冀东山区浅部地温场分布特征及控制因素

本文通过对冀东山区的19个地热井、98个机民井进行连续地温数据测量,结合区域地质、水文资料,总结了区内地温场分布特征,分析了其控制因素。研究表明,冀东山区恒温带深度为20 m,温度为12.5℃;浅部主要地层及岩性平均地温梯度值较低,仅为1.12℃/100 m;地温场属于地温场正常区,平面分布明显受区域构造和大断层控制,地热异常区主要分布于这些深大断裂附近的次级构造交汇部位;此外水文地质条件和地层岩性也对区内地温场的分布具有一定的影响,只有在局部水动力和构造因素相结合的情况下才会形成局部地热异常。这些成果的取得,为今后在山区开展地热资源勘查研究起到一定的指导作用。     

基于模糊证据权模型的冀中坳陷孔隙型地热资源潜力评价

冀中坳陷孔隙型地热资源储量丰富,开发潜力巨大。本文以冀中坳陷孔隙型地热资源为研究对象,根据地热资源成藏机理研究,确定布格重力异常、磁异常、地温梯度、盖层厚度和基底埋深等5个评价指标,通过构建模糊证据权模型开展地热资源潜力评价。预测结果显示地热资源分布的后验概率为2.82×10^-5～3.21×10^-2,按自然间断点法将全区划分极高潜力区、高潜力区、中潜力区、低潜力区与极低潜力区共5级分区,并发现深泽、新城和陌南为3处尚未完全开发的高潜力区。预测结果与地热资源实际分布特征基本一致,说明模糊证据权模型在地热资源潜力评价方面具有良好适用性。     

鄂尔多斯盆地地热系统

本文是在前人研究基础上,结合鄂尔多斯盆地地下水勘查获取的地温资料,阐述了鄂尔多斯盆地地热形成的地质条件,大地热流的分布特征。描述了不同埋深的地温场的特征和地热梯度的空间变化规律,圈定了地下热水的分布区,利用最新的地下水资源评价的结果,概略计算了盆地的地热资源。     

高地温高地应力下岩体初始地应力场反演分析

目前,在高地温高地应力环境下,未见报道在反演过程中考虑地温,从而导致反演得到的初始地应力场与实际不符。为使反演得到的初始地应力场更加符合实际,首次提出考虑地温的岩体初始地应力场反演思路。在高地温高地应力环境下,岩体初始地应力场可近似由重力应力场、构造应力场及温度应力场组成。而岩体温度应力场可结合地温梯度法并依据岩体热应力公式近似得到,再通过叠加原理将温度应力场叠加到重力及构造应力场中即可得到与高地温相符的岩体初始地应力场。在水压致裂法测得的3个主应力中,垂直应力是通过上覆岩层的实测密度计算而来,即垂直应力不包含温度应力,故在高地温高地应力环境下,若不考虑地温,则采用水压致裂法测得的应力反演岩体初始地应力场将造成严重错误。例如在桑珠岭隧址区,岩体的温度应力大约为自重应力的8/13,即在反演过程中如果不考虑地温,则反演得到的岩体初始地应力场将缺失占重力应力场8/13的竖向温度应力场,且考虑地温的反演结果较不考虑地温更好。     

裂谷盆地复杂地温场精细表征方法

东非裂谷盆地地温场复杂,特别是E油田内部地温梯度存在很大差异,影响了油藏流体性质和开发策略。深入分析油田测试资料后认为,地温梯度在平面上呈分区性,垂向上呈分段性,常规研究方法难于刻画此特征,基于此,探索了一种能精细表征油田内部地温场差异的方法——分区分段回归法。利用该方法对E油田复杂地温场进行了精细表征。结果显示,浅层地温梯度平均为6.10℃/(100 m),平面上由南往北呈减小趋势;深部地梯度平均为1.53℃/(100 m),平面上由南往北呈增大趋势。沉积是平面地温梯度产生差异的主要因素。     

《岩石力学与工程学报》2005年第6期被EI收录论文（34篇）题录

No.论文题目作者名页码1滑坡非线性演化行为的自组织进化识别杨成祥冯夏庭911–9142基于应变非线性软化的圆形硐室围岩弹塑性分析潘岳王志强915–9203天然低渗岩芯分形维数变化原因分析景贵成刘福海俞理921–9244预应力锚索锚固段的应力分布规律及分析尤春安战玉宝925–9285非均质介质破坏机制及承载力的有限元分析袁凡凡栾茂田闫澍旺等929–9336边坡抗滑桩加固效果监测分析沈强陈从新汪稔等934–9387山区高等级公路边坡岩体分级研究石豫川王哲万国荣等939–9448高温岩体地热资源模拟与预测方法万志军赵阳升康建荣945–9499具有水平表面岩…     

高温岩体地热开发的块裂介质固流热耦合三维数值模拟

在深入论述高温岩体地热开发研究与发展现状的基础上，提出了高温岩体地热开发的块裂介质固流热耦合数学模型及其数值模拟方法，提出了该数学模型详细的求解策略与求解方法，对6000m深的高温岩体地热开发进行了详细的数值分析，揭示了：（1）岩体温度随地热提取降低及其分布变化的规律；（2）岩体中基质岩块内、裂缝内应力随地热提取的降低规律；（3）裂缝宽度随地热提取变化的规律，对高温岩体地热开发决策、技术方案选择提供了理论基础及其方法。     

基于统计模型的裂隙岩体渗流场的并行数值模拟

为模拟天然岩体中裂隙对渗流的影响,基于裂隙的空间形态及分布的统计特性,应用裂隙网络随机模拟技术,采用Matlab程序生成二维裂隙网络.由此裂隙网络生成包含裂隙的有限元计算网格.考虑到渗流场数值模拟分析时步多、计算量大的问题,采用基于element-by-element策略的有限元并行计算方法进行数值模拟.该方法不集成整体刚度矩阵,可有效节省存储量,同时可降低共轭梯度法中的迭代次数,提高收敛性.编制相应的模拟分析并行程序,并在分布存储的并行机上实现.分别对包含1,2组裂隙的岩体进行渗流场的数值模拟.计算结果表明,该方法能够较真实地反映裂隙岩体的实际状态,对于模拟岩体中的裂隙是很有效的;同时,并行计算可有效降低数值模拟的计算时间.     

西藏羊八井地区高温岩体地热开采方案研究

详细分析西藏羊八井地区5～15 km深部的高温熔融体结构,采用有限元计算分析该处高温岩体地热田的温度场分布,估算得出可供开发的高温岩体地热资源量达5.4×109 MW·a,是我国亟待开发的巨大的潜在绿色能源基地.在详细研究西藏羊八井地区高温岩体地热田形成的大陆动力学环境、念青唐古拉山南坡和当雄-羊八井盆地的构造特征及地应力大小与方向的基础上,提出羊八井盆地高温岩体地热开采方案,即利用高温熔融区附近的断层剪切滑移带作为人工储留层,在沿断层倾斜方向的低处和高处分别布置垂直注水井与倾斜生产井.由此获得的人工储留层围岩体积量为3×1011 m3,为采用水压致裂建造的英国Cornwall高温岩体地热开采储留层的360倍.通过对人工储留层的特征、热流交换区的渗流场及工程实施和投资的分析可知,采用本方案的一套高温岩体地热开采系统,可建造一座10 000 MW的电站,发电100 a以上,具有极好的经济与社会效益.     

徐州三河尖矿深井高温热害机制研究

徐州三河尖矿是国内高温热害最严重的矿井之一,－700 m水平以下的岩温高达40 ℃以上,巷道气温达到33 ℃～34 ℃,其高地温异常机制已经引起专家学者们的高度关注。目前关于三河尖矿热害机制的研究主要集中在岩浆活动和地质构造2个方面,有关高温地下水对地温场影响的研究至今尚未报道。首先对三河尖矿21102工作面奥陶水突水机制进行分析,对高温奥陶水上涌引起地温场变化的规律进行数值模拟,在此基础上,对三河尖矿地温场进行区划分析,提出相应的降温措施。研究表明：(1) 三河尖矿高温奥陶水上涌对地温场产生重要影响,是该矿高温热害的主要原因之一;(2) 三河尖矿高温奥陶水的导水通道为孙氏店断层,补给水源来自滕县背斜轴部的奥陶系隐伏露头区域,补给端与涌出端的水头差高达795 m,为高温奥陶水的上涌提供了动力;(3) 当高温奥陶水沿破碎带上涌的过程中,引起地层温度不同程度升高,地层埋深越浅,地温升高程度越大,即升温指数与地层埋深呈负相关;(4) 将奥陶水上涌后的地温场划分为IIa(37 ℃～45 ℃),IIb(45 ℃～50 ℃),IIc(50 ℃～55 ℃)三类热害区。研究结果对于三河尖矿高温热害控制具有重要的理论意义和实用价值。     

高温岩体地热钻井施工关键技术研究

 高温岩体地热开发中首先需要解决的问题是深钻施工。根据中国高温岩体地热资源赋存的地质特征,在试验研究、理论分析和数值模拟的基础上,提出高温岩体地热钻井施工中三大关键技术问题：钻井围岩稳定性控制技术、高温高压破岩技术、高温高压钻井液技术。进而从高温岩体地热开采中钻井围岩失稳的主要因素、热力耦合作用下钻井围岩流变特性、高温高压下钻井围岩变形破坏规律与失稳临界条件,提出高温岩体地热深钻施工中钻井围岩稳定性控制技术。通过对高温高压下花岗岩中冲击破岩、切削破岩、冲击–切削复合破岩的试验研究及不同温度下3种破岩方式的比较,获得高温高压下3种破岩方式的破岩规律。最后从高温对钻井液的影响、地热钻井对高温处理剂的一般要求、钻井液的性能对井壁稳定的影响及应对措施,提出解决高温岩体地热深钻施工的钻井液技术要求。高温高压下深钻施工关键技术的研究,对于人类探索地球、开发地球深部的能源与资源具有重要的科学与工程意义。     

Geothermal energy in Australia

Although Australia is not usually associated with geothermal energy, it possesses significant amounts of both conventional (wet) geothermal and hot dry rock (HDR) geothermal resources. The country's conventional geothermal resources are extensive, but are low temperature and are located in areas of low population density with the result that they are not used extensively for either electricity generation or for direct heating. Australia's HDR resources, on the other hand, represent a world-class resource but have not been used to date because the technology for converting HDR resources into electricity is not yet fully commercial. The effort being directed towards exploring economically useful HDR resources and in the development of technology to convert this energy resource into electricity could make HDR resources an important part of Australia's energy mix in the near future, but there are major barriers.     

Prospect of HDR geothermal energy exploitation in Yangbajing,Tibet,China,and experimental investigation of granite under high temperature and high pressure

Hot dry rock(HDR) geothermal energy,almost inexhaustible green energy,was first put forward in the 1970s.The development and testing of HDR geothermal energy are well reported in USA,Japan,UK,France and other countries or regions.In this paper,the geological characters of Yangbajing basin were first analyzed,including the continental dynamic environments to form HDR geothermal fields in Tibet,the tectonic characteristics of south slope of Nyainqêntanglha and Dangxiong-Yangbajing basin,and the in-situ stress...     

高温热处理共和盆地干热岩力学特性实验研究

干热岩的力学特性对实现地热能高效开发至关重要。通过GCTS RTR-1500岩石测试系统,辅助以XRD、SEM等测试手段,探讨了温度及围压对干热岩力学特性的影响,分析了温度使干热岩力学性能劣化的机理。研究结果表明:相同围压条件下,随着温度升高,干热岩的力学性能逐渐劣化,具体表现为压密段变长、内聚力减小、内摩擦角增大,破坏形式由弹脆性向弹塑性转变;相同温度条件下,岩石的抗压强度、弹性模量、泊松比以及残余强度均随围压的升高而增大。围压可以部分抵消高温对岩石力学性能造成的损伤;干热岩力学性能劣化的原因在于黑云母矿物高温脱水、方解石受热分解以及晶内及晶间裂缝大量产生。上述研究成果可以为共和盆地干热岩的安全钻井及储层压裂改造提供重要的实验支撑。     

超临界CO2在高温裂隙岩体中的热交换研究

近年来,由于超临界CO₂(Supercritical CO₂,简称scCO₂)额外的地质封存效益,将scCO₂替代水,作为深部地热开采的工作流体的设想,正受到越来越多的关注。因此,开展高温裂隙岩体中流体运动和热交换过程的模拟研究,对于理解深部地热开采机理具有重要意义。本文在充分考虑scCO₂热物理性质随压力和温度变化的基础上,建立了基于三维裂隙网络显式描述的复杂高温裂隙岩体scCO₂热-流耦合模型。通过与热流耦合作用下的二维单裂隙模型的解析解进行对比,验证了数值模型的正确性,然后对scCO₂在复杂三维随机裂隙岩体的渗流和热交换过程进行了模拟。研究发现:贯通的裂隙网络通道是scCO₂的主要流动路径,在贯通的裂隙簇中会出现明显的优势流,突破现象最早在贯通裂隙簇中产生,scCO₂流体对压力非常敏感,选择合适的注入压力能显著增加热交换效率和降低流动难度。模拟结果表明,本模型可以很好地展现裂隙岩体换热过程的非均质特性和结构面控制特性,可作为评价scCO₂采热过程的有效工具。     

三河尖矿深井高温体特征及其热害控制方法

 地热异常矿井进入深部开采后热害现象严重。通过对三河尖矿地温场、地温梯度变化规律及岩石热物理性质的分析,揭示三河尖矿深部地温随深度的增大变化异常,大地热流值偏高,为典型地热异常矿井。总结分析得出三河尖模式高温热害特征,即冷源短缺地热异常。针对三河尖模式热害治理,结合三河尖矿地面供热现状,提出三河尖模式热害治理HEMS降温技术,该技术利用井下热水实现井上供热,将产生冷能储存于第四系储能层用于井下制冷,解决热害的同时实现地面供热。三河尖矿成功的实现一期井下热害治理工程,通过对72201工作面降温效果分析,该系统大大改善工作面长期以来高温高湿的工作环境,值得在深部开采及相关领域推广应用。     

开封凹陷区地温场特征分析

开封凹陷区有着丰富的地下热水资源。本文在搜集、实测井孔测温资料的基础上,研究分析了开封凹陷区地温场特征及其影响因素。研究表明,由于受基底构造控制,开封凹陷区地温分布存在差异,高地温分布区恰好位于基底构造较发育的开封县城和兰考县城附近,全区地温梯度在2.50~3.68℃/100m之间,平均值为3.09℃/100m,热储层埋深小于500m时地温梯度变幅随深度的增加而增大,大于500m时随深度的增加而减小。     

浅层岩土蓄能加浅层地温能才是地源热泵可持续利用的低温热源

当前对地源热泵低温热源的认识存在分歧,并有将浅层地能资源化的趋势.通过对土壤源热泵低温热源认识过程的回顾,结合我国地源热泵发展的实际情况,提出了浅层岩土蓄能加浅层地温能才是地源热泵可持续利用低温热源的观点.认为应基于浅层岩土层储能的思路去研究和发展地源热泵.根据冬季供热的需要和当地的地质构造决定夏季的蓄热量,并采用先进技术保证热能蓄存.     

A study on modeling and performance assessment of a heat pump system for utilizing low temperature geothermal resources in buildings

Low and moderate geothermal resources are found in most areas of the world. A very efficient way to heat and air-condition homes and buildings is the utilization of ground source heat pumps (GSHPs), also known as geothermal heat pump (GHPs), to obtain heat energy from low temperature geothermal resources.