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把脉高原“温度”

2017-09-05 10:42:09    来源: 中国国土资源报    作者:王瑜 罗生福

【阅读提示】8月26日~27日,青海省共和—贵德地区干热岩勘查和开发利用研讨会在西宁召开,院士专家对共和盆地干热岩勘查成果进行了评审。专家评审认为,该项目首次在共和盆地钻获高温优质干热岩体,实现了我国干热岩勘查重大突破。就在不久前,记者来到青海省水文地质工程地质环境地质调查院位于共和县恰卜恰镇的干热岩勘查项目部,了解了该院地热资源勘查的“前世今生”。

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GR1干热岩勘探井    

干热岩勘查获系列重大突破,高原小镇再次刷新纪录

8月25日,青海省共和县恰卜恰镇上塔迈村北台草场人头攒动,这里有青海省水文地质工程地质环境地质调查院实施的干热岩GR1号孔钻机。由青海省国土资源厅和中国地质调查局水环部组织的专家组正在这里查看岩芯、实地考察,并听取项目汇报。经质询讨论,专家组认为,该项目首次在共和盆地钻获高温优质干热岩体,实现了我国干热岩勘查重大突破。又一项新的纪录,在这个高原小镇被刷新。

据了解,该项目在深入研究已有地质资料基础上,采用红外遥感、地球物理、地球化学等多种勘查技术手段,经详细论证确定了干热岩勘探井位。青海省水文地质工程地质环境地质调查院施工的4眼干热岩勘探井,井深3000~3705米,孔底温度达180~236摄氏度,钻获的干热岩具有埋藏浅、温度高、规模大的特点。而刷新本次纪录的GR1井,在地下3705米处探获温度达236摄氏度的干热岩。这是自2014年该院在共和盆地钻获153摄氏度干热岩之后,我国首次发现的温度达到200摄氏度以上的大规模可利用干热岩资源。

专家组认为,共和盆地干热岩体规模巨大,资源丰富。项目基本查明了重点勘查区共和县恰卜恰干热岩体的空间分布、地质结构和热源机制,提出了以共和盆地为代表的青藏高原东北缘干热岩形成的地质成因模式。青海省水文地质工程地质环境地质调查院相关项目负责人介绍,由该院实施的4眼干热岩勘探井控制的恰卜恰干热岩体东西长21.2千米、南北宽14.3千米,面积约303平方千米,评价结果表明,干热岩体资源总量为1640艾焦,折合标准煤560亿吨。

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专家组查看岩芯库    

而利用1∶5万高精度航磁测量数据,结合地热地质、地球化学与放射性γ能谱调查、综合地球物理勘查、钻探,项目在共和盆地圈定18处干热岩远景区,总面积达3092平方千米。采用体积法、比拟法等国际通用方法,预测共和盆地干热岩资源总量为1.85万艾焦,折合标准煤6300亿吨。

同时,项目在干热岩勘查技术方法方面实现了重要创新。在高温、高硬度、高研磨性钻进及成井工艺等方面,初步形成了干热岩钻探的技术体系;初步建立了综合运用天然地震背景噪声成像技术、大地电磁测深技术和高精度航磁测量技术等地球物理勘查技术体系;研发了具有自主知识产权的干热岩深孔分布式光纤测温仪器,首次实现了干热岩深孔测温技术的突破;建立了不同尺度干热岩勘查开发选区评价指标体系及资源评价方法。

这一系列干热岩勘查重大突破,是青海省水文地质工程地质环境地质调查院,以及中国地质调查局水环地调中心、水环所,青海省环勘局等近20家项目承担单位的230多名地质技术人员,历时5年所创造和成就的。毫无疑问,这次干热岩勘查评价成果对我国干热岩勘查开发利用工作具有重要示范引领作用,对青海能源结构的调整具有重要战略意义,对藏区未来的经济社会发展和生态文明建设具重要意义。

摸清地热资源家底,巍巍高原蕴藏丰富绿色能源

青藏高原在隆升过程中形成了一系列地热资源,从干热岩地热资源区域分布看,青藏高原南部占我国大陆地区干热岩总资源量的20.5%,资源量巨大且温度较高。

我国从什么时候开始干热岩勘查的?青海的地热资源勘查是如何进行的?在恰卜恰镇中深层地热能勘查项目部,青海省水文地质工程地质环境地质调查院项目负责人为记者进行了详细介绍。

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中低温地热能发电试验电站    

为摸清我国地热资源家底,“十二五”期间,国土资源部、中国地质调查局安排开展了全国地热资源调查评价工作,同时启动了我国干热岩资源的研究寻找工作。2012年6月,中国地质调查局安排中国地质科学院水文地质环境地质研究所实施了“青海省地热资源凋查评价与区划”项目,对青海省地热及干热岩资源进行研究。调查表明,青海贵德—共和一带地下热水露头点多,且温度较高。

其中,青海省水工环调查院主要承担共和地区的地热资源调查任务。通过DR1~DR4这4口井的施工验证,技术人员发现该区地热梯度明显异常,地热地质条件优越,地热流体性状良好。其中,DR2井于1440米处揭露到花岗岩,通过加深探测,发现盆地地热梯度明显异常;DR4井井口水温可达91摄氏度,单井日涌水量达2080立方米,具有一定的发电潜力,且可以梯级利用。2012年底,针对项目组在共和盆地发现地热异常,在中国工程院院士多吉、中国地质大学(武汉)校长王焰新等专家及中国地调局水环部指导下,经多次论证,决定在共和盆地开展干热岩勘查研究工作。2013~2017年,青海省国土资源厅分两次安排了4个勘探孔和“青海省东北部地区地热资源勘查开发利用与找矿靶区优选”科研项目;青海省科技厅于2014~2015年安排了“地热资源勘查与综合利用技术研究与应用示范”项目;中国地质调查局水环中心安排了“青藏高原北缘重点地区1:5万水文地质调查”等项目,对共和盆地干热岩开展了综合分析研究。

在项目实施过程中,中国地质调查局、科技部、青海省国土资源厅组织院士、专家多次开展了专题研讨、现场论证及指导等,并对项目工作细节及时调整,使干热岩勘查研究工作取得进展。2014年10月,中国科学院地质与地球物理研究所对DR3、DR4孔地热温度做了测试,显示2880米时花岗岩体温度达181摄氏度。2016年10月,GR2井孔在3085米终孔时,初步测定花岗岩体温度达178摄氏度;2016年11月,GR1井孔在3705米终孔时,初步测定花岗岩体温度达236摄氏度。通过两孔施工,判定勘查区底部花岗岩分布稳定,深度大、面积广。

这些项目的实施,为共和地区干热岩资源勘查提供了翔实的依据,也为该地区干热岩勘查取得的一系列成果和突破奠定了坚实的基础。

建成省内首个中低温地热发电试验电站,树立地热资源综合开发应用示范

事实上,除了地热资源的勘查,青海省水文地质工程地质环境地质调查院还对开发利用共和盆地地热资源进行了成功的尝试。

2013年3月,在基本查明共和盆地地热资源赋存情况的基础上,该院将“青海省地热资源与综合利用技术研究应用示范项目”向青海省科技厅申请立项并获成功,成为青海省2013年第一批基本科技(企业技术创新资金)项目,总经费1300万元,科技资助经费100万元。同年8月,该院与中国地质大学(武汉)联合成立了共和县地下热水开发利用示范科研基地,开展地热资源勘查与综合利用技术研究与应用示范项目,并利用DR4井在城北新区建成青海省首个中低温地热能发电试验电站。

不久前,记者来到这个中低温地热发电试验电站。站在这个面积不大却意义重大的院子里,项目负责人向记者介绍:“试验电站装机功率160千瓦、额定净发电功率99.4千瓦。经过两个月的发电试验,这所电站年净发电量约为87万千瓦时;给共和县供热站输送热能,保证了1.5万平方米楼房3个冬季的供暖。其示范效应,必将成为共和县地热资源开发利用发展史上的一个里程碑。”

该负责人还介绍,试验电站所使用的ORC型膨胀机基于有机介质,在一个封闭循环内部实现朗肯循环,从高温热源吸热,向低温热源放热,输出轴功率。该型号膨胀机需要利用循环系统才能起作用,不能单独使用,虽然机组结构复杂,但所需条件低,更适合中、低热焓值地热流体发电。

目前,项目组查明恰卜恰中南部地区39平方千米范围内中温热水日可开采量约1.18万立方米,地热资源勘查达到可行性勘查阶段。下一步,他们将结合共和县地热规划,在共和县北部地区和恰卜恰东部阿乙亥地区进一步查明地热资源量。

在干热岩方面,共和盆地干热岩资源存在激活天然裂隙的优势,未来共和盆地干热岩开发利用前景可观。这次研讨会上,专家们建议国家加强共和盆地干热岩勘查及开发利用研究;并采用多方合作机制,尽快推进共和盆地干热岩勘查开发国家示范基地建设,促进共和盆地干热岩资源勘查及开发进程。

更令人欣喜的是,根据航磁资料及近3年干热岩勘查情况,技术人员推测共和盆地下部普遍存在干热岩。航磁资料显示的干热岩异常区,还有恰卜恰西部达连海湖一带和南部哆滩哇尔玛一带,项目组将进一步扩大干热岩资源勘查面积,为以后规模化开发利用干热岩资源提供依据。

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