PDF《粤港澳大湾区地热资源潜力评估》

?特约稿? DOI:10.

15961/j.jsuese.201900026 粤港澳大湾区地热资源潜力评估 谢和平 1,2,3 ,杨仲康

2 ,邓建辉

2 (1.深圳大学 深地科学与绿色能源研究院,广东 深圳 518060;

2.四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 水利水电学院, 四川 成都 610065;

3.深圳市清洁能源研究院,广东 深圳 518060) 摘要:粤港澳大湾区是中国参与全球竞争的重要空间载体,为平衡其区域经济发展对能源的需求与生态环境保 护问题,大力开发地热资源是一种重要的途径.作者从大地构造、地层岩性和地温场特征分析入手,论证了大湾 区赋存地热资源的可能性,综合考虑深部地温、岩石热物理性质和大地热流值等要素,通过建立网格单元对水热 型和干热岩型地热资源量进行定量评价,并识别圈定地热资源高值区.初步研究结果表明:1)大湾区深、大断裂 交汇发育,花岗岩广布,形成了有利于地热赋存和输送的地质环境,大地热流值也印证了该区域存在地热异常和 良好热源.2)通过地温估算发现,当地层深度在1.3 km以下时,地温能达到70 ℃以上;

当地层深度在5 km时,地温 在168.81~233.61 ℃,干热岩具有较高的开采价值.3)大湾区5 km深度范围内,地热资源总量为5.83*1017 kJ,采收 率取30%,预计可获取的地热能折合标准煤5.94*109 t,同时减少排放4.04*109 t的CO2.4)地热资源赋存相对高值 区主要沿东北向深大断裂带分布,集中在佛山、中山、江门、深圳和香港局部地区,单位面积上的资源赋存量为 5.19*105 t/km2 标准煤,建议为地热勘察与开采的重点区域. 关键词:粤港澳大湾区;

地热资源;

地质环境;

潜力评估;

栅格单元 中图分类号:P314 文献标志码:A 文章编号:2096-3246(2019)01-0001-08 Assessment of Geothermal Resource Potential in the Guangdong?Hong Kong?Macao Greater Bay Area XIE Heping1,2,3 ,YANG Zhongkang2 ,DENG Jianhui2 (1.College of Deep Underground Science and Green Energy, Shenzhen Univ., Shenzhen 518060, China;

2.State Key Lab. of Hydraulics and Mountain River Eng., College of Water Resource &

Hydropower, Sichuan Univ., Chengdu 610065, China;

3.Shenzhen Clean Energy Research Inst., Shenzhen 518060, China) Abstract: As an important space carrier to participate in global competition, the Guangdong?Hong Kong?Macao Greater Bay area is facing the pressure from the energy demand and environment protection. Developing geothermal resources is an effective way to solve the problem. In this paper, the possibility of geothermal development in Greater Bay area was reasoned, based on the analysis of regional geotectonic, stratigraphic li- thology and geothermal field. Considering deep ground temperature, rock thermal physical parameters and terrestrial heat flow, geothermal water resource and hot dry rock resource were quantitatively assessed through raster units. Further, high potential geothermal zones were distinguished. Results show that: 1) the intersected fault structures and widely distributed granite in the Greater Bay area provide a favorable geological environ- ment for the storage and formation of geothermal resource, which is verified by the measured terrestrial heat flow;

2) the computing results indic- ates that temperature would be over

70 ℃ at depth of over 1.3 km and 168.81~233.61 ℃ at depth of

5 km, showing a high potential of geotherm- al resource;

3) The estimate geothermal resources in the Greater Bay area amount to 5.83*1017 kJ within the depth of

5 km. It is equivalent to the thermal value of standard coal of 5.94*109 t and can reduce the emission of CO2 by 4.04*109 t, when recovery rate is set at 30%. 4) The area of high potential geothermal resources is mainly distributed along the northeast deep fault, i.e. in Foshan, Zhongshan, Jiangmen, Shenzhen and Hong Kong, where the unit geothermal resource potential is equivalent to standard coal of 5.19*105 t per square kilometer, and should be taken as key area for geothermal prospecting and exploitation. Key words: Guangdong?Hong Kong?Macao Greater Bay area;

geothermal resources;

geological environment;

potential assessment;

raster unit 收稿日期:2019 C

01 C

09 基金项目:深圳市清洁能源研究院专项资金资助(深科技创新[2018]374号) 作者简介:谢和平(1956―),男,中国工程院院士. 研究方向:岩石力学与工程. E-mail:xiehp@scu.edu.cn 网络出版时间:2019 C

01 C

22 14 :

18 :

44 网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1773.TB.20190122.1141.001.html http://jsuese.ijournals.cn http://jsuese.scu.edu.cn 第51 卷第1期工程科学与技术Vol.

51 No.

1 2019 年1月ADVANCED ENGINEERING SCIENCES Jan.

2019 地热是蕴藏于地球内部的自然能源,以蒸汽、热水、干热岩和岩浆等形式赋存在地壳浅部,在温度差 的驱动下通过岩层传导或断层等介质向地表流动.依 据温度高低,可通过采暖、加热等方式,直接应用于工 农业生产和生活休闲,也可以利用地热蒸汽动力和 热能进行发电.地热是一种优质、清洁的绿色能源, 开发地热资源有利于缓解能源紧缺,促进区域协调 发展,同时也可为减缓全球变暖趋势做出贡献. 中国的地热资源分布广泛,类型多样,初步形成 滇藏、华北和东南沿海3大地热带[1] ,以中低温地热 资源为主,仅在藏南、滇西地区存在高温地热资源, 如西藏羊八井热田、云南腾冲热海,应用历史悠久[2] . 以蒸汽和液态水为主的水热型地热资源是中国开发 利用热能的基本方式.干热岩型地热资源的利用也 逐渐兴起,中国干热岩地热能的利用尚处在初级阶 段,干热岩是深埋2 km以下,几乎无流体的高温岩体[3] , 已有研究认为中国可采的干热岩资源量是传统的水 热型资源量的168倍[4] ;

中国地质调查局在2016年组 织实施了干热岩调查,在全国初步圈定了16处干热 岩靶区,并在局部地区,如青海贵德县、福建漳州市 和山东利津县进行了干热岩开采试验[5] .然而,与中 国丰富的地热资源储量相比,经国家正规勘察评价 的地热区只是其中很小一部分,勘察利用率不到 1%,地热能在中国能源结构中的比例也不足0.5%[6] , 区域性地热资源调查研究薄弱,地热资源储量不明, 是制约中国地热能源利用的关键瓶颈之一[7] .目前, 常用的地热资源评价方法有地表热流量法、热储体 积法、蒙特卡罗法和数值法,其中,热储体积法被证 实是一种可靠且准确的方法,在世界各地的地热评 价中被广泛应用[8] ;

而数值法评价精度最高,但需要 更加详细的热储资料[9] .现有的各种评价方法各有优 缺点,更多是针对单点尺度的局部热田地热资源估 算,对于区域尺度尤其是在热储参数较少时的热储 量估算适用性十分有限. 作者以粤港澳大湾区为研究对象,在热储体积 法的基础上,尝试应用空间分析技术,通过划分栅格 评价单元,建立区域尺度地热资源估算方法,对大湾 区地热储量进行定量估算,并圈定识别地热高值区, 为大湾区地热资源勘察规划和能源结构优化提供科 学依据.

1 粤港澳大湾区概况 粤港澳大湾区 概念于2015年在《推进共建海 上丝绸之路经济带》文件中首次提出,在2017年3月 5日国家政府工作报告中正式确立,粤港澳大湾区是 指由广州、佛山、肇庆、深圳、东莞、惠州、珠海、中山、江门九市和香港、澳门两个特别行政区形成的城 市群,覆盖面积5.6万km2 ,人口6 670万,是继美国纽 约湾区、旧金山湾区、日本东京湾区之后,世界第四 大湾区,是国家建设世界级城市群和参与全球竞争 的重要空间载体.粤港澳大湾区是占全国国土面积 不足1%的区域,却创造了全国国内生产总值的12.6%,是全国经济举足轻重的重要增长极[10] .但是, 在未来经济持续高速发展过程中,大湾区资源、环境 势必面临更大的挑战.

2 地质地热条件 大湾区位于中国东南丘陵南缘,地势北高南低, 以中低山丘陵为主,平原沿珠江沿岸和海岸线分布. 研究区为亚热带季风气候,年平均气温为22 ℃,年平 均降雨量为2

300 mm,降雨主要集中在4―9月.虽然 广东省地热勘探起步早,但已有的地热研究主要集 中在梅州丰顺、阳江新洲和信宜等大湾区范围外的 区域[11] ,大湾区地热资源潜力如何,首先需要从地热 赋存条件进行分析. 2.1 地质构造 大湾区地处欧亚板块、太平洋板块和菲律宾板 块的交汇部位,在板块运动过程中,长期受到大洋板 块的俯冲作用,导致冷的大洋岩石圈板块下沉反而 热的地幔物质上升,从而使东南沿海地区上地幔具 有类似于大洋岩石圈地幔的高热状态,形成华南 热C 构造区 [12] ,为东南沿海地热带的形成提供了稳定的 热源.已有布格重力场资料表明,大湾区附近基底抬 升过程十分显著,沉积盖层由北向南逐渐变薄. 中新代以来以隆起为主的构造活动频繁,形成 了一系列规模宏大的深、大断裂,有3组主要构造线, 以东北走向的断裂带最为发育(图1),恩平―新丰断 裂带深切地壳20 km,3组构造线在大湾区中部切割 交汇,为地表水的深循环和深部热地幔物质上涌提 供了优势通道,为地热异常区的形成创造了条件. 2.2 地层岩性 研究区内地层发育,类型繁杂,广泛出露有中C 晚元古代、震旦纪、白垩纪和第四纪地层.最为显著 的特征是花岗岩广布,燕山期岩浆侵入活动尤其剧 烈,如图1所示,与太平洋板块同期俯冲相耦合,花岗 岩由老到新呈东北方向向沿海迁移.花岗岩分布面 积为9

092 km2 ,约占大湾区面积1/3.如表1所示,广州、深圳和江门这些城市花岗岩出露面积占城市面 积40%以上,是重要的地层类型. 花岗岩来源于大陆地壳,更加容易富集放射性 元素(U、Th、40 ........