摘要：地熱資源具有儲量大、能源利用效率高、運行成本低和節能減排等優點，是唯一不受天氣、季節變化影響的地球本土可再生清潔能源，對于實現雙碳目標有重要意義。為了解中深層地熱資源賦存特征和發展現狀，系統梳理了國外中深層高溫地熱資源的發展歷程和最新進展，并與我國中深層地熱資源開發情況進行對比分析，以期為我國中深層地熱資源開發利用提供借鑒和啟示?？傮w來講，我國傳統水熱型地熱資源潛力巨大且開發程度不高，具有很大的開發空間；針對我國地熱流體中伴生礦產資源的相關開發依然存在著稀有元素分布特征不清、潛力不明、整體開發利用程度不高等問題，應在評估地熱流體中伴生礦產資源潛力基礎上，進一步加強地熱流體中伴生礦產資源的綜合開發利用；隨著礦產資源開采深度的加大和高溫地熱帶周邊相關工程建設的開展，高溫熱害成為不可忽視的問題。但目前深部礦井和工程建設中“熱害資源化”的研究相對不足，造成了地熱資源的浪費，應在“熱害資源化”潛力評估的基礎上，進一步推動“礦-熱共采”及工程建設中的“熱害資源化”利用。

1.我國中深層地熱資源開發利用現狀

1.1 我國傳統水熱型地熱資源開發和發展過程

20世紀50年代末，著名地質學家李四光先生便倡導開發深部地熱資源，組建了我國第一個地熱研究組。在60年代建立了地熱實驗室和地熱深井觀測點，促使地熱能的利用從醫療擴大到了工、農業等領域，同時開始了地熱發電的可行性研究。在李四光先生的倡導下，在北京、河北和西藏等地重點開展了地熱資源普查工作，進一步推動了我國地熱資源的全面開發利用。從20世紀70年代開始我國先后在廣東豐順縣和西藏羊八井建立了地熱電站。羊八井地熱電站是西藏第一座高溫地熱發電站，現有裝機容量25.18 MW。在20世紀90年代初期，發電量曾占拉薩電網的40%（夏季）至60%（冬季），被譽為是青藏高原上的一顆明珠。截至2020年6月，羊八井地熱電廠累計發電34.1億kW·h，為西藏社會經濟發展和節能減排作出了重要貢獻。

我國西藏、云南騰沖和川西等地具有豐富的地熱能，尤其是西藏地區各類地熱顯示區(點)600余處，發電潛力約為3000 MW，居全國之首。2017年由國家發改委、國家能源局和國土資源部三部委聯合發布的《地熱能開發利用“十三五”規劃》明確提出“在西藏地區有序啟動 400 MW裝機容量規劃或建設工作”的目標。我國傳統水熱型地熱資源發電潛力為6700 MW，在全球排第3位，但目前總裝機容量僅為34.89 MW，排世界第19位，跟資源總量明顯不符，具有很大的開發空間?；诖?，2021年9月國家發改委、國家能源局、財政部和自然資源部等八部委聯合發布《關于促進地熱能開發利用的若干意見》，指出：到2025年，在資源條件好的地區建設一批地熱能發電示范項目，全國地熱能發電裝機容量比2020年翻一番；到2035年，地熱能發電裝機容量力爭比2025年翻一番。

1.2 國內EGS高溫地熱資源開發和發展過程

我國EGS高溫地熱資源勘探和開發等工作起步較晚，1993年中國地震局地殼應力研究所和日本中央電力研究所在北京房山開展了干熱巖發電相關試驗工作，開啟了我國干熱巖研究初步探索階段。2007年中國能源研究會地熱專業委員會與澳大利亞Petratherm公司聯合開展了“中國工程型地熱系統資源潛力評價的研究”國際交流項目，在我國西藏、云南、四川、福建、廣東、海南初步進行資料收集、分析測試和模型研究等工作，完成了靶區選取和潛力評價工作。2012年，針對干熱型地熱資源開發過程等關鍵技術問題，吉林大學、中科院廣州能源研究所、清華大學和天津大學等科研院校聯合申報了國家高技術研究發展計劃“干熱巖熱能開發與綜合利用關鍵技術研究”，創建了大尺寸高溫高壓干熱巖水力壓裂實驗室模擬系統，提出了中國首部干熱巖靶區定位行業規程，為我國的干熱型地熱資源勘探開發提供了相關理論依據和技術支撐。

2013年中國地質調查局重點在福建漳州、廣東陽江和雷瓊斷陷盆地等地開展了干熱巖資源潛力評價與示范靶區項目。2014年，青海省水工環地質調查院在青海共和盆地恰卜地區實施的ZKD23井，2866 m的井底溫度達181 ℃，為我國首次發現的優質干熱型高溫地熱資源；2017年，在地熱地質調查和地球物理勘探等工作基礎上，中國地質調查局和青海省國土資源廳共同組織在青海共和盆地實施了GR1和GR2井，其中GR1井底溫度達236 ℃，是我國迄今為止鉆獲的溫度最高的干熱型地熱資源，取得了我國干熱型地熱資源勘查的突破。近年來，國內其他地區也陸續開展了高溫干熱型地熱資源勘查工作。2018年，李德威在海南澄邁實施了瓊北花東1R井，歷時66 d，于2018年3月在井深4387 m處鉆獲超過185 ℃的干熱巖資源。瓊北花東1R井是我國東部第一口成功實施且具有獨立知識產權的干熱巖參數井，對我國干熱型高溫地熱資源的開發利用具有里程碑式意義。2018年6月江蘇地質調查院組織實施了“江蘇省干熱巖資源調查評價項目”，在蘇北盆地圈定了干熱型高溫地熱資源靶位，并于2021年1月在興化市城北成功實施了“蘇熱1井”，孔深約為4700 m，鉆獲溫度約155 ℃，證實了蘇北盆地含有豐富干熱巖資源。2022年元旦后，“蘇熱1井”已預備進行熱儲層壓裂實驗，準備打造干熱巖勘查開發試驗示范基地。

2.我國中深部地熱資源開發展望及建議

2.1 我國中深部地熱資源的開發過程中，傳統水熱型地熱資源開發是基礎，EGS相關技術突破是關鍵，在水熱型地熱資源開發基礎上的EGS將更有成效性

在全球的四大地熱帶中，我國主要位于環太平洋地熱帶與地中海-喜馬拉雅地熱帶的交匯部位。在特殊的背景下，產生了與青藏高原陸-陸碰撞背景下隆升過程密切相關且以熔融體/巖漿囊為主要熱源的高溫地熱系統，如青藏高原腹地藏南及其東緣川西等地區；與巖石圈減薄過程構造-巖漿活動密切相關且以區域地幔熱異常/花崗巖放射性生熱為主要熱源的東南沿海中低溫地熱系統，如福建漳州和廣州佛岡等地區；與古潛山/伸展斷陷構造密切相關且以地幔熱源/基巖放射性生熱為主要熱源的沉積盆地型層控中低溫地熱系統，如華北盆地、江漢盆地和松遼盆地等位于我國中東部的中/新生代沉積盆地；與近代火山活動密切相關且以巖漿囊/次火山巖為主要熱源的高溫地熱系統，如滇西和臺灣中央山脈兩側火山活動區。目前，我國中低溫水熱型地熱資源相關地區主要應用于取暖、醫療康養和農業種植等方面。高溫水熱型地熱資源主要集中在青藏高原腹地藏南、云南滇西騰沖和青藏高原東緣川西等區域，是我國地熱發電的主要地區。要達到“全國地熱能發電裝機容量比2020年翻一番”的目標，我國中深部地熱資源的開發過程中，青藏高原腹地藏南和東緣川西地區、云南滇西等重點區域傳統水熱型高溫地熱資源的開發是基礎。

雖然近年來，我國相繼在共和盆地、海南澄邁和蘇北盆地等地成功開展了一系列EGS高溫地熱資源勘查工作，取得了喜人的成績，但依然在人工壓裂建儲和流體循環等方面存在諸多關鍵技術和經濟性問題，導致了EGS高溫地熱資源商業化發電依然任重道遠。目前，鑒于我國傳統水熱型地熱資源潛力巨大且開發程度不高，但我國發電技術成熟，傳統水熱型地熱資源開發依然具有優勢，是我國中深部地熱資源開發的基礎。

2002年，美國在Raft river對現有的廢棄地熱井進行EGS改造，容量超過10 MW，有效降低了成本并提高了開采能力，成功實現了商業發電。其成果表明采用EGS相關技術在現有的水熱型地熱田中建立人造熱儲，并與天然熱儲相連可以增加其生產能力，可迅速獲得經濟效益。我國高溫地熱資源具有干熱型地熱系統和水熱型地熱系統共存的特征，如曾在羊八井施工的ZK4002鉆孔，在1850 m處無地熱流體且溫度高達329.8 ℃。因此，在水熱型地熱資源開發基礎上利用EGS開發高溫地熱資源將更有成效性。

2.2在評估地熱流體中伴生礦產資源潛力基礎上，進一步加強其綜合開發利用

自1951年中國科學院西藏工作隊調查了那曲附近錯馬拉熱泉型雄黃點以來，西藏地勘局、地科院礦床地質研究所和地質力學研究所等單位先后在西藏開展水熱礦床的工作。鄭綿平等與雒洋冰等在青藏高原鹽湖相關研究工作中關注到了地熱水與鹽湖之間的成因聯系，認為青藏高原特種鹽湖中鉀鹽、鎂鹽、鋰、鍶、硼及芒硝礦為主體的礦產富集區與火山-地熱水系統具有很高的相關性，地熱水是青藏高原鹽湖鉀鹽、銫、銣、鋰、硼等礦床的主要物質來源。鄭綿平等曾重點對谷露、塔格架和色米等含銫硅華區開展了地表地質調查和水文地球化學等研究，發現了含銫硅華主要為含銫蛋白石（含銫的二氧化硅膠體），認為西藏谷露、塔格架和色米等地熱田中含銫硅華是一種新的工業銫礦床。多吉等首次報導了與熱泉在空間上和成因上有密切聯系的馬攸木金礦床。作為西藏首例獨立巖金礦床，馬攸木金礦周圍地熱活動強烈，古泉華發育普遍含金（最高含金達18.72 g?t^-1）。其主要經過了熱液期、風化期和沉積期等三個成礦期次，深部地下熱水通過深循環沿構造上升，對金元素的礦化富集起到了關鍵性作用。

近年來，在低碳轉型過程中，鋰礦資源作為新能源領域重要的電池原材料受到了高度關注。素有“白色石油”之稱的鋰礦，先后被歐盟、美國和中國等國家列為戰略性礦產目錄中。目前發現的鋰礦床最主要的有鹵水型、偉晶巖型和沉積巖型這３種類型，而鹵水型鋰礦床是其中最為重要的類型，占全球鋰資源的78.3%。據估算，鹵水型鋰可解決全球3/4的鋰資源需求，而其鋰的來源（如玻利維亞烏尤尼鹽湖及美國銀峰鹽湖和西爾斯鹽湖等與地熱水的活動密切相關。因此，越來越多的研究者關注到了與地熱水相關的鋰資源。在西藏科技廳重點研發計劃《西藏地熱水中的鋰稀有金屬資源調查及提取技術研究》項目的支持下，多吉等系統調查了西藏富鋰溫泉并開展了相關地球化學分析，從東向西劃分了11個地熱型鋰資源異常帶，隨后開展了地熱水中鋰元素的提取實驗。整體來講，西藏富鋰溫泉受高溫地熱區和活動構造控制，鋰濃度大于20 mg?L^-1，賦存于地下熱水中，水化學組成簡單，易于提取。

綜上所述，地熱田中深部地熱流體中富含鉀、銫、鋰和硼等元素，部分地熱田中相關元素已富集到工業品位，有些甚至達到礦床級別，形成了地熱水相關的新類型的礦床。加州能源局曾在2021年3月發布的關于美國第二大地熱田——薩爾頓海地熱田的相關研究報告中預測，薩爾頓海地熱田中碳酸鋰的年供應量將超過60萬噸，有巨大的經濟效益。據不完全統計，青藏高原西藏高溫地熱田（如卡烏曲燦沸泉、拉不朗沸泉和拉旺孜熱泉等）中鋰含量達到或超過20 mg?L^-1的有數十處，初步估算通過地熱流體排出的鋰資源大約有4281 t之多。因此，進一步開發深部地熱流體中伴生礦產資源迫在眉睫。但目前來講，我國地熱流體中伴生礦產資源相關開發依然存在著稀有元素分布特征不清、潛力不明、整體開發利用程度不高等問題。針對以上存在問題，應加強地熱水中稀有金屬形成規律和超常富集機理研究，并針對性地研發相關勘查和提取技術，在評估地熱流體中伴生礦產資源潛力基礎上，進一步加強地熱流體中伴生礦產資源的綜合開發利用。

2.3礦山資源開發和工程建設中常遇到高溫“熱害”，“礦-熱共采”及工程建設中的“熱害資源化”利用等有待于進一步發展和加強

近年來，隨著礦產資源開采深度的加大和高溫地熱帶周邊相關工程建設的開展，高溫熱害成為了不可忽視的的問題。根據《煤炭安全規程》的規定，生產礦井采掘面工作面溫度不得超過26 ℃，當工作面溫度超過30 ℃時，則必須停止工作；TB 10003—2013《鐵路隧道設計規范》規定施工隧道內溫度不宜大于28 ℃；但有時遇到的溫度遠遠超過了上述標準的溫度范圍，如：徐州沛縣龍谷鎮三尖河煤礦的700 m開采深度處巖溫為37.7 ℃，980 m深處巖溫高達46.5 ℃，礦井突水水溫更是達到了50 ℃。日本安房公路隧道長4.35 km，線路通過火山帶，坑道涌水溫度最高達75 ℃。我國的拉林鐵路桑珠嶺隧道，最大埋深為1347 m，在開挖1號橫洞時出現了高地溫問題，最高溫度達86.7 ℃，洞內巖溫達74.5 ℃。目前正在修建的川藏鐵路雅安—林芝段穿越數條大型地熱活躍帶，構造條件極為復雜，也面臨高溫熱害規避和防護等方面挑戰。此外，隨著滇藏、新藏鐵路規劃和建設，其穿越高溫地熱帶時，高溫熱害將成為修建過程中面臨的主要地質災害之一。

在處理此類熱害問題時，往往以防護為主，忽視了熱害的資源屬性，如何將熱害資源利用起來“變害為寶”值得思考和探索。曾有部分礦區進行了熱害資源化利用的嘗試，如我國張雙樓煤礦開采過程中在1000 m深度時遇到了43.7 ℃的巖溫，使用熱泵技術將熱害資源利用起來后，工作面溫度降低了7 ℃，同時每年可節省燃煤11790 t。2009年，德國Castle Freudenstein地熱項目成功投產，該項目利用當地礦井水的地熱能為Castle Freudenstein供暖和制冷。

總體來講，礦山資源開發和工程建設中常遇到高溫“熱害”，但針對深部礦井和工程建設中“熱害資源化”的研究相對不足，造成了地熱資源的浪費。因此，需要進一步開展礦山資源開發和工程建設中高溫“熱害”評估工作，并積極發展熱害資源化利用技術，推動“礦-熱共采”及工程建設中的“熱害資源化”利用。

（1）我國中深部地熱資源的開發過程中，傳統水熱型地熱資源利用是基礎，EGS相關技術突破是關鍵，在水熱型地熱資源開發基礎上的EGS將更有成效性。

（2）我國部分地區的地熱流體中富集稀有元素，但目前存在地熱流體中伴生礦產資源分布特征不清、潛力不明等問題，應加強地熱水中稀有元素形成規律和超常富集機理研究，進一步開展深部地熱流體中伴生礦產資源的綜合開發利用。

（3）礦山資源開發和工程建設中常遇到高溫“熱害”，需要進一步開展礦山資源開發和工程建設中高溫“熱害”評估工作，并積極發展熱害資源化利用技術，推動“礦-熱共采”及工程建設中的“熱害資源化”利用。