山潜凸起岩溶热储的四元聚热机制:一元为华北克拉通破坏、岩石圈减薄导致的高大地热流传导聚热,二元为凸起区高热导率分流聚热,三元为深大断裂带对流聚热,四元为成岩压密水对流聚热;计算出梁村古潜山潜凸起寒武系-奥陶系裂隙岩溶热储中蕴藏的可利用热资源量为2.2183×10^(19)J、地热水资源量为6.34×10^(9)m^(3).在四元聚热驱动下,形成了梁村古潜山潜凸起高地温梯度岩溶热储地热田,其热能量与地热流体资源量满足10 MW地热电站建设需求.

关键词：岩溶热储四元聚热地热发电梁村古潜山地热水资源

东昆仑大格勒地区碱性岩-碳酸岩型铌矿勘查进展及找矿前景

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大地构造与成矿学 2024年第1期48卷 50-60页

作者：王涛王秉璋袁博武李玉龙李积清翟国良马林李五福韩晓龙封建平王泰山韩杰青海省地质调查院青海西宁810012 青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室青海西宁810012 青海省遥感大数据工程技术研究中心青海西宁810012

铌广泛应用在冶金工业、原子能工业、航空航天工业、军事工业、电子工业、超导材料及医疗仪器等方面,是全球高度关注的关键矿产。碱性岩-碳酸岩型矿床赋存了世界上大部分的铌资源,而我国铌资源禀赋差,对外依存度大于90%。2021年青海省... 详细信息

铌广泛应用在冶金工业、原子能工业、航空航天工业、军事工业、电子工业、超导材料及医疗仪器等方面,是全球高度关注的关键矿产。碱性岩-碳酸岩型矿床赋存了世界上大部分的铌资源,而我国铌资源禀赋差,对外依存度大于90%。2021年青海省地质调查院在东昆仑大格勒地区发现了碱性岩-碳酸岩型铌矿,通过三年的勘查工作,圈定5条铌矿体,矿体延伸长160~1280 m,控制最大斜深800 m,矿体厚度4.3~115.7 m,Nb_(2)O_(5)平均品位0.092%~0.156%,伴生P_(2)O_(5)平均品位3.8%~5.6%。通过资源量估算,Nb_(2)O_(5)推断资源量超过10万吨,已达大型矿床规模。目前铌矿体在走向和倾向上延伸稳定,显示出良好的找矿前景。

关键词：铌资源碱性岩-碳酸岩型勘查进展找矿前景大格勒

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深部地热水多开采井联合运行模式优化

煤田地质与勘探 2024年第1期52卷 140-151页

作者：平宇李放季文清袁筱莹齐玉峰邓晓颖王心义河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 河南省地质局生态环境地质服务中心河南郑州450011 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

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... 详细信息

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1200~1400 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。

关键词：地热能开采地热管理模型多井联合 Galerkin有限元法 Pareto-灰狼算法 TOPSIS理论开采优化

鲁中隆起北缘地热区岩溶热储水化学特征及形成机理

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中国岩溶 2023年第5期42卷 1005-1026,1036页

作者：江露露隋海波康凤新李常锁魏善明于令芹李越山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队山东济南250014 山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心山东济南250014 山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590 山东省地热清洁能源探测开发与回灌工程技术研究中心山东德州253072

通过研究鲁中隆起北缘岩溶热储地热水水化学特征,分析岩溶热储地热水的形成机理。以鲁中隆起北缘地热区内32个地热井为研究对象,采用Piper图解、Schoeller图解、离子组分比率特征、同位素特征、Na-K-Mg平衡图解、矿物饱和指数计算与评... 详细信息

通过研究鲁中隆起北缘岩溶热储地热水水化学特征,分析岩溶热储地热水的形成机理。以鲁中隆起北缘地热区内32个地热井为研究对象,采用Piper图解、Schoeller图解、离子组分比率特征、同位素特征、Na-K-Mg平衡图解、矿物饱和指数计算与评价等方法,研究地热水的补给来源、水岩作用过程、运移途径、循环演化特征和形成机理。结果表明:在岩溶地下水向地热田径流方向上,岩溶地下水的水化学类型与地热水的明显不同,岩溶水的TDS含量呈增加趋势,而HCO3-含量百分比呈现降低趋势;同一地热田区段的地热水水化学成分相似、水化学类型相同。研究区地下热水中微量组分F、Li、Sr、偏硅酸等含量表现出增加的趋势。通过使用玉髓地热温标计算的地热区岩溶热储温度为39~70℃,地热水的循环深度为856~1877 m,结合测温曲线特征分析,确定研究区地热系统为对流-传导型。水文地球化学演化、离子组分比率、同位素等多种分析方法,揭示出岩溶热储地热水的补给来源为地热区南部泰山北麓山区晚更新世寒冷气候条件下古大气降水的入渗;大气降水入渗补给岩溶含水层后,经地下水深循环径流运移,在大地热流、地下水运移传导-对流加热作用下形成地热水。

关键词：岩溶热储地热水同位素特征地热温标成因机理

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山东省平原县地热资源调查与分析

中国地质调查 2023年第4期10卷 9-17页

作者：王秀芹闫燕白通周海龙路则瓦山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队(山东省鲁北地质工程勘察院) 山东德州253072 山东省地热清洁能源探测开发与回灌工程技术研究中心山东德州253072

山东省平原县社会、经济发展迅速,但存在资源环境约束趋紧、生态系统退化、环境污染严重、雾霾等极端天气频现等问题,凸显了节能减排形势的严峻性。为了保障城乡发展的能源供给,在收集研究区已有地热资源开发资料基础上进行补充调查,通... 详细信息

山东省平原县社会、经济发展迅速,但存在资源环境约束趋紧、生态系统退化、环境污染严重、雾霾等极端天气频现等问题,凸显了节能减排形势的严峻性。为了保障城乡发展的能源供给,在收集研究区已有地热资源开发资料基础上进行补充调查,通过钻探、测试取得相关水文地质参数,利用地热计算器软件,对评价区地热资源量进行计算,并根据采灌井井距与采灌井温度、水位和经济成本的关系对采灌井井距进行了优化。结果表明,评价区热储采灌井距设为400 m可确保环境不受影响。该结果为实现地热资源可持续利用提供了有利保障。

关键词：山东省平原县地热资源可持续利用井距优化