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期刊信息/Journal information
煤田地质与勘探
中煤科工集团西安研究院
煤田地质与勘探

中煤科工集团西安研究院

王丽

双月刊

1001-1986

ccrimtdzykt@vip.163.com

029-81778075 81778078

710077

陕西省西安市高新区锦业一路82号

煤田地质与勘探/Journal Coal Geology & ExplorationCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中文核心期刊，被美国EI PAGE ONE数据库、美国能源研究院《煤文摘》（COAL ABSTRACT）和国际能源机械《煤文摘》（COAL HIGHLIGHTS）等12种数据库和文摘期刊收录。主要刊载煤田地质、矿井地质、煤层气、水文地质工程地质、环境地质、煤田物探、矿井物探、探矿工程等方面的新发现、学术论文、先进经验和技术革新成果。
正式出版
收录年代

    深部地热能系统主要挑战与耦合储能的增强型创新开发模式

    侯正猛吴旭宁罗佳顺张烈辉...
    1-13页
    查看更多>>摘要：中国在中低温地热能直接利用方面早已领先全球,但在深部地热能发电方面却发展缓慢.深部高温高压环境下岩石渗透性降低,深部地热能开采需要建立工程型地热系统(Engineered Geotherm-al System,EGS),通过水力压裂对储层进行改造,以获得具有较高渗透性的人工地热储层.由于目前常用的深部地热能储层改造技术主要借鉴油气增产领域的水力压裂工艺,在热储改造效果、地震风险控制、高效取热等方面受到限制.首先总结深部地热能水力压裂的特点为:裂缝破坏主要以剪切机理为主;冷水回灌引起的温差效应产生拉应力会促使裂缝向更远处扩展;持续的注水使注入井井筒压力高于地层压力,有助于保持裂缝处于张开状态.因此,EGS水力压裂不需要使用支撑剂,与依靠支撑剂的油气井增产压裂完全不同.同时,系统剖析EGS面临的发电产能低、注采连通差、诱发破坏性地震以及无补贴难盈利 4大难题与挑战.从创新压裂和循环利用层面提出耦合储能的增强型创新开发模式(Regenerative Engineered Geothermal System,REGS),通过数值模拟研究REGS的优点.结果表明,采用水平井非等距、非等面积、非等注水量分段压裂,可以提高注水井与生产井的连通能力.通过优化压裂工艺,采用多段压裂模式,每次压裂初始期间快速提高注水速率,而后期缓慢降低注水速率,避免井筒压力的突然波动,可以达到控制诱发地震震级的目的,避免产生实质性伤害地震.结合可再生能源大规模地下存储,既能实现多能互补,又能提高REGS项目生产寿命和盈利能力.研究成果有助于为我国深部地热能热电联产和储能一体化技术的试点和标准化推广奠定基础.

    工程型地热系统热储改造支撑剂诱发地震耦合储能

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    地热系统钙华和硅华定年方法研究进展及其应用

    李彬李义曼庞忠和黄天明...
    14-25页
    查看更多>>摘要：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,10Be和 26Al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.

    地热系统水热活动钙华硅华定年方法

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    松辽盆地岩石热导率柱及古地温场分布特征

    唐博宁邱楠生朱传庆常健...
    26-35页
    查看更多>>摘要：盆地古温度场与地热、油气资源的形成演化密不可分.为明确松辽盆地关键时期的古地温场特征,以实测的 269块样品热导率和汇编的前人数据为基础建立热导率柱,并以镜质体反射率Rran为约束进行多口单井的埋藏史-热史模拟.结果显示,松辽盆地平均热导率为 1.79 W/(m·K),热导率随深度增加而增大,在上部地层中增大的速率大于下部.热导率随地层年龄增大而增大.松辽盆地北部Rran主要在 0.8%～1.6%,齐家古龙凹陷Rran最大.埋藏史-热史表明,白垩系青山口组地层在明水组末期达到最大古地温,然后至今呈逐渐降低的趋势.古地温场平面分布显示松辽盆地北部青山口组地层在大部分地区的最大古地温达到 120℃以上,显著高于现今地温场.青山口组从沉积后进入盆地热沉降发育阶段,随着古埋深的增加,古地温逐渐增至最大.此时较高的古地温条件能够促进页岩油气的成熟.明水组末期受古太平洋板块运动影响,发生了显著的抬升冷却事件,在冷却过程中温度梯度降低幅度较小的地区形成了地热温度条件有利区.研究成果可为松辽盆地地热、油气资源的形成机理研究提供理论参考.

    松辽盆地古地温场热导率镜质体反射率埋藏史-热史

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    内蒙古中部干热岩地热资源成因机制研究

    熊波许浩唐淑玲王社教...
    36-45页
    查看更多>>摘要：内蒙古中部地区处于板块结合部位,经历了多期构造活动和岩浆活动,浅层水热型地热资源丰富,但对其深部干热岩地热资源仍缺少深入研究.基于区域地质与构造背景、大地电磁探测结果与地热异常显示,系统探讨内蒙古中部地区干热岩地热资源成因机制与地球动力学过程,建立干热岩成因模式.研究表明:内蒙古中部地区深层干热岩型地热资源的热源主要为深部局部熔融体和残余高温岩浆囊,热流通道包括板块缝合带、区域深大断裂带及其交汇部位、次级断裂及塑性流变韧性剪切带等壳内薄弱层;干热岩储层主要为新生代基性侵入岩,即辉绿岩和辉长岩体,被高温岩浆和侵入体加热的花岗岩类也可作为研究区潜在干热岩储层;干热岩区域性盖层为白垩系、新近系和第四系沉积地层.西伯利亚板块与华北克拉通板块之间的大陆碰撞、拼合,形成易于破坏的碰撞带,晚中生代-新生代以来的古太平洋板块对华北板块的西向俯冲作用,导致岩石圈底部熔融,岩石圈伸展、减薄,地幔软流圈热物质上涌,并伴随强烈的新生代断裂与断陷活动,共同导致晚中生代-新生代岩浆、火山活动强烈.内蒙古中部地区存在 3种聚热模式:Ⅰ.新生代辉绿岩、辉长岩储层高温干热岩系统,为研究区优势干热岩储层;Ⅱ.新生代以前花岗岩储层中高温干热岩系统,为潜力干热岩储层;Ⅲ.浅部碎屑岩、花岗岩或变质岩储层水热系统,为浅层水热型优势储层.内蒙古中部地区浅部高温水热型地热系统与深部干热岩地热系统存在同源共生关系,浅层高温异常区的圈定对于深部干热岩的发现具有重要的指示意义.

    内蒙古中部干热岩热源成因机制岩浆活动

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    歧口凹陷区新近系馆陶组热储特征及成因机制

    夏国朝楼达赵艳婷王辉...
    46-55页
    查看更多>>摘要：渤海湾盆地黄骅坳陷歧口凹陷内赋存极为丰富的地热资源,其中新近系馆陶组热储最具开采价值,开展馆陶组热储地温场、孔渗条件、地热水循环规律和成因模式研究对认识馆陶组地热资源属性,合理开发地热资源具有重要意义.通过分析该区钻探、物探、测温、开发数据等资料,确定歧口凹陷内馆陶组热储为沉积盆地传导型地热系统,深部地幔热流和地壳内放射性生热以热传导方式传热,地热异常分布受基岩起伏的控制,在沧东断裂、滨海断裂附近出现高温地热异常,地温梯度可达 5.0℃/hm以上.馆陶组热储的孔渗条件南北两侧较高、中部较低,热储孔隙率整体在 26%以上,渗透率在 390×10-3 μm2 以上,单井涌水量平均 60 m3/h,是优质热储.地热水主要来源于古大气降水,由北部燕山补给,沿地层深循环,吸取岩石热量后形成地热水.歧口凹陷区馆陶组热储地热资源量为 41.81×1018 J,尤以天津滨海新区和河北黄骅市分布最广,占总资源量的 95%,资源与需求匹配度高,具有良好的开发利用前景.

    歧口凹陷孔隙型热储馆陶组热储特征成因模式渤海湾盆地

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    云南落漏河流域温泉水化学特征及成因模式

    罗欢刘振南马一奇张云辉...
    56-69页
    查看更多>>摘要：温泉的水化学特征和成因机制研究对中低温地热资源的开发利用具有重要意义.云南落漏河流域温泉分布受隐伏断裂带控制,沿落漏河分布于河谷两岸,出露于第四系松散堆积物和二叠系玄武岩地层,温度介于 34.5～50.0℃,属于中低温热水,pH为 7.62～9.73,溶解性固体总量介于262～702 mg/L.通过采集落漏河流域内温泉热水和周边浅表冷泉水样,开展水化学成分和氢氧同位素测试,基于水文地球化学方法探讨温泉及地下水的水文循环过程、水化学演化及其成因模式.结果表明,受HCO3-Ca型浅层地下冷水混合的影响,温泉水化学类型为HCO3-Na型,温泉热水和地下冷水化学组成受硅酸盐和碳酸盐矿物溶滤控制.氢氧同位素分析指示温泉热水和地下冷水主要接受大气降水补给,补给高程为 2 007～2 307 m,补给区域为河谷西北部马耳山、北部锅盖山和中部左家山等山脉.通过二氧化硅地热温标、硅-焓混合模型和多矿物平衡模拟估算的温泉热储温度为68.4～150.0℃,冷水混合比例为 77.9%～90.5%.落漏河流域温泉成因模式大致为:大气降水沿裂隙或岩溶通道下渗,历经深部地下循环被大地热流加热,循环深度为 2 872～3 724 m,而后在高温和冷、热水密度差的驱动下沿白莲村隐伏断裂带上涌,在第四系地层以中低温温泉形式出露.研究成果可为落漏河流域温泉开发利用以及探索同类型中低温地热资源开发潜力提供依据.

    落漏河流域温泉水化学特征热储温度多矿物平衡模拟成因模式

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    湖南省热水圩地热田干热岩形成的热源机制与成因模式

    杜江蔡宁波张保建王克营...
    70-82页
    查看更多>>摘要：湖南省热水圩地热田 90℃以上的高温温泉指示该地热田具备良好的地热地质条件,是潜在的干热岩勘查有利地段.为合理评价热水圩干热岩的储层温度与勘查开发前景,对汝城地区热水圩地热田的深部地质构造、地球化学和重磁电震地球物理特征、地温场特征等进行综合分析,自深至浅揭示热水圩地热田深部热结构,探讨干热岩形成的热源机制与地球动力学过程.结果表明:(1)利用SiO2 地热温标估算的热水圩地热田深部热储温度为 79.4～143.9℃;(2)热水圩附近中棚岩体、鱼王岩体等花岗岩体平均生热率为 7.07～8.44 μW/m3,明显大于中国大陆主要地质构造单元的地壳平均生热率;(3)重磁特征反映出热水圩地区岩石圈厚度相对较薄,大地电磁与地震波速解释的区域内壳内高导低速体与深大断裂带相吻合,指示这些深大断裂有可能构成深部热物质上侵的通道.在此基础上,总结归纳了湖南省热水圩地热田干热岩的成因模式:太平洋板块俯冲与回撤,导致板块前缘形成强烈的热扰动,造成软流圈的隆起和幔源热物质的上侵,形成相对较高的幔源热源;生热率较高的花岗岩体与铀矿体放射性产热形成了良好的地壳热源;深大断裂构成深部热物质上侵的通道,同时为浅部干热岩的形成提供重要热源.有利的热源条件及沿深大断裂的深部热物质上侵,使湖南省东南部形成以热水圩周边岩体为代表的干热岩有利靶区.根据综合确定的地温梯度推算,热水圩地热田呈隐伏状态的、致密的、裂隙不发育的埋深在 4 000～6 000 m的花岗岩体温度可达 176.8～256.6℃,是良好的、近期可勘查开发的干热岩体.

    干热岩地球化学重磁电震联合热源机制成因模式湖南热水圩

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    影响岩溶热储采出温度的开采参数敏感性研究——以河南清丰地区为例

    韩昀李克文何继富汪新伟...
    83-92页
    查看更多>>摘要：采出温度是影响地热能有效利用率的关键指标,采出温度越高,热储开发效果越好.岩溶热储作为一种重要的地热储层类型,其采出温度受到储层参数的影响.以河南清丰地热田奥陶系岩溶热储为例,通过建立热储地质模型并利用 7口地热井资料,进行基于热流和井储耦合的数值模拟研究,探讨储层地质条件和回灌参数对采出温度的影响.研究结果发现,断层的存在加速了热储中低温区向生产井的扩散,导致热突破时间的提前.在开采后期,有断层情况下采出温度较高,且变化曲线斜率远高于无断层情况,表明断层有助于提高清丰地区热平衡时的采出温度,最终有利于增加采热量.目前,一般认为,注采井距越小采出温度越低.但是,当回灌速率高于 50 kg/s时,随着开采时间的增加,采出温度呈现快速下降趋势,注采井距 835 m下的采出温度甚至高于 1 000 m的情况.最后,确定清丰地区特定场景下的最优回灌参数组合为:回灌温度 20℃、回灌速率 50 kg/s、注采井距835 m.本研究结果将为清丰地区或其他类似岩溶热储开发方案的制定提供有益指导.

    岩溶热储回灌参数采出温度耦合断层数值模拟

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    渤海湾盆地干热岩开发利用前景评估——基于开采优化数值模拟的认识

    江晓雪朱传庆丁蕊谢芳...
    93-103页
    查看更多>>摘要：渤海湾盆地的大地热流高,5 000 m埋深地层平均温度为 175℃,热储岩性以低孔低渗的变质岩、火成岩为主,具备形成干热岩资源的条件.基于大地热流、岩石热导率、生热率等热参数,利用COMSOL软件建立三维水热耦合的干热岩开采模型、分析不同井间距、注采速率、布井方式等差异开采方案下在 100 a内对热储层温度的影响随开发时间的变化,选取最优方案并估算干热岩资源.结果表明:注采速率一定时,随着开采时间的增加,开采井水温度下降速率与井间距成反比;当注采井间距一定时,注采速率越大,开采井水温度下降越快,发生"热突破"的时间越早;其他条件相同的情况下,"两采两注"布井方案比"一采一注"布井方案获得的热量更多,开采效率更高.基于上述认识,确定研究区最优开采方案为:年限50 a、井间距400 m、注采量90 m3/h、"两采两注"方式.此方案下,可获得开采井水平均温度为 172℃,对应全渤海湾盆地可采资源量为 3.28×1019 J/a.以河北任丘市为例,按照民用住宅热负荷指标 100 W/m2 计算,利用最优方案进行干热岩的开采,仅需157.75 km2 干热岩有利区即可满足全市居民供暖需求.因此,开发利用研究区干热岩资源,可增强华北地区能源供应保障能力,打造可持续发展的绿色低碳能源体系.

    干热岩数值模拟有利区圈定开发方案优化地热资源估算渤海湾盆地

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    中深层地热井换热特性多因素影响规律研究

    韩永亮王凯鹏王义杰苟立...
    104-116页
    查看更多>>摘要：积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和"双碳"目标的重要举措.中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用.基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学描述,建立地热井分层换热模型,并验证其可靠性;以陕西关中盆地某中深层地热井为依托,采用数值模拟方法对各项因素影响下的地热井换热性能及连续运行过程的取热能力进行系统分析.结果表明:采用均质模型、分层模型计算地热井出水温度与实测值最大相对误差分别为 14.08%、11.50%,平均误差分别为 7.29%、6.93%,分层模型较均质模型具有较高的计算精度;影响因素中地热井深度、地温梯度及地层导热系数对取热功率影响最为显著,在一定程度上取热功率与地温梯度、进水温度、内管导热系数基本呈线性关系,且固井材料导热系数对传热过程具有热阻效应;中深层地热井取热量随运行年限的增加而降低,前 5个供暖季取热量降幅较大,之后取热量降幅减缓,经过 50个供暖季,年平均取热功率下降15.59%,将地温下降值超过 1℃视为地温场受到影响,地温场平均受影响半径约为 65 m,此外,由于地层的差异性,地热井周围地层温度下降及恢复等值线在地层交界面处出现了"阶梯式"变化,岩石导热系数较大的地层在地层交界面附近造成的温度扰动距离更远.研究成果可应用于中深层地热井取热换热能力的评估,同时为中深层同轴套管式换热系统的设计提供借鉴.

    地热能开发套管式换热器分层换热模型换热性能影响因素分析影响半径

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