曹 銳，多 吉，李玉彬，蒙暉仁，蔡永強(qiáng)

1) 成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059 2) 西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，拉薩 850010

近年來(lái)，在全球能源革命和“雙碳”目標(biāo)的推動(dòng)下，節(jié)能減排和應(yīng)對(duì)氣候變化使得地?zé)崮?、太?yáng)能及風(fēng)能等清潔能源和可再生能源的開發(fā)利用成為世界各國(guó)能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略[1]. 其中，地?zé)崮苁俏ㄒ徊皇芴鞖?、季?jié)變化影響的地球本土的可再生清潔能源[2]，因其具有儲(chǔ)量大、能源利用效率高、運(yùn)行成本低和節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為新能源領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)[3].

中深層地?zé)豳Y源主要有傳統(tǒng)水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)和增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)兩大類，相比淺層地?zé)豳Y源而言，其具有儲(chǔ)量大且利用方式多等優(yōu)勢(shì). 為進(jìn)一步了解中深層地?zé)豳Y源賦存特征和發(fā)展現(xiàn)狀，本文在系統(tǒng)梳理國(guó)外中深層地?zé)豳Y源發(fā)展過程和最新進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)中深層地?zé)豳Y源開發(fā)現(xiàn)狀，對(duì)中深層地?zé)豳Y源開發(fā)過程中涉及的傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源利用、EGS相關(guān)技術(shù)突破、地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源的綜合利用、“礦-熱共采”及工程建設(shè)中的“熱害資源化”等相關(guān)問題進(jìn)行了總結(jié)分析，以期為我國(guó)中深層地?zé)豳Y源開發(fā)利用提供借鑒和啟示.

1 中深層地?zé)豳Y源簡(jiǎn)述

根據(jù)熱傳遞過程、溫度、賦存條件、成因機(jī)制、控?zé)針?gòu)造和熱儲(chǔ)性質(zhì)等考慮因素的不同，地?zé)豳Y源有多種分類方式：Muffler[4]根據(jù)熱量傳遞方式將地?zé)豳Y源劃分為與高滲透率水熱系統(tǒng)等相關(guān)的對(duì)流型地?zé)豳Y源及與低滲透率巖石等相關(guān)的傳導(dǎo)型地?zé)豳Y源；其后Muffler和Cataldi[5]又依據(jù)儲(chǔ)層溫度將地?zé)豳Y源劃分為低溫地?zé)豳Y源（T<90 ℃）、中溫地?zé)豳Y源（T=90~150 ℃）和高溫地?zé)豳Y源（T>150 ℃）. 有學(xué)者也相繼提出了不同的溫度界限[6]，而我國(guó)在2010年出版的《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘察規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1615—89）中沿用了Muffler的劃分方案[4].

考慮到我國(guó)地?zé)嵯到y(tǒng)的熱儲(chǔ)特征、熱量賦存以及開發(fā)利用方式等情況，目前比較常用和公認(rèn)的方法是《地?zé)崮苁逡?guī)劃》及《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》中的分類：淺層地?zé)豳Y源、水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖三種類型. 淺層地?zé)豳Y源是從恒溫帶至地下200 m深度范圍內(nèi)，儲(chǔ)存于水體、土體、巖石中可采用熱泵技術(shù)提取利用的地?zé)崮躘7]，淺層地?zé)豳Y源具有分布廣泛、溫度穩(wěn)定、開發(fā)利用相對(duì)簡(jiǎn)單和成本較低等特點(diǎn)，在京津冀等地區(qū)冬季取暖和夏季制冷等方面發(fā)揮著重要作用[8]. 水熱型地?zé)豳Y源，一般指以熱水形式埋藏在200~3000 m深度范圍內(nèi)的地?zé)豳Y源，主要賦存于高滲透孔隙或裂隙介質(zhì)中，以液態(tài)水或蒸氣等形式存在[9]. 根據(jù)地質(zhì)要素和地質(zhì)作用特征的不同，可劃分為：分布在板塊活動(dòng)邊緣或板內(nèi)火山活動(dòng)區(qū)且以熔融體/巖漿囊為主要熱源的巖漿型、與區(qū)域性深大斷裂密切相關(guān)的斷裂-深循環(huán)型、與伸展區(qū)較高熱流背景或穩(wěn)定區(qū)低熱流背景相關(guān)的斷陷盆地型[10]. 水熱型地?zé)豳Y源是世界上目前開采和利用的主要地?zé)崮?，在取暖、醫(yī)療康養(yǎng)、農(nóng)業(yè)種植和工業(yè)發(fā)電等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用[11]. “干熱巖”自提出以來(lái)，由于其儲(chǔ)量巨大且沒有靶區(qū)局限性等優(yōu)勢(shì)引起了全球科學(xué)家的廣泛關(guān)注[12-15]. 但對(duì)“干熱巖”是否含有流體和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)等方面存在爭(zhēng)議. 因而，有學(xué)者提出了廣義和狹義兩個(gè)方面的定義來(lái)加以區(qū)分[16]，相應(yīng)提出了“干熱型”的概念.

由上可見，根據(jù)考慮因素的差異，地?zé)豳Y源的劃分方案中地質(zhì)要素的側(cè)重各有不同，也存在一定的爭(zhēng)議. 若將地?zé)嵯到y(tǒng)作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地質(zhì)單元來(lái)考慮，根據(jù)埋深和熱源性質(zhì)等差異，為了跟“淺層地?zé)豳Y源”相區(qū)別，我們將水熱型和和干熱型地?zé)豳Y源統(tǒng)一歸類到中深層地?zé)豳Y源加以討論.

2 中深層地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀

中深層地?zé)豳Y源勘探和開發(fā)工作可以追溯到20世紀(jì). 根據(jù)勘探技術(shù)的不同，中深層地?zé)豳Y源勘探開發(fā)可以分為傳統(tǒng)水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)和增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)兩大類. 傳統(tǒng)水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)發(fā)電已經(jīng)發(fā)展了100多年的歷史，技術(shù)比較成熟；而EGS所能開發(fā)的深部高溫地?zé)豳Y源量巨大，相應(yīng)得到了各國(guó)的重視. 據(jù)估計(jì)全球陸區(qū)3～10 km蘊(yùn)藏的深部地?zé)崮苜Y源總量約為4.95×1015t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于全球所有煤炭、石油和天然氣所蘊(yùn)藏能量的30倍. 因此，各國(guó)相繼開展了一系列的EGS示范工程，以期在深部高溫地?zé)豳Y源開發(fā)中有更大的突破.

2.1 國(guó)外中深層地?zé)豳Y源開發(fā)和發(fā)展過程

2.1.1 國(guó)外傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)過程

世界地?zé)岚l(fā)電最早起源于意大利，1904年意大利在西北部的拉德雷羅建立了世界上第一臺(tái)裝機(jī)容量為10 kW的實(shí)驗(yàn)性地?zé)岚l(fā)電機(jī)組，并于1913年建成了世界第一座商業(yè)性地?zé)岚l(fā)電站，開啟了地?zé)岚l(fā)電商業(yè)化的先河（表1）. 拉德雷羅地?zé)崽镂挥诘诶漳岚不鹕絽^(qū)內(nèi)，熱源與侵入地殼淺部的巖漿活動(dòng)有關(guān)，是世界代表性的干蒸汽田之一. 新西蘭于1950年在Mairakei建立了世界上第二個(gè)地?zé)岚l(fā)電站，該地?zé)崽镂挥谛挛魈m北島長(zhǎng)250 km，寬50 km的地?zé)岙惓^(qū)中，熱儲(chǔ)主要由中酸性凝灰?guī)r和碎屑巖等組成，地?zé)崃黧w最高溫度可達(dá)270 ℃. 美國(guó)也是最早嘗試?yán)玫責(zé)岚l(fā)電的國(guó)家之一，1922年，在索諾瑪?shù)貐^(qū)開發(fā)了第一口地?zé)釟饩?，開始利用地?zé)嵴羝┡万?qū)動(dòng)小型蒸汽機(jī)發(fā)電，但開發(fā)進(jìn)程緩慢，直到1960年才建成了該國(guó)的第一座地?zé)岚l(fā)電站，發(fā)電站位于世界最大的地?zé)崽铩?—蓋瑟斯地?zé)崽镏? 蓋瑟斯地?zé)崽锩娣e達(dá)185 km2，地球物理資料顯示地表以下8 km處直徑約為20 km的巖漿囊為其主要熱源. 隨后，美國(guó)地?zé)岚l(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，到2005年便擁有了209個(gè)地?zé)岚l(fā)電機(jī)組，占世界地?zé)岚l(fā)電機(jī)組總量的40%以上，地?zé)岚l(fā)電總量居世界第一[17].

表1 世界典型“傳統(tǒng)水熱型”高溫地?zé)岚l(fā)電站Table 1 World’s typical “conventional hydrothermal” high-temperature geothermal power plants

1926年，印度尼西亞在爪洼島開展了五個(gè)測(cè)試鉆井，但直到1983年才真正開始利用地?zé)岚l(fā)電.2007年和2018年分別在達(dá)拉哈特和薩魯拉建成了兩座地?zé)岚l(fā)電站，裝機(jī)容量分別為271和330 MW.印尼位于特提斯構(gòu)造域的東南端，近代火山活動(dòng)頻繁，地?zé)豳Y源豐富，約占全球總量的40%，主要集中在蘇門答臘、努沙登加拉和巴布亞等地，發(fā)電潛力約為28910 MW，潛力巨大. 截至2020年，印度尼西亞的地?zé)岚l(fā)電站裝機(jī)容量已達(dá)2289 MW，位居世界第2位. 1977年，菲律賓第一座地?zé)岚l(fā)電站開始運(yùn)營(yíng)，開啟了菲律賓地?zé)岚l(fā)電的歷史，隨后的20多年里，又陸續(xù)修建了6座地?zé)岚l(fā)電站. 截至2020年，菲律賓的地?zé)岚l(fā)電站裝機(jī)容量已達(dá)1918 MW，位居世界第3位. 此外，日本和土耳其等國(guó)家都在利用自身地?zé)豳Y源的優(yōu)勢(shì)積極布局地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè). 日本于1966年在巖手縣建成蒸汽優(yōu)勢(shì)型松川地?zé)岚l(fā)電站，開啟了日本的商業(yè)性地?zé)岚l(fā)電. 隨后的數(shù)十年日本地?zé)岚l(fā)電快速發(fā)展，陸續(xù)修建了十多座地?zé)岚l(fā)電站，尤其在2012年福島核事故之后，日本更加重視發(fā)展地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)[18]. 截至2020年，地?zé)岚l(fā)電站已在29個(gè)國(guó)家或地區(qū)運(yùn)營(yíng)，總裝機(jī)容量約為15950 MW，其中裝機(jī)容量在10 MW以上的地?zé)岚l(fā)電站有73座. 近年來(lái)，印度尼西亞、肯尼亞、美國(guó)和冰島等國(guó)家這幾年地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)容量明顯增長(zhǎng)（圖1），尤其是像印度尼西亞等國(guó)家計(jì)劃開發(fā)更多的地?zé)崮馨l(fā)電項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2027年印度尼西亞地?zé)岚l(fā)電總裝機(jī)有可能超過美國(guó)，成為全球地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)先者[19].

圖1 2015—2020年全球地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量排名前十的國(guó)家Fig.1 Top 10 countries with the most installed geothermal power capacity in 2015–2020

2.1.2 國(guó)外EGS地?zé)豳Y源開發(fā)和發(fā)展過程

最早在20世紀(jì)70年代，美國(guó)在新墨西哥州FentonHill嘗試開展世界上第一個(gè)工業(yè)規(guī)模的3000 m左右深部地?zé)豳Y源開發(fā)時(shí)，預(yù)估深層巖體中不會(huì)有流體存在，因此將這種無(wú)流體、無(wú)裂隙、距離地面2~3 km以下且溫度>200 ℃的高溫巖體稱之為“Hot dry rock”[12]；而后日本在Hijiori火山口進(jìn)行深層巖體地?zé)崮荛_發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)在1800~2200 m處深部巖體中不僅發(fā)育大量天然裂縫還存在地?zé)崃黧w，因此將其命名為“Hot wet rock”[13]；澳大利亞在Cooper Basin花崗巖中開展水力壓裂，以期建立永久連通裂隙網(wǎng)絡(luò)，將這種人工造儲(chǔ)的深部地?zé)豳Y源稱為“Hot factured rock”[14]；而瑞士將這類深部具有高溫的巖石歸類到了“Deep heating mining”[15].

我國(guó)國(guó)家能源局在2019年實(shí)施的《NB/T10097—2018地?zé)崮苄g(shù)語(yǔ)》中將干熱巖定義為“不含或僅含少量流體，溫度高于180 ℃，其熱能在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以利用的巖體”. 目前，美國(guó)能源部將此類需采用水力壓裂等工程手段，從地下3～10 km的低滲透性巖體中經(jīng)濟(jì)地獲得相當(dāng)數(shù)量深層熱能的人工地?zé)嵯到y(tǒng)，統(tǒng)稱為“Enhanced Geothermal Systems（EGS）”[20].

雖然“干熱巖”的定義存在分歧，但普遍接受的是與EGS密切相關(guān)的深層地?zé)豳Y源潛力巨大且不受靶區(qū)限制，相應(yīng)得到了國(guó)際上各國(guó)的重視，相繼開展了一系列的EGS示范工程. 1973年，美國(guó)開展了世界第一個(gè)干熱巖開發(fā)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了干熱巖地?zé)岚l(fā)電從概念到實(shí)驗(yàn)的飛躍，鉆井EE-2井深為4390 m，儲(chǔ)層溫度為327 ℃，產(chǎn)量為10～18.5 L·s-1.驗(yàn)證了在滲透率很低的巖層中通過人工壓裂的方法建立儲(chǔ)層，通過流體循環(huán)提取儲(chǔ)層熱量的方法是可行的，為地?zé)崮艿拈_發(fā)提供了新的方向.

1984年，德國(guó)、法國(guó)和英國(guó)聯(lián)合在法國(guó)萊茵河地塹的Soultz開展了EGS示范工程，熱井最大井深約為5000 m，儲(chǔ)層溫度約為202 ℃，熱儲(chǔ)巖性為花崗巖，產(chǎn)量為30 L·s-1，同時(shí)對(duì)儲(chǔ)層壓裂過程中的相關(guān)微震開展了監(jiān)測(cè)工作. 1997年，該項(xiàng)目吸引了一批企業(yè)加入，開啟了產(chǎn)業(yè)化的嘗試，建成了世界上第一個(gè)EGS示范電站. 日本在1985年的Hijiori火山口南部開展了該國(guó)的第一個(gè)EGS示范工程，前期研發(fā)了EGS開發(fā)的相關(guān)技術(shù)，并成功建造了淺部?jī)?chǔ)層，淺部熱儲(chǔ)深度為1800 m，儲(chǔ)層溫度約為250 ℃，深部熱儲(chǔ)深度為2200 m，溫度約為270 ℃.

20世紀(jì)以來(lái)，隨著各國(guó)在干熱型地?zé)豳Y源開發(fā)技術(shù)的成熟，開始了EGS示范電站相關(guān)建設(shè).2003年，澳大利亞在其南部Cooper Basin開展EGS研發(fā)示范項(xiàng)目，其目標(biāo)是擴(kuò)展示范場(chǎng)地并進(jìn)行發(fā)電. 該項(xiàng)目是當(dāng)時(shí)全球最大的增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研發(fā)示范項(xiàng)目，最大井深為4421 m，熱儲(chǔ)溫度約為250 ℃，但由于水損率較大，難以維持出口取熱溫度，目前仍未實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā). 截至2021年，世界上已有近14個(gè)國(guó)家開展了EGS高溫地?zé)豳Y源開發(fā)工作，其中美國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)和澳大利亞等國(guó)家均實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)性發(fā)電，但也有部分項(xiàng)目因?yàn)殚_發(fā)技術(shù)不成熟、缺乏經(jīng)費(fèi)持續(xù)支撐和壓裂過程中誘發(fā)地震等原因而終止，總體而言，利用EGS高溫地?zé)豳Y源發(fā)電還處于試驗(yàn)探索階段.

2.2 我國(guó)中深層地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.2.1 我國(guó)傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)和發(fā)展過程

20世紀(jì)50年代末，著名地質(zhì)學(xué)家李四光先生便倡導(dǎo)開發(fā)中深層地?zé)豳Y源，組建了我國(guó)第一個(gè)地?zé)嵫芯拷M. 在60年代建立了地?zé)釋?shí)驗(yàn)室和地?zé)嵘罹^測(cè)點(diǎn)，促使地?zé)崮艿睦脧尼t(yī)療擴(kuò)大到了工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，同時(shí)開始了地?zé)岚l(fā)電的可行性研究[21].在李四光先生的倡導(dǎo)下，在北京、河北和西藏等地重點(diǎn)開展了地?zé)豳Y源普查工作，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)地?zé)豳Y源的全面開發(fā)利用[21]. 從20世紀(jì)70年代開始我國(guó)先后在廣東豐順縣和西藏羊八井建立了地?zé)犭娬綶22]. 羊八井地?zé)犭娬臼俏鞑氐谝蛔邷氐責(zé)岚l(fā)電站，現(xiàn)有裝機(jī)容量25.18 MW. 在20世紀(jì)90年代初期，發(fā)電量曾占拉薩電網(wǎng)的40%（夏季）至60%（冬季），被譽(yù)為是青藏高原上的一顆明珠. 截至2020年6月，羊八井地?zé)犭姀S累計(jì)發(fā)電34.1億kW·h，為西藏社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能減排作出了重要貢獻(xiàn)[23].

我國(guó)西藏、云南騰沖和川西等地具有豐富的地?zé)崮?，尤其是西藏地區(qū)各類地?zé)犸@示區(qū)(點(diǎn))600余處，發(fā)電潛力約為3000 MW，居全國(guó)之首. 2017年由國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局和國(guó)土資源部三部委聯(lián)合發(fā)布的《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》明確提出“在西藏地區(qū)有序啟動(dòng) 400 MW裝機(jī)容量規(guī)劃或建設(shè)工作”的目標(biāo). 我國(guó)傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源發(fā)電潛力為6700 MW，在全球排第3位，但目前總裝機(jī)容量?jī)H為34.89 MW，排世界第19位，跟資源總量明顯不符，具有很大的開發(fā)空間[24]. 基于此，2021年9月國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局、財(cái)政部和自然資源部等八部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見》，指出：到2025年，在資源條件好的地區(qū)建設(shè)一批地?zé)崮馨l(fā)電示范項(xiàng)目，全國(guó)地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量比2020年翻一番；到2035年，地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量力爭(zhēng)比2025年翻一番.

2.2.2 國(guó)內(nèi)EGS高溫地?zé)豳Y源開發(fā)和發(fā)展過程

我國(guó)EGS高溫地?zé)豳Y源勘探和開發(fā)等工作起步較晚，1993年中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所和日本中央電力研究所在北京房山開展了干熱巖發(fā)電相關(guān)試驗(yàn)工作，開啟了我國(guó)干熱巖研究初步探索階段[25]. 2007年中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)釋I(yè)委員會(huì)與澳大利亞Petratherm公司聯(lián)合開展了“中國(guó)工程型地?zé)嵯到y(tǒng)資源潛力評(píng)價(jià)的研究”國(guó)際交流項(xiàng)目，在我國(guó)西藏、云南、四川、福建、廣東、海南初步進(jìn)行資料收集、分析測(cè)試和模型研究等工作，完成了靶區(qū)選取和潛力評(píng)價(jià)工作[26]. 2012年，針對(duì)干熱型地?zé)豳Y源開發(fā)過程相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)問題，吉林大學(xué)、中科院廣州能源研究所、清華大學(xué)和天津大學(xué)等科研院校聯(lián)合申報(bào)了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究”，創(chuàng)建了大尺寸高溫高壓干熱巖水力壓裂實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)，提出了中國(guó)首部干熱巖靶區(qū)定位行業(yè)規(guī)程，為我國(guó)的干熱型地?zé)豳Y源勘探開發(fā)提供了相關(guān)理論依據(jù)和技術(shù)支撐[27].

2013年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局重點(diǎn)在福建漳州、廣東陽(yáng)江和雷瓊斷陷盆地等地開展了干熱巖資源潛力評(píng)價(jià)與示范靶區(qū)項(xiàng)目. 2014年，青海省水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查院在青海共和盆地恰卜地區(qū)實(shí)施的ZKD23井，2866 m的井底溫度達(dá)181 ℃，為我國(guó)首次發(fā)現(xiàn)的優(yōu)質(zhì)干熱型高溫地?zé)豳Y源；2017年，在地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查和地球物理勘探等工作基礎(chǔ)上，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和青海省國(guó)土資源廳共同組織在青海共和盆地實(shí)施了GR1和GR2井，其中GR1井底溫度達(dá)236 ℃，是我國(guó)迄今為止鉆獲的溫度最高的干熱型地?zé)豳Y源，取得了我國(guó)干熱型地?zé)豳Y源勘查的突破[28]. 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)其他地區(qū)也陸續(xù)開展了高溫干熱型地?zé)豳Y源勘查工作. 2018年，李德威在海南澄邁實(shí)施了瓊北花東1R井，歷時(shí)66 d，于2018年3月在井深4387 m處鉆獲超過185 ℃的干熱巖資源. 瓊北花東1R井是我國(guó)東部第一口成功實(shí)施且具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干熱巖參數(shù)井，對(duì)我國(guó)干熱型高溫地?zé)豳Y源的開發(fā)利用具有里程碑式意義. 2018年6月江蘇地質(zhì)調(diào)查院組織實(shí)施了“江蘇省干熱巖資源調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目”，在蘇北盆地圈定了干熱型高溫地?zé)豳Y源靶位，并于2021年1月在興化市城北成功實(shí)施了“蘇熱1井”，孔深約為4700 m，鉆獲溫度約155 ℃，證實(shí)了蘇北盆地含有豐富干熱巖資源.2022年元旦后，“蘇熱1井”已預(yù)備進(jìn)行熱儲(chǔ)層壓裂實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備打造干熱巖勘查開發(fā)試驗(yàn)示范基地.

3 我國(guó)中深層地?zé)豳Y源開發(fā)展望及建議

3.1 我國(guó)中深層地?zé)豳Y源的開發(fā)過程中，傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)是基礎(chǔ)，EGS相關(guān)技術(shù)突破是關(guān)鍵，在水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)基礎(chǔ)上的EGS將更有成效性

在全球的四大地?zé)釒е校覈?guó)主要位于環(huán)太平洋地?zé)釒c地中海-喜馬拉雅地?zé)釒У慕粎R部位. 在特殊的背景下，產(chǎn)生了與青藏高原陸-陸碰撞背景下隆升過程密切相關(guān)且以熔融體/巖漿囊為主要熱源的高溫地?zé)嵯到y(tǒng)，如青藏高原腹地藏南及其東緣川西等地區(qū)；與巖石圈減薄過程構(gòu)造-巖漿活動(dòng)密切相關(guān)且以區(qū)域地幔熱異常/花崗巖放射性生熱為主要熱源的東南沿海中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)，如福建漳州和廣州佛岡等地區(qū)；與古潛山/伸展斷陷構(gòu)造密切相關(guān)且以地幔熱源/基巖放射性生熱為主要熱源的沉積盆地型層控中低溫地?zé)嵯到y(tǒng)，如華北盆地、江漢盆地和松遼盆地等位于我國(guó)中東部的中/新生代沉積盆地；與近代火山活動(dòng)密切相關(guān)且以巖漿囊/次火山巖為主要熱源的高溫地?zé)嵯到y(tǒng)，如滇西和臺(tái)灣中央山脈兩側(cè)火山活動(dòng)區(qū). 目前，我國(guó)中低溫水熱型地?zé)豳Y源相關(guān)地區(qū)主要應(yīng)用于取暖、醫(yī)療康養(yǎng)和農(nóng)業(yè)種植等方面. 高溫水熱型地?zé)豳Y源主要集中在青藏高原腹地藏南、云南滇西騰沖和青藏高原東緣川西等區(qū)域，是我國(guó)地?zé)岚l(fā)電的主要地區(qū). 要達(dá)到“全國(guó)地?zé)崮馨l(fā)電裝機(jī)容量比2020年翻一番”的目標(biāo)，我國(guó)中深層地?zé)豳Y源的開發(fā)過程中，青藏高原腹地藏南和東緣川西地區(qū)、云南滇西等重點(diǎn)區(qū)域傳統(tǒng)水熱型高溫地?zé)豳Y源的開發(fā)是基礎(chǔ).

雖然近年來(lái)，我國(guó)相繼在共和盆地、海南澄邁和蘇北盆地等地成功開展了一系列EGS高溫地?zé)豳Y源勘查工作，取得了喜人的成績(jī)，但依然在人工壓裂建儲(chǔ)和流體循環(huán)等方面存在諸多關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性問題，導(dǎo)致了EGS高溫地?zé)豳Y源商業(yè)化發(fā)電依然任重道遠(yuǎn). 目前，我國(guó)傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源潛力巨大且開發(fā)程度不高，其進(jìn)一步開發(fā)和利用依然具有優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)中深層地?zé)豳Y源開發(fā)的基礎(chǔ).

2002年，美國(guó)在Raft river對(duì)現(xiàn)有的廢棄地?zé)峋M(jìn)行EGS改造，容量超過10 MW，有效降低了成本并提高了開采能力，成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)發(fā)電. 其成果表明采用EGS相關(guān)技術(shù)在現(xiàn)有的水熱型地?zé)崽镏薪⑷嗽鞜醿?chǔ)，并與天然熱儲(chǔ)相連可以增加其生產(chǎn)能力，可迅速獲得經(jīng)濟(jì)效益[27]. 我國(guó)高溫地?zé)豳Y源具有干熱型地?zé)嵯到y(tǒng)和水熱型地?zé)嵯到y(tǒng)共存的特征，如曾在羊八井施工的ZK4002鉆孔，在1850 m處無(wú)地?zé)崃黧w且溫度高達(dá)329.8 ℃. 因此，在水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)基礎(chǔ)上利用EGS開發(fā)高溫地?zé)豳Y源將更有成效性.

3.2 在評(píng)估地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源潛力基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)其綜合開發(fā)利用

自1951年中國(guó)科學(xué)院西藏工作隊(duì)調(diào)查了那曲附近錯(cuò)馬拉熱泉型雄黃點(diǎn)以來(lái)，西藏地勘局、地科院礦床地質(zhì)研究所和地質(zhì)力學(xué)研究所等單位先后在西藏開展水熱礦床的工作[29]. 鄭綿平等[30]與雒洋冰等[31]在青藏高原鹽湖相關(guān)研究工作中關(guān)注到了地?zé)崴c鹽湖之間的成因聯(lián)系，認(rèn)為青藏高原特種鹽湖中鉀鹽、鎂鹽、鋰、鍶、硼及芒硝礦為主體的礦產(chǎn)富集區(qū)與火山-地?zé)崴到y(tǒng)具有很高的相關(guān)性，地?zé)崴乔嗖馗咴}湖鉀鹽、銫、銣、鋰、硼等礦床的主要物質(zhì)來(lái)源. 鄭綿平等[29]曾重點(diǎn)對(duì)谷露、塔格架和色米等含銫硅華區(qū)開展了地表地質(zhì)調(diào)查和水文地球化學(xué)等研究，發(fā)現(xiàn)了含銫硅華主要為含銫蛋白石（含銫的二氧化硅膠體），認(rèn)為西藏谷露、塔格架和色米等地?zé)崽镏泻C硅華是一種新的工業(yè)銫礦床. 多吉等[32]首次報(bào)導(dǎo)了與熱泉在空間上和成因上有密切聯(lián)系的馬攸木金礦床. 作為西藏首例獨(dú)立巖金礦床，馬攸木金礦周圍地?zé)峄顒?dòng)強(qiáng)烈，古泉華發(fā)育普遍含金（最高含金達(dá)18.72 g·t-1）. 其主要經(jīng)過了熱液期、風(fēng)化期和沉積期等三個(gè)成礦期次，深部地下熱水通過深循環(huán)沿構(gòu)造上升，對(duì)金元素的礦化富集起到了關(guān)鍵性作用[33].

近年來(lái)，在低碳轉(zhuǎn)型過程中，鋰礦資源作為新能源領(lǐng)域重要的電池原材料受到了高度關(guān)注[34].素有“白色石油”之稱的鋰礦，先后被歐盟、美國(guó)和中國(guó)等國(guó)家列為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄中. 目前發(fā)現(xiàn)的鋰礦床最主要的有鹵水型、偉晶巖型和沉積巖型這3種類型，而鹵水型鋰礦床是其中最為重要的類型，占全球鋰資源的78.3%[35]. 據(jù)估算，鹵水型鋰可解決全球3/4的鋰資源需求，而其鋰的來(lái)源（如玻利維亞烏尤尼鹽湖及美國(guó)銀峰鹽湖和西爾斯鹽湖等[36]）與地?zé)崴幕顒?dòng)密切相關(guān). 因此，越來(lái)越多的研究者關(guān)注到了與地?zé)崴嚓P(guān)的鋰資源[37].在西藏科技廳重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《西藏地?zé)崴械匿囅∮薪饘儋Y源調(diào)查及提取技術(shù)研究》等項(xiàng)目的支持下，多吉等[38]系統(tǒng)調(diào)查了西藏富鋰溫泉并開展了相關(guān)地球化學(xué)分析，從東向西劃分了11個(gè)地?zé)嵝弯囐Y源異常帶，隨后開展了地?zé)崴袖囋氐奶崛?shí)驗(yàn). 整體來(lái)講，西藏富鋰溫泉受高溫地?zé)釁^(qū)和活動(dòng)構(gòu)造控制，鋰濃度大于20 mg·L-1，賦存于地下熱水中，水化學(xué)組成簡(jiǎn)單，易于提取.

綜上所述，地?zé)崽镏猩顚拥責(zé)崃黧w中富含鉀、銫、鋰和硼等元素，部分地?zé)崽镏邢嚓P(guān)元素已富集到工業(yè)品位，有些甚至達(dá)到礦床級(jí)別，形成了地?zé)崴嚓P(guān)的新類型的礦床[39]. 加州能源局曾在2021年3月發(fā)布的關(guān)于美國(guó)第二大地?zé)崽铩?—薩爾頓海地?zé)崽锏南嚓P(guān)研究報(bào)告中預(yù)測(cè)，薩爾頓海地?zé)崽镏刑妓徜嚨哪旯?yīng)量將超過60萬(wàn)噸，有巨大的經(jīng)濟(jì)效益[40]. 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，青藏高原西藏高溫地?zé)崽铮ㄈ缈跚鸂N沸泉、拉不朗沸泉和拉旺孜熱泉等）中鋰含量達(dá)到或超過20 mg·L-1的有數(shù)十處，初步估算通過地?zé)崃黧w排出的鋰資源大約有4281 t之多[41]. 因此，進(jìn)一步開發(fā)深部地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源迫在眉睫. 但目前來(lái)講，我國(guó)地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源相關(guān)開發(fā)依然存在著稀有元素分布特征不清、潛力不明、整體開發(fā)利用程度不高等問題. 針對(duì)以上存在問題，應(yīng)加強(qiáng)地?zé)崴邢∮薪饘傩纬梢?guī)律和超常富集機(jī)理研究，并針對(duì)性地研發(fā)相關(guān)勘查和提取技術(shù)，在評(píng)估地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源潛力基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用.

3.3 礦山資源開發(fā)和工程建設(shè)中常遇到高溫“熱害”，“礦-熱共采”及工程建設(shè)中的“熱害資源化”利用等有待于進(jìn)一步發(fā)展和加強(qiáng)

近年來(lái)，隨著礦產(chǎn)資源開采深度的加大和高溫地?zé)釒е苓呄嚓P(guān)工程建設(shè)的開展，高溫?zé)岷Τ蔀榱瞬豢珊鲆暤牡膯栴}. 根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的規(guī)定，生產(chǎn)礦井采掘面工作面溫度不得超過26 ℃，當(dāng)工作面溫度超過30 ℃時(shí)，則必須停止工作；TB 10003—2013《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定施工隧道內(nèi)溫度不宜大于28 ℃；但有時(shí)遇到的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了上述標(biāo)準(zhǔn)的溫度范圍，如：徐州沛縣龍谷鎮(zhèn)三尖河煤礦的700 m開采深度處巖溫為37.7 ℃，980 m深處巖溫高達(dá)46.5 ℃，礦井突水水溫更是達(dá)到了50 ℃.日本安房公路隧道長(zhǎng)4.35 km，線路通過火山帶，坑道涌水溫度最高達(dá)75 ℃. 我國(guó)的拉林鐵路桑珠嶺隧道，最大埋深為1347 m，在開挖1號(hào)橫洞時(shí)出現(xiàn)了高地溫問題，最高溫度達(dá)86.7 ℃，洞內(nèi)巖溫達(dá)74.5 ℃. 目前正在修建的川藏鐵路雅安—林芝段穿越數(shù)條大型地?zé)峄钴S帶，構(gòu)造條件極為復(fù)雜，也面臨高溫?zé)岷σ?guī)避和防護(hù)等方面挑戰(zhàn). 此外，隨著滇藏、新藏鐵路規(guī)劃和建設(shè)，其穿越高溫地?zé)釒r(shí)，高溫?zé)岷⒊蔀樾藿ㄟ^程中面臨的主要地質(zhì)災(zāi)害之一.

在處理此類熱害問題時(shí)，往往以防護(hù)為主，忽視了熱害的資源屬性，如何將熱害資源利用起來(lái)“變害為寶”值得思考和探索. 曾有部分礦區(qū)進(jìn)行了熱害資源化利用的嘗試，如我國(guó)張雙樓煤礦開采過程中在1000 m深度時(shí)遇到了43.7 ℃的巖溫，使用熱泵技術(shù)將熱害資源利用起來(lái)后，工作面溫度降低了7 ℃，同時(shí)每年可節(jié)省燃煤11790 t[42]. 2009年，德國(guó)Castle Freudenstein地?zé)犴?xiàng)目成功投產(chǎn)，該項(xiàng)目利用當(dāng)?shù)氐V井水的地?zé)崮転镃astle Freudenstein供暖和制冷[43].

總體來(lái)講，礦山資源開發(fā)和工程建設(shè)中常遇到高溫“熱害”，但針對(duì)深部礦井“礦-熱共采”和工程建設(shè)中“熱害資源化”的研究相對(duì)不足，造成了地?zé)豳Y源的浪費(fèi). 因此，需要進(jìn)一步開展礦山資源開發(fā)和工程建設(shè)中高溫“熱害”評(píng)估工作，并積極發(fā)展熱害資源化利用技術(shù)，推動(dòng)“礦-熱共采”及工程建設(shè)中的“熱害資源化”利用.

4 結(jié)論

（1）我國(guó)中深層地?zé)豳Y源的開發(fā)過程中，傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源利用是基礎(chǔ)，EGS相關(guān)技術(shù)突破是關(guān)鍵，在水熱型地?zé)豳Y源開發(fā)基礎(chǔ)上的EGS將更有成效性.

（2）我國(guó)部分地區(qū)的地?zé)崃黧w中富集稀有元素，但目前存在地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源分布特征不清、潛力不明等問題，應(yīng)加強(qiáng)地?zé)崴邢∮性匦纬梢?guī)律和超常富集機(jī)理研究，進(jìn)一步開展深部地?zé)崃黧w中伴生礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用.

（3）礦山資源開發(fā)和工程建設(shè)中常遇到高溫“熱害”，需要進(jìn)一步開展礦山資源開發(fā)和工程建設(shè)中高溫“熱害”評(píng)估工作，并積極發(fā)展熱害資源化利用技術(shù)，推動(dòng)“礦-熱共采”及工程建設(shè)中的“熱害資源化”利用.