中国地热资源现状及发展趋势

１ 我国地热资源现状

    地热资源根据地质构造特征、热流传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素可分为浅层地热能、水热型地热（地下热水）和干热岩三种类型。全国地热资源调查评价研究显示，我国地热资源禀赋良好，但受构造、岩浆活动、地层岩性、水文地质条件等因素的控制，分布不均。

1.1 浅层地热能

    浅层地热能资源在全国范围内普遍分布。我国336个地级以上城市规划区范围内浅层地热能资源年可采量折合标准煤7亿ｔ（图1），可实现建筑物供暖制冷面积320亿ｍ2。

" alt="图片"/>图1 各省(市)地级市规划区范围浅层地热能可采量

    陆区浅层地温场恒温带埋深总体上呈东南低，西北、东北地区高的特征。陆地浅层地温场（200ｍ深度内）地温梯度总体分布特征为北高南低，南方地温梯度平均值为2.45℃/100ｍ，北方大部分地区地温梯度由西向东逐渐升高，平均值为3℃/100ｍ。中温带（高寒区）气温低、恒温带深、深部温度高，供暖周期长，可施工地质条件用深孔；南方地区气温高，地层上部温度低，以夏季排热利用为主，可施工浅孔。

    大部分城市岩土综合导热系数在1.89～2.55W/(ｍ·k)，地层结构特征和水文地质条件是影响岩土体的综合热导率的主要因素。采用层次分析法和指标法进行适宜性分区评价，地埋管热泵系统适宜区占评价面积的29％，较适宜区占53％，具有较好的适宜性，不适宜区主要是考虑建设成本和施工难度。地下水源热泵系统适宜区占总评价面积的11％，较适宜区占27％，主要分布于东部平原盆地及富水性较好的地区。综合分析，我国浅层地热能资源适宜区主要分布在我国中东部京津冀、山东、江苏、安徽、河南、陕西和东北部分地区。

1.2 水热型地热资源

    我国水热型地热资源总量折合标准煤1.25万亿ｔ，水热型地热资源年可采量折合标准煤19亿ｔ，相当于2015年全国能源消耗的44％。我国水热型地热资源以中低温为主，高温为辅。受构造、岩浆活动、地层岩性、水文地质条件等因素的控制，水热型地热资源分布有明显的规律性和地带性，依据构造成因可分为沉积盆地型和隆起山地型地热资源。

    隆起山地型中低温地热资源主要分布于东南沿海、胶东、辽东半岛等山地丘陵地区（图2）。隆起山地型高温地热资源主要分布在我国台湾和藏南、滇西、川西等地区。由于我国地处环太平洋板块地热带的西太平洋岛弧型板缘地热带以及地中海－喜马拉雅陆－陆碰撞型板缘地热带的交汇部位，受构造活动的控制，该区域孕育有大量的水热活动，是我国较主要的高温温泉密集带。西南地区水热型地热资源年可采量折合标准煤1530万ｔ，高温地热资源发电潜力712万ｋW。

" alt="图片"/>

图2 中国地热资源分布图

    沉积盆地型地热资源主要分布于我国东部中、新生代平原盆地，包括华北平原、江淮平原、松辽盆地等地区（图2）。这些大型沉积盆地热储多、厚度大且分布较广，随深度增加热储温度升高，赋存有大量的中低温热水资源，地热资源量折合标准煤1.06万亿ｔ，是我国重要的地热开发潜力区。

1.3 干热岩资源

    干热岩在地球内部普遍存在，但有开发潜力的干热岩资源分布在新火山活动区、地壳较薄地区等板块或构造体边缘。我国陆区地下3～10ｋｍ范围内干热岩资源量折合标准煤856万亿ｔ。根据国际干热岩标准，以其2％作为可开采资源量计，约为2015年全国能源总消耗量的4000倍

我国干热岩分４种类型。高热流花岗岩型（图3ａ）集中在我国东南沿海地区，以燕山期形成的大范围酸性岩体为赋存体，形成干热岩的有利目标区；沉积盆地型（图3ｂ）主要分布在关中、咸阳、贵德、共和、东北等白垩系形成的盆地下部，上部为新生界盖层，下面有酸性岩体，其下深部的壳源有产热机制；近代火山型（图3ｃ）分布在我国腾冲、长白山、五大连池等地区，热源特征与底部岩浆活动历史和特征密切相关；强烈构造活动型（图3ｄ）主要分布在我国青藏高原地区，受欧亚板块和印度洋板块的挤压，新生代以来我国青藏高原逐渐隆升，局部有岩浆入侵的存在。

" alt="图片"/>

图3 干热岩资源模式图

    在干热岩勘查有利目标区选择的基础上，结合我国不同类型的干热岩资源禀赋特征，创建了基于指标权重评价方法的靶区优选技术体系。优选出我国首批干热岩勘查靶区，包括共和盆地、贵德盆地、雷琼地区、松辽盆地、西藏、冀东地区（图4）

" alt="图片"/>

图4 干热岩资源分布图

２ 我国地热发展存在的问题

    我国地热发展从地热资源成因机制的认识，到获取地热资源的勘查、开发利用、监测的不同阶段，再到具体的装备、技术和人才方面，仍存在诸多问题。

2.1 对地热的成因模式认识不清

    浅层地热能开发中与传热有关的各因素的影响程度与相互作用有待研究；水热型地热中与大地热流、深部热结构与热状态、控热因素与地热成因机制、构造热活动与自然灾害关联性等之间的关系仍未查明；干热岩经过数十年的摸索仍处于探索研究阶段，成因机制及储层建造等开发利用方面仍亟待进一步研究。

2.2 勘查精度较低，资源家底不清

    我国大部分地区地热资源调查精度仅为1:1000000，只有天津、北京、鲁北平原、关中盆地、青藏铁路沿线和珠江三角洲等达到1:250000的精度；少数地热田，如羊八井、羊易、雄县等个别的地热勘查达到1:50000精度，重点地热开发区没有或很少开展正规的地热勘查工作。基础地热地质勘查工作薄弱，后备资源不足。经过资源储量管理部门审批可作为进一步勘查或开发利用规划的地热田不足100处。勘查评价滞后造成地热市场供需矛盾日益突出，严重影响了地热资源勘查开发规划的制定、资源的利用以及地热产业健康发展。

2.3 地热开发利用单一、粗放

    我国地热能的开发利用以供暖和旅游疗养为主，除西藏羊八井、河北霸州等少数地区将地热资源进行梯级开发，分别用于发电、采暖和温室种植外，大多数地区地热资源利用比较单一。这种粗放式的利用造成水位持续下降，例如西安某地区地热井水位已降到200ｍ以下；冬季供暖尾水排放大于35℃，造成了化学和热污染，增加了城市污水处理的成本。应该发展为供发电、供暖、洗浴、农业和工业烘干等的地热资源梯级利用。

2.4 监测网络不健全

    地热资源开发利用过程中的水位、水温等监测数据对地热资源利用效率、可持续性及科学研究都有重要意义。目前我国地热监测工作开展较少，除北京、天津、河北开展过相对较多的监测工作外，其他省份基本没有监测数据，且监测手段落后，监测项目单一，未形成科学的监测体系。

2.5 装备落后

    地热装备起源于石油行业，随着深层高温地热勘查的开发，国内设备耐温耐压性已无法满足勘查需求，测井设备多项参数难以突破175℃，监测设备难以突破100℃。国外设备技术参数相对更好，但价格昂贵，并且国外在设备行业形成垄断，只提供高昂的技术服务。室内物理模拟设备在诸如岩石三轴压裂、储层多相流动及热提取过程、储层改造化学刺激过程的使用中，模拟环境温度难以突破200℃，高压与试样尺寸存在矛盾，仿真度也有待提高。因此，缺少精细化“找热”的地球物理勘查设备，钻具、钻井液、钻井导向在高温、高压、硬岩、钻探效率、安全性方面亟待提高，这是目前国内勘查设备落后的主要原因。

2.6 关键技术存在瓶颈

    我国深部地热资源勘探开发、地热成井与热储改造关键技术储备还处于起步阶段，没有形成成熟的“找热”技术，缺乏系统的地热资源探测技术体系（钻完井、循环液、测井、固井）与评价方法（参数、软件）；缺乏规模化、可持续的地热资源提取技术（储层建造、井下换热），以及地面高效利用技术（发电装备、回灌、防腐防垢、梯级利用），多项技术亟须攻克。

2.7 人才后备力量相对薄弱，创新能力不强

    我国地热人才资源相对缺乏，研究力量较薄弱，与地热资源开发快速增长的步伐极不相符。20世纪70—90年代，我国掀起地热开发的热潮，亟须地热技术人才，部分水文地质学者开始转向地热研究。近年来，除每年联合国冰岛地热培训极少人才外，我国的高级地热技术人才主要来源于从事地热资源调查评价与技术研究的单位与高校、重点企业联合举办不同内容的短期培训班。迄今为止，在全国2000多所高等院校中，只有一所高校设有地热专业，很难形成产、学、研相结合的地热人才培养机制，这便导致了我国地热技术人才研究的力量相对薄弱。

３ 我国地热发展趋势

3.1 浅层地热能发展趋势

    为建筑物提供供暖制冷是浅层地热能开发的主要作用。提高新能源和可再生能源利用比例，浅层地热能成为建筑物供暖制冷的重要选择。

（1）我国浅层地热能年利用量逐年增高

    我国浅层地热能开发利用近年来年均增长速度在28％以上，截至2017年底，我国年利用浅层地热能资源折合标准煤2000万ｔ，实现建筑物供暖制冷面积5.5亿ｍ2（图5），主要分布在北京、天津、河北、辽宁、山东、湖北、江苏、上海等人口密集的城市区域，其中京津冀地区开发利用规模较大，约占全国的20％。

" alt="图片"/>

图5 各省(区、市)浅层地热能开发利用面积统计图

（２）城镇化快速发展带来巨大需求

    随着城镇化进程的发展，浅层地热的利用空间还会进一步扩大，未来中小城镇可能是浅层地热利用的主战场。浅层地热能增加量的高峰期可能出现在“十四五”期间。

3.2 水热型地热发展趋势

    将从单一、粗放利用为主转变为持续发展、梯级开发，国家政策将起到积极引领的作用。

    水热型地热勘查技术方面，地球物理勘查与解译逐步向高精度、定量化、3D化方向发展，如利用3D地震解译地热区地质结构、利用MT和TEM方法刻画三维热结构、利用组合地球物理方法评价进行地热资源勘探等。

    在开发利用方面，地热梯级利用和采灌均衡条件下开发利用逐渐受到重视，各种地热单项利用技术和设备的发展及创新也备受关注，包括中低温地热发电技术、换热器强化换热技术等。多储层、多种流体、多层次的地热系统综合、梯级开发利用技术和数值模拟技术成为前沿课题。对可持续发展的重视使回灌成为地热资源开发利用的重要环节，集中回灌区温度场、化学场动态监测与预测，尤其是砂岩储层回灌技术成为地热开发利用的关键技术之一。

3.3 干热岩资源发展趋势

    自1972年美国芬顿山首次开展干热岩项目以来，全球已建立47个EGS项目。在这短短40多年的研究与开发过程中，干热岩的利用技术逐渐成熟，显现出了巨大的利用价值，开发前景广阔。预期到2050年国际上将攻克干热岩发电技术瓶颈，实现商业化发电，EGS开发利用量将达到70GWe。

    我国干热岩勘查开发利用工作起步较晚，20世纪90年代初仅有少数科研单位参与了部分干热岩国际合作研究。进入21世纪，受能源资源紧缺和可持续发展战略影响，干热岩被认为可以作为化石能源的替代能源之一，其勘查开发成为关注热点。我国干热岩勘查起步于“十二五”期间，目前已初步评估了陆区干热岩资源，圈定了12处有利靶区，实施开发实验，追踪国际技术。下一步，应围绕有利靶区，开展干热岩开发试验工作，建设干热岩示范项目，在水－岩－气－热作用机制、资源靶区定位技术、储层改造技术、示踪监控技术以及高温钻探相关技术等方面实现突破。

４ 亟须开展的工作

4.1 浅层地热

   （1）开展农村地区浅层地热能分散式开发利用调查评价，重点进行京津冀及周边等北方采暖农村地区浅层地热能调查评价，推进区域节能减排。

   （2）开展城市新区浅层地热能多方式经济高效利用调查评价，重点调查评价长江经济带地区，解决冬季供暖问题。

   （3）开展特殊地区浅层地热能创新式利用模式研究，充分结合气候的特殊性，探讨特殊地区（极寒、极热等地区）浅层地热能利用的创新模式，结合示范工程，解决单一冷热源冷热堆积问题，服务于军民融合区等特色地区建设。

4.2 水热型地热

   （1）“二区四带六点”发展规划。加强基础条件研究，布设两区四带六点重点工作区：“两区”指京津冀协同发展区（地下有资源，地面有需求，利用技术模式问题）、松辽盆地（以白垩纪砂岩为主，从资源的储藏条件到开发条件具有特殊性）；“四带”指环鄂尔多斯地热带、郯庐断裂带、东南沿海中低温对流型地热带和滇藏地热带；“六点”指西藏羊八井、广东惠州、河北献县、雄安新区、共和恰卜恰、吉林长春。将对每个区、带设置特征点，进行探测、开发技术的研发及综合利用示范工程的建设，引入商业资金，推动地热资源规模化的开发。

   （2）加强热源机理与控热构造研究。地热资源的合理开发利用需建立在对热源机理和控热构造研究分析的基础之上：①结合地热异常区（带）与区域构造、火山活动、温泉分布，深入研究各种类型地热系统的成因机理、控热构造、热储类型及空间分布等；②研究地球内部能量释放（地震、火山、地热）方式的关联机理，探寻防灾减灾的新方法，分析地热资源类型和成因。

   （3）地热探测技术研发。发展地热地球物理探查技术、地热地球化学探查技术、地热钻探技术、地热资源可持续开发评价技术，提高探测精度，完善评价技术体系。

   （4）开发利用技术与示范。发展储层改造技术、高效换热技术、采灌均衡技术、地热梯级综合利用技术，提高资源利用效率，实现可持续开发利用。改善分散式小区块开发管理方式，建立以地热田为基本单元的大区块管理模式，整装勘查、统一规划、统一开发、统一监测，确保地热资源的可持续利用。

4.3 干热岩型

   （1）调整思路，放慢节奏，在认识全国地热背景及地热异常区的地温场特征、构造背景条件的基础上，开展干热岩钻探、试验与开发。

   （2）东西并举，优先在能源需求旺盛东部部署工作，同时兼顾滇藏、川西地区的民生需求，实现整体评价，协同发展。

   （3）建立我国不同精度干热岩资源勘查标准及规范；整合资源，建立干热岩勘查开发示范工程，攻关核心技术，形成技术体系。

   （４）“三步走”战略：近期（到2020年）实现2ＭＷ级发电，形成较为完善的干热岩勘查开发技术体系；中期（到2025年）实现50ＭＷ级发电，形成完善的干热岩勘查开发技术体系；远期（到2035年）推广干热岩勘查开发技术，实现干热岩经济发电的总体部署，较终实现我国干热岩勘查开发技术体系成熟，工业规模化发电，领跑世界干热岩勘查开发的目标。

   （5）推动开发示范工程建设：青海省共和盆地干热岩资源勘查开发示范已于2018年启动实施，项目将在已有超200℃干热岩的基础上进行机理、热储探测、储层改造等一系列研究工作，并进行综合评价、场地勘查、环境影响监测和室内综合模拟等技术的攻关，推动我国干热岩勘查开发理论与工程技术进步，实现干热岩勘查开发与技术装备自主创新，有力服务支撑国家能源结构调整。

５ 结论与展望

5.1 结论

   （1）中国地热资源开发潜力巨大，全国336个主要城市规划区浅层地热能年可采量折合标准煤7亿ｔ。全国地下热水资源年可采量折合标准煤19亿ｔ。中国大陆地区3～10ｋｍ深处干热岩远景资源量折合标准煤85600亿ｔ。

   （2）随着地热深部探测与开发利用技术深入开展，中国地热资源开发前景广阔。浅层地热开发利用年均增幅近30％。水热型地热利用总量世界第一，年利用达12604.6ＭＷ，每年仍以10％左右的速度增长。已经在青海共和盆地勘查到200℃以上大中型干热岩体，有望在2035年建设1～2个干热岩开发示范工程，实现干热岩发电，到2050年实现干热岩发电商业化推广。

   （3）比较系统开展了我国地热资源热结构和地热形成探测，阐明了我国不同地区水热型地热资源分布规律，揭示了代表性的水热型地热资源成因机制；提出了4种干热岩资源成藏模式；首次将不同气候带特征纳入评价体系，创新提出了我国浅层地热能科学开发利用适宜性，提出了高效经济浅层地热能开发模式。

5.2 展望

    新形势下，多学科的融合，大量新技术、新方法的出现，给地热资源勘探与开发利用注入了新的活力。随着探测深度的不断加大，地热学研究范畴进一步扩大，从而又给新技术、新方法、新装备的研发、应用提供了更广阔的平台，同时又带来了新的挑战，这些技术的应用和发展也出现了新的发展趋势：

  （1）地热地球物理勘查与解译逐步向高精度、定量化、3Ｄ化方向发展，各类新方法逐渐应用到地热勘查中来，如利用3Ｄ地震解译地热地质结构、利用微震技术识别裂缝区域、利用MT和TEM方法刻画三维热结构、利用组合地球物理方法评价地热资源、利用重力与磁力数据水平进行梯度分析、利用高精度航磁数据研究地质结构与高温地热系统的关系等；

  （2）伴随着增强型地热系统的发展，高温钻探、完井、固井、测井、井口等方面的设备、材料和技术仍然是全世界地热研究的重点，耐高温材料性能不断提升，微震监测技术和研究逐步发展与成熟，在EGS勘查、环境影响风险评估、人工裂隙监测等方面逐步发挥了重要作用；

  （3）多储层、多种流体、多层次的地热系统综合、梯级开发利用技术和数值模拟技术成为热储工程学中的前沿课题；

  （4）地热发电、直接利用新技术的研发与应用促进了地热资源开发利用向高效、低成本方向发展，腐蚀、堵塞、结垢预测、防治技术的深入为复杂水质条件的地热资源开发利用提供技术支撑，重力热管技术可能是较具有颠覆性的新一代地热能源开发技术；

  （5）地热资源的可持续发展受到更多的重视，回灌技术已成为地热资源开发利用的重要内容，尤其是砂岩储层回灌技术成为地热开发利用的关键技术之一。

标签: 地热  干热岩井