剛剛過(guò)去的供暖季，陜西西咸新區(qū)灃西新城度過(guò)了一個(gè)不燒煤的溫暖冬天。那是因?yàn)槲覈?guó)首個(gè)干熱巖供熱PPP項(xiàng)目在該新城啟用，這項(xiàng)技術(shù)屬于新型綠色供熱技術(shù)。采用干熱巖供熱技術(shù)，能同時(shí)制熱、制冷。更重要的是，供暖過(guò)程不產(chǎn)生污染，空氣環(huán)境也有了保障。

中國(guó)屬于地?zé)豳Y源豐富的國(guó)家，開(kāi)發(fā)潛力巨大。早在1970年，當(dāng)時(shí)的地質(zhì)部部長(zhǎng)李四光就曾高瞻遠(yuǎn)矚地提出“地下是一個(gè)大熱庫(kù)，是人類(lèi)開(kāi)辟自然能源的一個(gè)新來(lái)源，就像人類(lèi)發(fā)現(xiàn)煤炭、石油可以燃燒一樣”。而如今，地?zé)崮茏鳛榍鍧嵞茉粗械囊恢В驳玫搅?ldquo;十三五”規(guī)劃的重視。

中國(guó)屬于地?zé)豳Y源豐富的國(guó)家，開(kāi)發(fā)潛力巨大。圖片來(lái)源：百度圖片

有能量的干熱巖

所有的地?zé)豳Y源當(dāng)中，最具潛力的恐怕要屬干熱巖型地?zé)帷？梢哉f(shuō)，站在地球的每一個(gè)角落，腳下幾千米深處的巖石，都是熱源。與傳統(tǒng)化石能源相比，干熱巖地?zé)崮苁且环N清潔可再生能源;與其他清潔能源相比，干熱巖能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、可靠且安全的能源供應(yīng)。但也有專(zhuān)家認(rèn)為，由于技術(shù)、設(shè)備等原因，我國(guó)對(duì)干熱巖的開(kāi)發(fā)利用仍尚待時(shí)日。

干熱巖也稱(chēng)增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)，或稱(chēng)工程型地?zé)嵯到y(tǒng)，是一般溫度大于200攝氏度，埋深數(shù)千米，內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體。在中科院院士汪集旸主筆的《中國(guó)大陸干熱巖地?zé)豳Y源潛力評(píng)估》一文中，干熱巖的定義如上。

干熱巖的能量來(lái)自于地球內(nèi)部的熱能，理論上隨著地球向深部的地?zé)嵩鰷兀魏蔚貐^(qū)達(dá)到一定深度都可以開(kāi)發(fā)干熱巖，因此干熱巖的資源潛力非常巨大。但是，由于技術(shù)和手段等限制，我們現(xiàn)在開(kāi)發(fā)利用的干熱巖專(zhuān)指埋深較淺、溫度較高、有開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的熱巖體。

在第五屆中深層地?zé)豳Y源高效開(kāi)發(fā)與利用會(huì)議上，記者了解到，干熱巖絕大部分為中生代以來(lái)的中酸性侵入巖，可以是中新生代的變質(zhì)巖，甚至是厚度巨大的塊狀沉積巖。干熱巖較常見(jiàn)的巖石有黑云母片麻巖、花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖以及花崗巖小丘等。

“花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖密度大、熱傳導(dǎo)率高，花崗巖本身含有較高濃度的放射性元素，放射性元素不斷衰變并釋放能量，從而增加熱量供應(yīng)，因此能夠成為干熱巖并提供大量能源。”北京市地質(zhì)工程勘察院的工作人員王卓卓在提交的報(bào)告中寫(xiě)道。

開(kāi)發(fā)干熱巖資源的勘探主要是通過(guò)物探與化探等手段，找到干熱巖體。物探方法有二維、三維地震，大地電磁測(cè)深，可控源大地電磁測(cè)深及重力及磁力等。

干熱巖開(kāi)發(fā)主要是通過(guò)打井。據(jù)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所研究員冉恒謙介紹，一般的做法是從地表往干熱巖中打一眼井(注入井)，封閉井孔后向井中高壓注入溫度較低的水。在巖體致密無(wú)裂隙的情況下，高壓水會(huì)使巖體垂直最小地應(yīng)力的方向產(chǎn)生許多裂縫。若巖體中本來(lái)就有少量天然開(kāi)裂，這些高壓水使之?dāng)U充成更大的裂縫。隨著低溫水的不斷注入，裂縫不斷增加、擴(kuò)大，并相互連通，最終形成一個(gè)呈面狀的人工干熱巖熱儲(chǔ)構(gòu)造。在距注入井合理的位置處鉆幾口井并貫通人工熱儲(chǔ)構(gòu)造，這些井用來(lái)回收高溫水、汽，稱(chēng)之為生產(chǎn)井。

高溫蒸汽和水用于地?zé)岚l(fā)電和綜合利用。利用之后的溫水又通過(guò)注入井回灌到干熱巖中，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的。注水井和生產(chǎn)井?dāng)?shù)量根據(jù)不同的情況而異，井的配置方式有兩井模式、三井模式、五井模式等。據(jù)了解，根據(jù)各國(guó)試驗(yàn)站經(jīng)驗(yàn)，一般采用一口注入井、兩口生產(chǎn)井的三井模式。

規(guī)模利用尚待時(shí)日

作為一種新型的地?zé)崮茉矗蔁釒r是地?zé)嶂虚_(kāi)發(fā)相對(duì)較晚，開(kāi)發(fā)難度相對(duì)較大，所需技術(shù)相對(duì)較高的一種地?zé)崮茉矗渑c淺層地溫能和常規(guī)地?zé)崮艿奶攸c(diǎn)各不相同。

淺層地溫能埋藏深度一般較淺，在0~200米之間，屬于低溫地?zé)豳Y源，溫度低于90℃，可直接利用;常規(guī)地?zé)崮苈癫卦?00~3000米深度，屬于中溫地?zé)豳Y源，溫度在90℃~150℃，可直接利用或發(fā)電;干熱巖埋藏在3000~10000米深度，屬于高溫地?zé)豳Y源，溫度往往高于150℃，一般用于發(fā)電，也可直接利用。

王卓卓告訴記者，干熱巖目前仍須探索的主要內(nèi)容包括一項(xiàng)研究、兩項(xiàng)技術(shù)。所謂一項(xiàng)研究，是指干熱巖資源分布及潛力評(píng)估;兩項(xiàng)技術(shù)是指綜合地球物理勘查技術(shù)研究及干熱巖鉆探關(guān)鍵技術(shù)研究。

技術(shù)難點(diǎn)突出，包括兩項(xiàng)吻合程度和四項(xiàng)鉆探技術(shù)。兩項(xiàng)吻合程度是指地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)模型條件的確定與實(shí)際情況吻合程度以及物探勘查模型條件的確定與實(shí)際情況吻合程度;四項(xiàng)鉆探技術(shù)是指高溫下測(cè)斜儀器的穩(wěn)定性、靈敏性，鉆具系統(tǒng)(液動(dòng)沖擊器、鉆頭)的工作壽命，高溫下鉆井液的穩(wěn)定性，大規(guī)模設(shè)備集成配套及鉆探安全保證。

目前，我國(guó)在鉆井、壓裂、微地震監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬等方面的技術(shù)雖然有了較大提升，但在建立干熱巖開(kāi)發(fā)利用技術(shù)體系方面還面臨很多瓶頸。太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院教授趙陽(yáng)升解釋說(shuō)，高溫科學(xué)鉆探技術(shù)、大面積人工熱儲(chǔ)壓裂技術(shù)、人工熱儲(chǔ)裂隙跟蹤技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究還需要進(jìn)一步加大力度。

與國(guó)外上世紀(jì)70年代開(kāi)始開(kāi)展干熱巖勘查與開(kāi)發(fā)利用相比，我國(guó)對(duì)干熱巖的開(kāi)發(fā)利用相對(duì)較晚，因此實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開(kāi)發(fā)需要更多的投入，才能達(dá)到或趕超國(guó)際先進(jìn)水平。

干熱巖開(kāi)發(fā)從未止步

雖然有很多技術(shù)難點(diǎn)待突破，我國(guó)的干熱巖開(kāi)發(fā)從未止步。

2014年，青海地勘人員在共和盆地成功鉆獲溫度高達(dá)181℃的干熱巖，這是我國(guó)首次發(fā)現(xiàn)大規(guī)模可利用干熱巖資源。在深度3080米的井下，地勘人員鉆獲的干熱巖資源具有埋藏淺、溫度高、分布范圍廣的特點(diǎn)，填補(bǔ)了我國(guó)一直沒(méi)有勘查發(fā)現(xiàn)干熱巖資源的空白。

2015年5月，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所在福建省漳州龍海市東泗鄉(xiāng)清泉林場(chǎng)實(shí)施干熱巖科學(xué)鉆探深井。鉆探深度將達(dá)4000米，設(shè)計(jì)溫度170℃，通過(guò)實(shí)施科學(xué)鉆探，將進(jìn)一步研究深部干熱巖賦存特征和成因機(jī)制，評(píng)價(jià)干熱巖資源潛力。

2015年6月，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水環(huán)中心與黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局合作在五大連池新生代火山區(qū)尾山火山錐西側(cè)實(shí)施干熱巖勘探孔，基本查明五大連池尾山地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)結(jié)構(gòu)，隨鉆測(cè)溫，定深采集巖心和相關(guān)樣品，完鉆后全孔段測(cè)井，評(píng)價(jià)干熱巖資源。

最新的報(bào)告成果是廣東陽(yáng)江地區(qū)4~10 公里干熱巖的溫度范圍約在170℃~220℃之間。中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心工作人員閆琳琳介紹說(shuō)，這個(gè)成果來(lái)之不易。與該地區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，綜合推斷該剖面中部存在一個(gè)高阻穩(wěn)定地塊，其深度大致在3~20千米范圍內(nèi)。

“我們當(dāng)初的工作目標(biāo)是淺部水熱型地?zé)豳Y源，該研究結(jié)果是我們?cè)跍\部已有成果的基礎(chǔ)上所做的進(jìn)一步研究。而是否在該區(qū)開(kāi)發(fā)干熱巖有諸多因素需要考慮。”閆琳琳說(shuō)。