干熱巖是來自地球深部的高溫巖石，也是地球母親饋贈給人類的一份禮物，本文對干熱巖進行了詳細地科普。
關(guān)鍵詞 |地調(diào)局 北京探礦所 干熱巖 科普
共2011字 | 建議閱讀時間7分鐘
作者 | 中國地調(diào)局北京探礦所 吳爍、翁煒、賀云超
01
什么是干熱巖
干熱巖是來自地球深部的高溫巖石，也是地球母親饋贈給人類的一份禮物。理論上說，人類越向地球母親的“心臟”靠近，就越能感受到熾熱的“母愛”，任何地區(qū)達到一定深度都有干熱巖的存在，因此科學家說干熱巖是無處不在的資源。但就現(xiàn)階段來看，受開采技術(shù)和手段等限制，干熱巖一般是指溫度高于180℃，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。
02
高溫巖體形成的奧秘
干熱巖巖體這個180℃以上的溫度，大約就是鋪路時瀝青融化狀態(tài)的溫度，這么高的溫度是從何而來的呢？有4個來源。
（1）高放射性形成大地熱流
地球深部存在著許多放射性元素，它們不斷進行著熱核反應(yīng)，具有極高的溫度，這些高溫熱量透過厚厚的地層，時時刻刻向外釋放，形成了大地熱流，對干熱巖進行加熱。法國Soultz地區(qū)、澳大利亞Cooper盆地和我國東南沿海地區(qū)附近的地表及地殼淺部發(fā)育了許多大型的中生代酸性高放射性花崗巖類巖體，在這些地區(qū)找到的干熱巖基本均依靠輻射形成的大地熱流生熱。
（2）沉積盆地隔熱
沉積盆地的基巖覆蓋層較大、表層地溫梯度較大，當深部熱源向上傳導到覆蓋層時，由于沉積覆蓋層熱導率小，阻止了熱量的散失，就像給干熱巖蓋了一層厚被子，把干熱巖和淺層低溫地層隔絕開。此類干熱巖資源分布于歐洲上萊茵地塹、我國松遼盆地和汾渭地塹等地，雖然地表熱流值并不高，但由于熱量聚集在在淺部，其底部基巖溫度可以達到150℃以上。
（3）火山活動
地球深處每時每刻都有大量的高溫巖漿形成。這些溫度高達1200℃的巖漿在巖石擠壓下會沿裂隙向淺部運移生熱，甚至導致火山噴發(fā)。此類干熱巖通常在較淺的地方就已經(jīng)有了較高的溫度，其熱源特征與底部巖漿活動歷史和巖漿活動特征密切相關(guān)，國際上很多知名的干熱巖資源區(qū)，如日本、冰島，我國的騰沖、長白山、五大連池等火山活動地區(qū)均屬于這種類型。
（4）構(gòu)造活動
板塊交界等位置處經(jīng)常發(fā)生劇烈的構(gòu)造運動。在構(gòu)造運動的作用下，板塊逐漸抬升，板塊下部受到巖漿底侵，侵入的高溫熱源對干熱巖進行加熱。此類干熱巖分布廣泛，較為著名的有環(huán)太平洋地震帶和喜馬拉雅-印度洋板塊，特別是受歐亞和印度洋板塊擠壓的青藏高原，在侵入體和熔融體等高溫巖漿熱源的共同作用下，其地下蘊藏著大量優(yōu)質(zhì)高溫干熱巖資源。
03
干熱巖高效開采方法
現(xiàn)階段人類開發(fā)干熱巖資源的方式主要為建造增強型地熱系統(tǒng)(即EGS系統(tǒng))進行發(fā)電。EGS系統(tǒng)的建立需要經(jīng)過以下三個步驟：
（1）首先從地表向地下打一口數(shù)千米深的注入井，完井后將位于地面的井口封閉，向井中注水，憋出較高壓力。若巖體致密無裂隙，高壓水會使巖體產(chǎn)生許多裂縫，若巖體中有少量天然節(jié)理，高壓水會使之擴展成更大的裂縫；隨著低溫水的不斷注入，裂縫不斷增加、擴大，并相互連通，最終形成像蜘蛛網(wǎng)一般的熱儲構(gòu)造。
（2）在距注入井適當位置處再鉆幾口生產(chǎn)井，連接到人工熱儲構(gòu)造的縫網(wǎng)中，然后通過注入井持續(xù)向建立的熱儲構(gòu)造中注入大量的水。這些注入的低溫水會沿著蛛網(wǎng)般的裂隙運動并與周圍的高溫巖石發(fā)生熱交換，像鍋爐加熱暖氣水一般形成高溫高壓水或水汽混合物，最終從生產(chǎn)井中被抽取至地面。
（3）到達地面的高溫流體推動氣輪機旋轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動發(fā)電；發(fā)電后的流體溫度降低后，再通過注入井回灌到熱儲構(gòu)造中，周而復始，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。 建成后的EGS系統(tǒng)工作過程如下圖所示。干熱巖發(fā)電原理與火電廠燃煤或燃氣發(fā)電類似，都是用鍋爐對流體進行加熱，通過流體汽化后產(chǎn)生的蒸汽推動發(fā)電機進行發(fā)電，都是在一個封閉的系統(tǒng)內(nèi)進行；兩者間的區(qū)別是干熱巖本身就是一個高溫鍋爐，只不過需要人類利用深井建立取熱循環(huán)通道。
04
為什么干熱巖是能源行業(yè)的未來
從1970年美國人莫頓和史密斯首次提出利用地下干熱巖體發(fā)電的設(shè)想至今，人類對干熱巖的研究和利用已經(jīng)有50多年的歷史。與其他能源相比，干熱巖在以下方面很有優(yōu)勢：
（1）資源蘊藏量巨大、分布極為廣泛。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國大陸的干熱巖資源廣泛分布在東北、華北、西北以及東南沿海地區(qū)，距地表3~10千米深度蘊含的資源量相當于860萬億噸標準煤燃燒所具有的能量，按2%的可開采資源量計算，相當于我國2016年能源消耗總量的3927倍。
（2）開發(fā)利用對環(huán)境影響小，排放幾乎為零。燃燒煤、石油、天然氣等化石能源會產(chǎn)生CO2等廢氣，嚴重影響氣候、危及人體健康，而開采干熱巖資源時僅需要循環(huán)水，全過程僅為水與蒸汽間的轉(zhuǎn)換，無廢氣和其他流體或固體廢棄物。
（3）開發(fā)方式安全，不會造成大范圍污染破壞。干熱巖主要采用注水循環(huán)發(fā)電方式開采，與鍋爐加熱蒸汽發(fā)電方式類似，不會引發(fā)核電站泄露、油氣井爆炸、煤礦瓦斯爆炸、水電站決堤等災難性事故或傷害性污染。
（4）熱能連續(xù)性好。在可再生能源中，與風能、太陽能、水能相比，只有干熱巖可以提供不間斷的電力供應(yīng)，不受季節(jié)、氣候、晝夜等自然條件的影響。
