寻找地热勘探中的“甜点”

“甜点”一词是从国外油气勘探开发界“Sweet Spot”翻译而来的,原意为棒球棒、垒球棒等有效击球面积。在油气勘探开发过程中，发现油气相对富集的含油气区及含油气层段，在当前经济、技术条件下具有较好的开发效益，故将其称为甜点。在地热等非常规能源的勘探中，是否也存在此类“甜点”，是能源工作者近年来努力探索的内容之一。

地热资源勘查的技术手段

根据勘查工作程度，地热资源勘查可分为调查、预可行性勘查、可行性勘查和开采等阶段。地热勘查的技术手段包括地质勘测、地球化学勘探、地球物理勘测、钻井勘探、地热流勘测、动态监测等。

一般情况下，地热资源勘查应在经过详查工作证实具有开发价值的基础上进行，主要是对地热田开发经济效益高的地热流体富集区段进行勘探。地热田的地层、构造、地热异常的范围、边界，争取尽量减少钻探工作量，提高勘探效益。钻探工程布置应区别不同地热田勘查类型和规模，以可以控制热储分布，取得有代表性的储量计算参数，查明地热田的开采条件和边界条件，满足相应阶段的要求为原则。在部署钻探工程时，必须统筹兼顾、重点突出，在探明可供开采的主要热储的同时，兼顾其他热储，查明各热储间的相互关系。地热田的钻探深度应根据其勘查类型以及当前开采技术经济条件和社会需要来确定，一般钻探深度不宜过深，深埋层状热储一般深度控制在2000米以内，浅埋带状热储深度控制在1000米以内。在地热田勘查工作中，钻井的设计除高温裂隙型热储以外，应实行以探为主、探采结合，按有关规定或协议交付使用。在勘探区内施工的生产井，也应做到以采为主、采探结合，充分发挥其在地热勘探中的作用。 按规定的勘查阶段循序渐进，对地热地质条件简单或现有资料较多的小型地热田的勘查，可根据实际情况简化或合并上述勘查阶段。在勘查程序上必须严格遵循在充分搜集利用已有资料的基础上，先进行航卫片解译、地面地质、地球化学、地球物理等工作，然后再上钻探的原则。没有上述工作的综合研究成果，不得盲目布置钻探工作。勘查工作内容和投入的工作量应根据勘查阶段、勘探类型和工作区地热地质复杂程度等因素综合考虑确定，应选择经济有效的勘查技术方法、手段和合理的设计施工方案，符合工作阶段的要求。

找到地热的高导层

地热资源和其他非常规能源资源一样，均属于分散资源，无法像页岩油气开发那样通过压裂来实现天然气的聚集。那么地热的“甜点”是否存在？在哪里？如何做到开发成本最低？目前，具有工业价值的地热田位置均较为偏远，如西藏羊8井、四川甘孜地区等。工业开采地热资源，只有找到河北沧县隆起那样的具有非传统的岩体地热高热带才有现实意义。

地热“甜点”属于地热田勘探阶段，空间范围大，还未到关注热储的程度，其包含的范围更广。地热“甜点”主要是指地下某个区域内的地层，由于该区域有较高导热体的存在，在一定封盖条件下，其地温高于围岩的温度，即地壳内部局部地温异常高，是最有利的地热开发区域。地热“甜点”模式具有两个要素：向浅部围岩延伸的较高的热传导层（简称高导层）和较好的热盖层。人们可以采用常规的石油勘探方法去寻找异常高温区块。

高导层是地热“甜点”的第一个要素，也是关键要素。高导层的热导系数高于围岩，其数值越高越有经济价值。这里的“延伸”并非总是主动，对于岩浆侵入是主动，延伸侵入浅层；而在盆地拉伸过程中，盆地之间的盆地边缘古隆起带则是被动地形，成正地形。一般沉积地层，随着年代的增加，压实、变质程度越高，其热传导性能越强。对于长期剥蚀地区，如古生代基底具有较高的导热系数，若后期整体沉降，则在基底上直接覆盖一定厚度的第四系，其地层时代差异较大，这时在基底顶部就会产生高热异常。断陷盆地之间的古隆起就会形成这样一个高导层，如沧县隆起就是冀中坳陷与黄骅坳陷之间、冀中坳陷与济阳坳陷之间的古隆起。同样，变质岩、侵入岩相对于沉积岩也是高导层。

经模拟研究得出，热盖层厚度一般最好为100～500米，太薄不足以封盖住热量。热盖层与地热高导层是相对的，但总的来说，较厚的第四系将有助于热量封盖。

如何勘查地热的“甜点”

事实上，地热资源勘查和石油勘探类似。在大尺度上，目前普遍认为断裂带、放射性生热、地幔活动等才是地热异常的主要因素。近年来，地热资源较少被关注，文献也相对较少，究其原因是专为寻找地热而进行的勘探成本高，开发成本更是巨大，投入与产出比严重不匹配，因此人们较多地关注在一些已知的温泉或断裂带附近找到高热区带后的开发研究，或直接与油田结合进行油气伴生地热的开采，但油田的采油利润较高，油田伴生地热带来的直接效益较小，使油田公司对地热开发利用逐渐失去兴趣。在小尺度上，多数学者关注的是热对流，寻找高温流体。实际地温场的分布受地壳中覆盖层的岩石介质性质差异影响较大，地壳厚度的不均匀性对其造成的影响较小，如西藏地壳较厚但地温最高，中国东部沿海地壳薄，但高温区域和低温区域均不同程度存在，在华北平原、松辽平原也有高温带，由此可见，地温的分布和地壳厚度关系不大。

根据“甜点”模式，勘探工作者在河北省沧县部分地区对京津冀地区构造平面及横穿沧县隆起的两条横剖面进行了研究。沧县隆起和埕宁隆起元古生界地层埋藏较浅，它是一套高导层，上面直接覆盖了新生界地层，形成了热盖层，整体呈北东—南西向展布，向天津东北无盖层，地温低；向西南热覆盖层较厚，属于中高厚，但埋藏较深，开采成本高。基底岩层的起伏与地温的横向变化具有明显的正相关关系, 即坳陷带为低温带，凸起带为高温或高温带异常带，但若无热盖层或高导层，则此规则失效。同样，北京西北部有大面积高导层元古界地层及花岗岩出露，但却无任何异常高温显示，原因是它没有热盖层。勘探工作者曾经研究了华北平原新生界盖层地温梯度，在穿过冀中坳陷-沧县隆起-黄骅坳陷地质剖面中做了埋深1000米、2000米处的地温梯度，可以看出沧县隆起具有热盖层地温最高，而西南部的保定坳陷的西南边缘有高导层出现，由于无覆盖层导致温度降低。

根据地热“甜点”概念，可以相对准确地找到地热的高值区，进而以最好的性价比找到更加丰富的地热资源。

作者：激扬