los alamos national laboratory是哪里

管红香1,2,3,4，冯东3,5，吴能友1,2,ROBERTS H.Harry5，陈多福1,3

管红香（1981－），女，博士，主要从事冷泉碳酸盐岩的地球化学研究，E-mail:guanhx@ms.giec.ac.cn。

注：本文曾发表于《科学通报》2010年第4～5期，本次出版有修改。

1.中国科学院广州天然气水合物研究中心，广州　510640

2.中国科学院可再生能源与天然气水合物重点实验室，中国科学院广州能源研究所，广州　510640

3.中国科学院边缘海地质重点实验室，中国科学院广州地球化学研究所，广州　510640

4.中国科学院研究生院，北京　100049

5.Coastal Studies Institute,Louisiana State University,Baton Rouge,LA 70803,USA

摘要：对墨西哥湾北部水深约540m的上陆坡GC185区（GC-F样品）和水深约2 200 m的下陆坡AC645区（AC-E样品）冷泉碳酸盐岩中的脂肪酸及其单体化合物的δ13C进行了分析。在AC-E和GC-F冷泉碳酸盐岩样品中检测到了30多种脂肪酸化合物，均以主峰碳为C16的低碳数（<C20）脂肪酸为主，具偶碳优势，主要包括正构脂肪酸、异构（i－）/反异构（ai－）脂肪酸以及带支链的奇碳数脂肪酸（iso/anteiso）。其中n-C12:0、n-C13:0、i-C14:0和n-C14:0具有明显偏低的δ13C值（－39.99‰～－32.36‰），可能来源于冷泉生物。n-C18:2和C18:1△9具有相同的碳同位素值，可能来源于冷泉渗漏区贝氏硫细菌属/辫硫菌属。支链奇碳数脂肪酸（iso/anteiso C13～C17）具有特别负的δ13C值（－63.95‰～－44.17‰），明显不同于其他类别脂肪酸的碳同位素值，推断这类化合物是海底渗漏区甲烷厌氧氧化过程中的硫酸盐还原细菌生命活动的产物。

关键词：脂肪酸；单体化合物稳定碳同位素；硫酸盐还原菌；甲烷厌氧氧化；冷泉碳酸盐岩；墨西哥湾

Fatty-acids and their 613C Characteristics of Seep Carbonates from the Northern Continental Slope of Gulf of Mexico

Guan Hongxiang1,2,3,4,Feng Dong3,5,Wu Nengyou1,2,Roberts Harry H.5,Chen Duofu1,3

1.Guangzhou Centerfor Gas Hydrate Research,CAS,Guangzhou 510640,China

2.Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate,Guangzhou Institute of Energy Conversion,CAS,Guangzhou 510640,China

3.Key Laboratory of Marginal Sea Geology,Guangzhou Institute of Geochemistry,CAS,Guangzhou 510640,China

4.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

5.Coastal Studies Institute,Louisiana State University,Baton Rouge,LA 70803,USA

Abstract:Here we reported the fatty-acids and their δ13C values in seep carbonates collectedfrom Green Canyon 185(GC 185Sample GC-F)at upper continental slope(water depth：～540 m),and Alaminos Canyon 645(GC 645Sample AC-E)at lower continental slope(water depth：～2 200 m)of the Gulf of Mexico.More than thirty kinds of fatty acids were detected in both samples.Thesefatty acids are maximized at C16.There is a clear even-over-odd carbon number predominance in carbon number range.The fatty acids are mainly composed of n-fatty acids,iso-/anteiso-fatty acids and terminally branched odd-numberedfatty acids(iso/anteiso).The depleted δ13C values(－39.99‰～－32.36‰）of n-C12:0、n-C13:0、i-C14:0and n-C14:0suggest that they may relate to the chemosynthetic communities at seep sites.The unsaturated fatty acids n-C18:2and C18:1△9have the same δ13C values,they may originatefrom the Beggiatoa/Thioploca.Unlike otherfatty acids,the terminally branched fatty acids(iso/anteiso)show more depleted δ13C values(as low as-63.95‰）suggesting a possible relationship to sulfate reducing bacteria,which is common during anaerobic oxidation of methane at seep sites.

Key words:fatty acids,carbon isotope of individual lipid,sulfate reducing bacteria,anaerobic oxidation of methane,seep carbonate,Gulf of Mexico

0 引言

墨西哥湾是一个油气大量聚集的盆地，在晚三叠世－中侏罗世时期，盆地在断裂作用下发生张裂，沉积形成了巨厚的膏盐层，膏盐层的变形和活动断层为流体从盆地深部的油气系统向海底渗漏运移提供了有效通道，控制着海底冷泉的发育[1-3]。近年的研究表明墨西哥湾海底至少有几百个正在活动的天然气渗漏系统，发育于整个陆坡环境[4-5]。陆坡区的冷泉活动导致海底广泛发育天然气水合物、冷泉生物群和自生碳酸盐岩[4,6-12]。冷泉碳酸盐岩的形成是由于海底渗漏甲烷等碳氢化合物在海底沉积层缺氧带被微生物所消耗，由甲烷氧化古菌（anaerobic methane-oxidizing archaea,MOA）将渗漏CH4氧化为 ，同时硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria,SRB）将孔隙水中的 还原为HS－， 与孔隙水中的阳离子结合形成冷泉碳酸盐岩固结在海底[13-17]。这种甲烷氧化和硫酸盐还原的细菌活动的信息保存在冷泉碳酸盐岩中[14-15,18-21]。

墨西哥湾北部陆坡与冷泉活动相关的水合物、冷泉碳酸盐岩和冷泉生物群（包括甲烷古菌和硫酸盐还原菌及其生物标志物）已有大量的研究成果发表[4-5,10,14-15,18-23]，但有关下陆坡深水区的工作较少，尤其是缺乏冷泉碳酸盐岩中保存的微生物甲烷厌氧氧化作用的生物标志物的对比研究。本文通过研究墨西哥湾上陆坡GC 185区Bush Hill(GC-F样品）和下陆坡AC645区（AC-E样品）的冷泉碳酸盐岩中的脂肪酸及其单体化合物的δ13C组成，证实墨西哥湾上陆坡到下陆坡海底冷泉渗漏区均发生了渗漏烃（甲烷）的微生物厌氧氧化作用。

1 样品和分析方法

1.1 样品采集

图1 研究区域和采样点位置示意图（据[24]修改）

研究样品来源于墨西哥湾上陆坡和下陆坡区（图1）。深水区AC-E冷泉碳酸盐岩样品（图2）是1990年采集于墨西哥湾下陆坡Alaminos Canyon区内水深2 200 m的一个活动冷泉，采样点的地理经纬度坐标为26°21 ' N,94°31 ' W，采样区发育有大量的冷泉生物群落，主要有管状蠕虫、贻贝及呈分散状分布的蛤和微生物菌席等。AC-E冷泉碳酸盐岩结壳中孔洞发育，主要由生物壳碎屑和碳酸盐岩胶结物组成，矿物组成几乎全部为文石（达98％），仅有少量方解石，碳同位素δ13C为－31.3‰～－23.4‰[24]。浅水区GC-F样品（图2）是1998年在墨西哥湾上陆坡Green Canyon 184和185区块分界线附近的Bush Hill (27°46' N,91°30' W）采集的，水深约为540m，海底温度约为7℃在Bush Hill冷泉渗漏系统中，在海底能观察到正在活动气泡渗漏、冷泉生物群、自生碳酸盐岩及出露的天然气水合物[4,22,25-26]。GC-F冷泉碳酸盐岩可见管状serpulid蠕虫碎片，保存有Lucinid-vesycomyid双壳类冷泉生物的壳体，碳酸盐岩基质胶结物部分几乎全部由文石组成，仅有少量的方解石和白云石，碳同位素δ13C为

图2 墨西哥湾上、下陆坡区冷泉碳酸盐岩样品外貌

a.AC-E样品，采集于水深2 200 m的下陆区Alaminos Canyon区内的一个活动冷泉；b.GC-F样品，采集于水深约为540m的上陆坡Green Canyon 184区Bush Hill活动冷泉。标尺为1cm

－29.4‰～－15.1‰[27]。

1.2 实验分析

样品磨碎至200目干燥，用二氯甲烷/甲醇混合溶剂索氏抽提72 h。抽提后的残渣自然晾干，用10％的盐酸缓慢溶解，为避免脂交换反应，待样品溶解80％后停止加入盐酸，用二氯甲烷萃取有机质，并与抽提得到的有机质合并。用硅胶－氧化铝柱进行族组分分离，分别用正己烷、6:4正己烷/二氯甲烷和CH3OH溶剂洗脱获得饱和烃、芳烃和极性组分[19-20,28-31]。

将酸解获得的HCl不溶物冷冻干燥，得到的酸解残渣和非烃分别用6% KOH－甲醇溶液皂化，平衡12 h后，用正己烷萃取其中的有机质，萃取出的有机质进行硅胶/氧化铝柱层析，分别用正己烷/二氯甲烷（3:1）混合溶剂和二氯甲烷/丙酮（9:1）混合溶剂填充柱，依次得酮和脂肪醇，余下的溶液进行反萃取获得脂肪酸组分，酸性组分加入HCL-CH3OH饱和溶液，在80℃加热2 h进行甲酯化，并用二氯甲烷萃取脂肪酸甲酯。然后将脂肪酸甲酯组分进行GC-MS、GC/IRM分析。

1.3 仪器分析

GC-MS分析在有机地球化学国家重点实验室HP 6890Ⅱ型气相色谱仪和Platform Ⅱ型质谱仪上完成，离子源为电子轰击源（70 e V），色谱柱为DB-5MS硅熔融毛细柱（30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm涂层）。无分流进样1μL，进样口温度为290℃，升温程序初始温度80℃（5 min），以3℃/min升温至290℃，保留20 min，载气为高纯氦气，流速1.0 m L/min。

GC/IRMS分析在英国GV公司Isoprime色谱－同位素质谱仪上完成，色谱柱为JW-DB-5型60 m×0.25 mm×0.25μm毛细柱，样品直接进入温度为290℃无分流注入器，氦气为载气，升温程序初温80℃（5 min），以3℃/min升温至290℃（40 min）。同位素测定误差小于0.5‰。碳同位素以6表示，V-PDB标准，并依段毅等[31,32]报道的方法对脂肪酸甲酯化增加的碳进行了校正。

2 结果

在墨西哥湾下陆坡深水区的AC-E和上陆坡浅水区的GC-F冷泉碳酸盐岩样品中均检测到30多种脂肪酸化合物，主要由正构脂肪酸、异构（i－）和反异构（ai－）脂肪酸组成，以低碳数（<C20）为主，并有少量的高碳数脂肪酸（表1，图3和图4）。

AC-E样品中正构脂肪酸碳数分布范围为C12- C28,GC-F样品碳数分布范围C12- C24，且均检测到C14:1△7、C16:1△7、C18:1△9和C18:2正构不饱和脂肪酸。A C-E样品中丰度最高的脂肪酸为n-C16:0，其次为C18:1△9、n-C14:0和n-C18:0,G C-F样品中丰度最高的脂肪酸为n-C16:0，其次为n-C14:0、ai-C15:0和n-C18:0。样品AC-E中正构饱和脂肪酸δ13C值为－32.36‰～－27.64‰，正构不饱和脂肪酸C16:1△7和18:1△9的δ13C值分别为－19.97‰和－25.48‰。样品GC-F中正构饱和脂肪酸δ13C值－39.99‰～－26.52‰，正构不饱和脂肪酸Cl8:1△9的δ13C为－31.04‰。

图3 墨西哥湾冷泉碳酸盐岩AC-E样品中脂肪酸化合物

图中数字编号与表1中编号和脂肪酸相对应，N代表未知化合物

图4 墨西哥湾冷泉碳酸盐岩GC-F样品中脂肪酸化合物

图中数字编号与表1中编号和脂肪酸相对应

表1 墨西哥湾冷泉碳酸盐岩样品中脂肪酸化合物及其碳同位素组成

除正构脂肪酸外，下陆坡深水区AC-E冷泉碳酸盐岩样品中还检测到支链的奇碳数脂肪酸（iso/anteiso-C15:0），其δ13C值分别为－63.95‰和－50.48‰。上陆坡浅水区冷泉碳酸盐岩样品GC-F中支链的奇碳数脂肪酸主要有iso/anteiso-C13:0,－C15:0和－C17:0，其δ13C范围为－48.62‰～－44.17‰。

3 讨论与结论

墨西哥湾是一个油气大量聚集的盆地，盆地中沉积形成了巨厚的膏盐层，GC185和AC645区断裂发育，盐层变形和活动断层为流体从盆地深部的油气系统向海底渗漏运移提供了有效通道。以烃类化合物为主的流体通过断裂等通道渗漏到海底附近的沉积层中发生微生物的氧化，在海底发育有大量的微生物细菌席、管状蠕虫，双壳类等冷泉生物[1-3]，并通过这些冷泉生命活动形成了冷泉碳酸盐岩[24-27]，同时形成了一些特殊的脂肪酸。

本文所研究的冷泉碳酸盐岩样品中饱和脂肪酸以低碳数（<C20）脂肪酸为主，n-C15:0、i-C16:0、n-C16:0、n-C17:0和n-C18:0的δ13C在AC-E样品中为－28.99‰～－27.64‰，在GC-F为－31.11‰～－30‰，这些脂肪酸的δ13C范围在同一样品中小于±2‰，反映同一样品中这些不同的脂肪酸可能来源于相同生态环境条件下的细菌或海洋浮游生物[32-33]。

在所分析的AC-E样品中还存在有异构饱和脂肪酸i-C14:0和正构饱和脂肪酸n-C14:0，它们的δ13C为－36.6‰～－32.36‰。同时GC-F样品存在异构饱和脂肪酸i-C14:0和正构饱和脂肪酸n-C12:0、n-C13:0和n-C14:0， 它们的δ13C为－39.99‰～－33.7 1‰。这些脂肪酸的δ13C值明显比前述脂肪酸的低。墨西哥湾北部冷泉渗漏区双壳类软体组织δ13C为（－43.2±4.1）‰[34]，管状蠕虫的软体组织δ13C为（－45.6±5.2）‰[35]，墨西哥湾GC185区海底渗漏区的Bathymodiolus childressi的软体组织613C为（－38.9±1.2）‰[36]，这些生物体的δ13C值都比正常海洋生物体的低，表明冷泉区的这些生物主要是以化能自养生物（如嗜甲烷细菌等）为食物的[34]。最近的研究表明双壳类和管状蠕虫等大生物体常与细菌微生物共生，贻贝类依赖甲烷氧化菌和/或硫酸盐还原菌，管状蠕虫依赖于硫酸盐还原菌[37]。因此在冷泉碳酸盐岩样品中存在的n-C12:0、n-C13:0、n-C14:0和i-C14:0可能来源于冷泉区的大生物体。

在正构脂肪酸中均检测到C14:1△7、C16:1△7、C18:1△9和C18:2正构不饱和脂肪酸，其中GC-F样品的n-C18:2和C18:1△9的δ13C均为－28.04‰，AC-E样品的n-C18:2和C18:1△9的δ13C均为－25.48‰。在同一个样品中n-C18:2和C18:1△92个脂肪酸均具有相同的δ13C值，说明n-C18:2和C18:1△9的生物来源和合成途径相近[32]。最近研究表明在冷泉渗漏区的贝氏硫细菌属/辫硫菌属发育有n-C18:2和C18:1△9脂肪酸[38]。此外，海洋浮游生物尤其是硅藻也存在n-C18:2和C18:1△9[39]。考虑到所分析的样品是天然气渗漏区形成的冷泉碳酸盐岩，且这些样品中浮游生物化石非常少，这2个n-C18:2和C18:1△9脂肪酸很可能来源于冷泉渗漏区贝氏硫细菌属/辫硫菌属。

此外，AC-E样品还存在δ13C为－19.97‰的正构不饱和脂肪酸C16:1△7，它具有与其他脂肪酸明显不同的δ13C，而与中低纬度典型海洋现代沉积有机质的δ13C值－23.10‰～－19.10‰一致[32,40]，表明很有可能来源于海洋现代沉积有机质，如在海洋微藻中检测到很高含量的C16:1△7脂肪酸[41]。

除上述的脂肪酸外，所分析的样品均存在δ13C值极负的支链奇碳数脂肪酸iso/anteiso-C13:0,－C15:0和－C17:0。其中下陆坡深水区AC-E冷泉碳酸盐岩样品中检测到的i-C15:0和ai-C15:0的δ13C值为－63.95‰～－50.48‰。上陆坡浅水区冷泉碳酸盐岩样品GC-F中iso/anteiso-C13:0,－C15:0 和－C17:0的δ13C 为 －48.62‰ ～ －44.17‰。这些奇碳数异构（is－）/反异构（ai－）脂肪酸δ13C比所分析样品中的其他脂肪酸的碳同位素显著的低，也低于冷泉碳酸盐岩的碳同位素值（－31.3‰～－15.1‰）、冷泉渗漏烃（－28‰～－26‰）和GC区渗漏甲烷的δ13C值（－44.1～－46.7‰）[22,24,27]，说明奇碳数异构（is－）/反异构（ai－）脂肪酸在形成过程中产生了同位素的分馏。目前对海底天然气渗漏区沉积物和细菌席的脂肪酸的研究表明，这种具有极低碳同位素的奇碳数异构（i）/反异构（ai）脂肪酸主要来源于甲烷厌氧氧化作用中的硫酸盐还原菌的生命活动[15,18,20-21,42-44]。因此，本文所研究的冷泉碳酸盐岩样品中具有极负δ13C值的支链奇碳数脂肪酸（iso/anteiso-C13:0,－C15:0和－C17:0）来源于硫酸盐还原菌。

致谢：冷泉碳酸盐岩样品由美国路易斯安那州立大学H H Roberts教授提供，实验分析是在中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室完成，并得到徐世平副研究员、贾蓉芬研究员和胡建芳副研究员的帮助。

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[44]Hopmans E C,Schouten S,Pancost R D,et al.Analysis of Intact Tetraether Lipids in Archaeal Cell Material and Sediments by High Performance Liquid Chromatography/Atmospheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry[J].Rapid Commun Mass Spectrom,2000,14:585-589.

编者按:挪威政府近期资助了一项研究,尝试将油藏建模技术引入医学领域,以改善医生对核磁共振成像结果的理解最初为开展油气勘探而开发的无缆地震仪现已成为地震学家的新工具国际海洋工程公司是油气行业潜水作业的先驱,35年来一直向美国国家航空航天局的载人航天计划提供专利技术2013年,好奇号火星探测器利用冲击钻井技术在火星上钻了第一口井,带来一个重大发现,即火星上的地化条件曾经能维持生命……油气行业的技术输出所做的贡献令人叹为观止。

说起吸收借鉴行业外的技术,油气行业从上游到下游,“拿来主义”实践数不胜数。如物探中利用卫星遥感技术、钻井液利用纳米技术、三次采油利用聚合物技术等。然而,伴随着石油行业对“舶来技术”的逐步深入研究及应用,这些技术进一步“反哺”其他行业的潜力也逐步体现,实现技术引入和技术输出同步发展。

当然,这种技术输出不局限于“舶来技术”,也包括石油行业的“原生技术”。

石油行业与医学

油藏建模技术在现代油气行业已成功应用了30多年,理所当然被认为是油气行业特有的一项技术。挪威政府近期资助了一项研究,尝试将该技术引入医学领域,以改善医生对核磁共振成像结果的理解,从而挽救生命。

研究专家认为,油藏建模技术可以增强我们对核磁共振成像结果的认识。这个想法是基于人类大脑和油藏之间的相似性,因为两者都是双重孔隙介质,研究人员认为,石油行业的油藏建模技术可能为医学界带来突破。该项目耗资110万美元,由斯塔万格国际研究所牵头,其在油藏建模方面有20多年的经验。这种油气行业和医学的跨界应用源于“Pumps and Pipes”组织,这是一个成立于美国休斯敦的国际技术专家组织,宗旨是 探索 油气行业和医疗行业之间的协同增效模式。

光纤技术也已存在数十年,并被认为是世界通信网络的核心。在相当长一段时间内,油气行业使用光纤技术监测油井生产动态,如压力变化等。

总部设在加拿大魁北克的Opsens公司是最早进行光纤技术研究的公司之一,最近其改进了光纤传感器,可运用于人体内部。目前医用版的光纤技术已被批准在影响心脏功能的动脉内进行血压测量,可帮助医生快速评估血管堵塞的严重程度,从而判断是否需要血管成型术或小型的侵入性治疗。

石油行业与地球科学

20世纪70年代,随着数字有线遥测地震仪的发展,无缆地震仪应运而生,大致分为自主式节点地震仪和无线地震仪两类。而最初为开展油气勘探而开发的无缆地震仪现已成为地震学家的新工具。其“无缆”特点简化了地震监测的后勤保障(不需要运输或埋设电缆),并且可以对大片地震活跃区域一次性开展数周的监测。

2014年的一项地震研究使用了900多个无缆地震节点,监测美国华盛顿的圣海伦斯火山的地震情况。研究人员表示,节点阵列将地震监测效率提高了两个数量级。

二战期间,美国发明了航磁测量来搜索潜艇。事实上,科学家在二战结束前就已意识到其地球物理价值。1946年 ,航磁测量首次应用于油气行业,用来评估阿拉斯加北坡的石油地质储量。随后,作为前沿的勘探工具,油气公司将这项技术进行升级,并由此取得一些重大发现,其中包括一次对古生物学产生重大影响的发现。1978年,墨西哥国家石油公司在近海开展航磁测量时首次发现了著名的希克苏鲁伯陨石坑,直径达93英里,是由直径50英里的小行星或彗星撞击形成的。基于这次发现,古生物学家首次提出6550万年前的恐龙大灭绝正是由于这次撞击造成的。

遥控潜水器(ROV)的早期研究工作也是由富有想象力的军事学家提出的,但真正达到作业级的遥控潜水器还应归功于石油行业。20世纪70年代,石油行业推动遥控潜水器真正实现作业应用,为其配备了机械臂,也被称为操纵器。与以往的遥控潜水器相比,除了简单的观察海底环境,还可以开展很多工作,如水下打捞、水下施工等。

科研人员随后看到工作级遥控潜水器的潜力,多年来他们一直将其用于搜索沉船和发现新海洋物种。SERPENT项目就是该技术转移的最好例子。SERPENT是海洋学家与包括BP、壳牌、雪佛龙和巴西国家石油公司在内的能源公司的一个合作项目。利用油气公司提供的遥控潜水器,科学家能对深海进行更细致的探测。2002年以来,SERPENT项目已开展了100多项深海海洋生物研究工作,其中大部分是在钻井船或海洋石油生产设施上进行的。

石油行业与航空航天

鉴于潜入深海和太空 探索 都面临高压等相似的环境因素,石油行业的深海技术也被应用于航空航天 探索 。

在遥控潜水器出现前,油气行业只能通过人工深潜海底的方式来安装或修理水下设备,所以油气行业在人工深潜方面有丰富的经验和技术。国际海洋工程公司是油气行业潜水作业的先驱,35年来一直向美国国家航空航天局的载人航天计划提供专利技术。

两者之间的合作始于美国国家航空航天局借鉴国际海洋工程公司的高压潜水服原理,为载人航天计划制作航天服,而该公司最主要的贡献是为航天服开发了一套泄漏检测系统。另外,该公司还为美国国家航空航天局位于休斯敦的中性浮力实验室提供日常运营和维护工作。这个实验室是用于模拟太空失重环境下的水下训练设施,宇航员可以在那里模拟太空舱外活动,其目前是包括国际空间站舱段组装、太空行走等在内的所有美国现代太空任务的基石。

远在3400万英里之外的火星也有油气行业技术应用于太空 探索 的成功案例。2013年,好奇号火星探测器利用冲击钻井技术在这颗红色行星上钻了第一口井,虽然总深度仅2.5英寸,但这次钻探行动带来一个重大发现,即火星上的地化条件曾经能维持生命。

为了更深入了解火星上是否真有生命存在过,美国国家航空航天局可能需要在后续的载人任务中钻更深的井,而这就需要更强大的钻井系统,将油气行业现有的商业技术进行改进或小型化,可能用到的技术还包括高压井下流体取样、井孔成像、现场流体分析、连续油管和防喷器等。

石油行业与可再生和可持续能源

长期以来,地热资源的开发过程和油田的勘探开发生产过程是类似的,从最初的勘探、钻井、完井,一直到最终的生产。一般来说,目的层的水源或岩石的温度越高,地热井的热能也就越高,涉及一些高温地热项目的开发利用时,普通的钻完井体系难以达到施工要求,需要借助油气行业先进的高温高压钻完井工艺和技术体系。

以地热王国冰岛的一个地热项目为例,由于目的层温度太高,传统穿透及泥浆体系经受不住高温而导致作业失败。2017年,项目组利用油服公司贝克休斯专门设计的钻头和泥浆体系成功钻探第二口井,这种新的钻完井体系极限工作温度高达299摄氏度,这是普通井下设备额定值的两倍。项目组计划今年钻第三口井,这次钻井将测试随钻测量设备的适用性,如果成功可将现有地热井的能效提高5～10倍。

油气行业跨界融合的还有二氧化碳捕集和应用领域。二氧化碳的捕集有利于减少全球碳排放量,但如何处置二氧化碳是个大问题。石油人的做法是,将二氧化碳注入几千米的地下驱油来提高采收率。国内外各大石油公司目前在该领域持续投资,从注入系统到建模软件,工程师研发出的二氧化碳捕集和存储所需的许多技术越来越成熟。深埋地下的油气资源曾开创过一个丰沛而廉价的能源时代,但伴随着老油田的逐渐枯竭,地下储层的空间可被重新利用来存储二氧化碳,又为环保产业提供了新的思路和方案。

目前,石油勘探开发生产相关的技术输出已涵盖地球与生命科学、太空 探索 和可再生能源等,或许未来大量石油公司、油服公司、油田装备制造企业依托过去积累的 科技 成果会实现华丽转身,进入惠及民生的各个领域。

来源: 中国石油新闻中心

旅游业的合理开发

立场文件汇总

高油价与能源安全问题 [墨西哥]

能源历来是人类文明的先决条件，人类社会的一切活动都离不开能源。对一个国家来讲，能源是经济增长和社会发展的重要物质基础。随着科学技术进步和社会工业化程度的不断提高，能源消耗和优质能源的开发增长迅速，而一些新能源和可再生能源发展落后于经济的发展，再加上最近几年油价的不断上涨，能源的保障程度引起了人们的关注。

因此墨西哥政府本着提倡节约型资源消耗、重视资源的开发效率、强调资源的持续利用的原则提出如下建议：

1 制定国家能源开发长期规划�

从能源资源和人类技术发展情况来看，21世纪特别是前半叶人类利用的一次能源组成仍将以化石能源为主，但核能、可再生能源的重要性逐渐增加。结合我国资源蕴藏的实际情况，应根据国家中长期发展规划及国民经济和社会发展预测，分析世界经济和能源发展态势，制定国家能源长期开发计划，保障国家能源的长期安全。 �

2 制定化石能源可持续开采规划�

化石能源具有不可再生性，属于一次性能源，所以化石能源的持续开采显得尤为重要，研究和发展开采技术，提高资源的回收率，制定长期开采规划，避免超强度开采和布局上的不合理性，确保能源资源的远景接替，要充分考虑经济、环境和资源的合理配置，避免盲目低效开采、资源结构和布局上的不合理性。�

3 着力能源资源新技术的研究�

大量研究和历史经验表明，解决上述能源问题的根本途径是依靠科学技术进步。

4 研究开发新能源和替代能源资源�

预计到2020年，世界石油产量将逐步下降而消费仍将不断增加，可能开始出现供不应求的局面，世界油气资源的争夺将加剧。应通过国家能源安全模式研究，建立安全预警机制，加大研究和开发新能源和替代能源力度，如核能、太阳能、海洋能、氢能等，确保国家能源安全的战略储备。墨西哥必须扩大可再生能源的利用,取代对石油和煤炭的进口依赖。墨西哥2000年制定的《可再生能源促进法》从法律上保证经营者可获利,激发人们开发可再生能源的热情。墨西哥几大企业宣布,将投入330至400亿欧元用于发展可再生能源。

近10年来,墨西哥大力投资风力发电,近2年来墨西哥风力发电增长44%,现已有1.5万个风力发电机,风力发电能力高达1.28万兆瓦,年发电量达230亿度,可满足上百万个家庭的电力需求,目前风力发电占墨西哥电力总量的6%。墨西哥已开始在海边建巨型风力发电设施,在北部海岸线已安装5千台风力发电机。

此外墨西哥政府还资助老建筑的节能改造，派专家提供上门咨询并提出改造方案，负担相当比例的咨询费用。能耗较大的汽车行业也不断试验新的节能措施及清洁能源。由于使用节能技术，2002年，新车的油料消耗量比1990年平均减少20％以上。墨西哥政府十分重视提高民众的节能意识，全国大约有300个提供节能知识的咨询点。墨西哥能源机构负责组织全国的节能知识宣传，目前该机构正在发动一个全国性的家庭节能知识宣传活动。

墨西哥1998年开始实施“10万屋顶计划”,提出从居民屋顶获取300兆瓦太阳能电力的目标。目前墨西哥已有约0.9%的家庭使用太阳能发电装置,居民白天把屋顶太阳能电能高价卖给电网,晚上平价买电使用,居民成为电能的生产者和消费者。墨西哥许多城市还建立了大功率太阳能发电站。墨西哥可再生能源在电力消费中的比重从2003年的7.9%上升至2005年的9.3%。政府计划至2020年提高到20%。

墨西哥希望通过国际合作保证能源供应安全。墨西哥还极力敦促欧盟内部能源市场的完全开放，促进中东欧国家以及独联体国家进入西方能源供应系统，并极力促进欧盟与地中海沿岸国家的能源合作。 我们有理由相信在全人类的共同努力下，能源安全问题必将得到很好的解决。

写了这么多 给个最佳吧

100千瓦。

世界上第一座陆上式海水温差电站被安装在瑙鲁共和国海岸。R—22被用作闭式循环电站的工质，对于平均海水温差为20℃时，可产生大约为100千瓦的总电功率。电站采用壳管式换热器，总传热系数较高。

利用海洋温差产生电力的理论研究和技术研究已有120多年的历史，特别是在上世纪70年代的全球能源危机时期尤其得到重视，近年来研究更是取得了实质性进展。

在热带海洋地区大约有6000万平方公里适宜发展海洋温差发电，利用海洋温差发电将能产生世界能源需求几倍的发电量。美、印、日等国都建有海洋温差发电站。

扩展资料：

温差发电站优势：

用海水温差发电，还可以得到副产品——淡水，所以说它还具有海水淡化功能。一座10万千瓦的海水温差发电站，每天可产生378立方米的淡水，可以用来解决工业用水和饮用水的需要。

另外，由于电站抽取的深层冷海水中含有丰富的营养盐类，因而发电站周围就会成为浮游生物和鱼类群集的场所，可以增加近海捕鱼量。

“新能源企业30强”中有13家上市公司。从企业性质来看，有，5家央企和18家民营企业；从行业来看，有12家太阳能、8家风能、4家新能源综合性集团、3家汽车新能源动力企业、2家核能和1家生物质能企业；从地区来看，江苏占7家、北京6家、河北3家、山东3家、上海2家、广东2家、深圳1家、新疆1家、江西1家、安徽1家、香港1家、湖南1家、浙江1家。

首届中国新能源企业30强评选活动历时近3个月。2010年6月初，组委会通过中国贸促会各地分会推荐、媒体推荐、行业协会推荐以及组委会直接电话联系等方式，征集了约300家新能源候选企业。2010年7月1号至16号，行业主流企业纷纷提交候选企业资料，组委会秘书处从中遴选出90多家企业参与30强评选；2010年8月5日，组委会秘书处将把参选企业信息汇总制成电子版文件并提交给专业评委和媒体资深记者评委，结合网络投票，2010年8月17日“中国新能源企业30强”正式揭晓。同时，“中国十大新能源人物”评选正式推出。

“中国新能源企业30强”评选开创新能源领域评选的先河，是迄今为止中国新能源领域最具权威性和最有影响力的行业评选活动。主办单位希望通过此次评选，将新能源产业、新能源行业优秀的企业推向公众，推向海内外。评选由中国国际贸易促进委员会发文批准授权组委会执行，整个活动不含任何商业行为，企业参选全程免费。同时，本次评选活动的媒体推广呈现出覆盖面广、力度大、周期长、针对性强等特点。伴随着新能源企业30强榜单正式揭晓，更深层次的媒体推广即将展开，包括独家专访、所有海内外合作媒体的广告和新闻宣传，力度空前。

本次评选由第二届中国（无锡）新能源大会组委会、上海证券报是、腾讯网共同主办，由中国领先的政府及新能源行业公共关系服务商永淳文化承办，罗兰贝格和科尔尼两大国际著名咨询公司提供专业支持，上海交通大学安泰经济与管理学院提供学术支持。本次评选还得到多方参与支持，包括国内外主流媒体和部分新能源行业协会。

30强榜单的成功推出，不仅证明了目前新能源领域受到国内外各行各业的广泛关注，而且也凸显此次评选的权威性、公信力。从历届国内外权威的评选活动来看，新能源企业30强评选活动对于新能源优秀企业的影响是巨大的，甚至直接影响到整个产业的发展，这无疑对企业、对企业家的要求会更高，鞭策力度更大。同时，首届中国新能源企业30强评选成功推出，得到了企业、政府、科研院所、机构投资者的广泛关注和认可，对于我们评选品牌的塑造也产生了积极的效应。组委会将于2010年9月17日在无锡举行盛大的颁奖典礼。

本次评选活动是第二届中国（无锡）新能源大会的一大亮点，据组委会负责人之一、永淳文化董事长唐祖荣先生介绍，第二届中国（无锡）新能源大会将于2010年9月17-18日在国家新能源科技兴贸创新基地——无锡市隆重举行，组委会已邀请到包括国家能源局领导、江苏省政府领导、中国贸促会领导、美国洛杉矶郡行政长官、墨西哥国家财政部副部长、菲律宾贸工部副部长等一批政府高层，中国可再生能源学会理事长石定寰先生、国家发改委能源研究所副所长李俊峰先生、北京交大新能源研究所所长姜久春先生、上海交大太阳能研究所所长崔容强教授等著名行业专家，尚德电力董事长施正荣博士、晶澳太阳能CEO方鹏先生、阿特斯董事长瞿晓铧先生、明阳风电集团董事长张传卫先生、杉杉科技董事长胡海平先生等数十位行业领军企业家，德同资本创始合伙人邵俊先生、青云创投创始合伙人叶东先生、常春藤资本发起合伙人翁吉义先生、深创投总裁李万寿先生等数十位VC、PE界的大腕，以及国际太阳能之父马丁-格林教授、美国、澳大利亚、德国等国新能源行业专家、企业家与会。大会以“博弈与创新”为主题，设主论坛和CEO论坛、政策与市场国际论坛、智能电网与储能技术论坛、新能源产业投融资论坛等四个分论坛。在总结大会上，国际著名咨询公司罗兰贝格将全球首发“2010-2011中国及全球新能源产业发展报告”，展望欧洲、美国、中国及其他地区新能源发展前景以及新能源重点行业发展方向和最新技术。第二届中国（无锡）新能源大会由中国国际贸易促进委员会、江苏省人民政府共同主办，是迄今为止中国新能源领域规格最高、影响力最大的行业盛会。大会同期举办第二届太阳能展览会，行业主流企业尚德、晶澳、阿特斯纷纷参展。

近日，瑞典可持续发展部长莫娜·萨林称：到2020年，瑞典将摆脱对矿物燃料的依赖。这意味着，“到那时，再没有一户家庭需要依赖石油供暖，机动车司机也不再需要把汽油当作唯一选择”。

直面能源危机欧美加紧行动

2002年以来，国际油价持续上涨，到目前虽没有导致全球经济衰退，但对全球经济已开始产生重要影响。到2005年8月底，受美国墨西哥湾“卡特里娜”飓风影响，油价更是快速突破70美元/桶。专家认为，尽管油价攀升的原因很多，但开发替代能源已是当务之急。

石油到底能用多少年

有专家认为地球上的石油仅够三四十年，有专家则认为可使用一二百年。1998年6月7日，美国《洛杉矶时报》文章认为，今后10年左右，世界石油供应似乎是充足的。在今后20年左右的时间，全球石油产量可能开始持续下降。虽然市场力量和石油生产技术的改进可能使石油供应继续保持到21世纪，但是石油危机的到来可能比一般人的设想早得多。目前全球每天消耗石油量已达7100万桶，几乎每年增加2％。以每年这个增加数字计算，到2010年，全世界将消耗掉从经济到技术上都容易开采的全部石油的一半。

尽管地质勘探技术有了惊人的进步，但所探明的新的石油储量明显减少，因为现有石油消费量同新勘探到的石油量的比例是4∶1。

据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。面对即将到来的能源危机，全世界认识到必须采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源。

节能就是拯救明天

目前世界一些工业化国家都在采取节能措施，联合热电（又称“同时发热发电”）就是比较热门的话题之一。普通发电厂的能源效率只有35％，而多达65％的能源都作为热白白浪费掉了。联合热电就要将这部分热用来发电或者为工业和家庭供热，因此可使能源利用率提高到85％以上，大大节约了初级能源。

“原煤气化发电”是领先于世界的清洁能源技术，世界第一套大型煤炭气化发电设施已于1994年在荷兰投入试运行。这套设施将原煤经气化和除硫后用来发电，可使效率达到43－50％，而且基本不污染环境。据专家们估计，原煤气化技术可作为火力发电厂的发展方向，目前的电厂到2030年几乎将全部改成煤炭气化发电，到那时可使同样数量的煤发的电量增加一倍。欧洲能源委员会已经决定设立专项基金用于这一新技术的推广。

欧美发展替代能源

伊朗核危机和由此引发的国际原油价格攀升，不久前的俄乌天然气之争，这些因素引发欧美发达国家有关“摆脱石油”的政治讨论浪潮。尤其是严重依赖于石油和天然气进口的欧洲，能源再次成为政治议事日程的重点。奥地利《新闻报》2月16日在头版发表文章，称欧美发达国家重新重视发展石油替代能源。

在很多欧洲国家，一度失宠的核能重获新生：荷兰经济部宣布几年内将新建三座核电站，波兰、爱沙尼亚、立陶宛、法国也有类似计划，芬兰和罗马尼亚的核设施正在建造当中。同时，欧洲国家也在大力开发生物质能、风能、太阳能等。

尽管美国对中东石油的依赖性远低于欧洲，仅占美国石油总需求的20%，但布什总统在对国民发表讲话时称，美国将斥资数十亿美元发展生物汽油，以减少对中东地区石油的依赖程度。

开源又节流 啤酒变燃料 环保车受宠 瑞典15年后摆脱石油

和其他西方发达国家一样，瑞典曾经相当依赖石油能源。完成如此惊人转变，瑞典的秘诀就是大力发展石油替代能源，如风能、生物质能、太阳能等。瑞典的绿色可持续发展之路，成为人类解决能源危机的范本。

地热能（geothermal energy）是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是导致火山爆发及地震的能量。火山、喷泉（geyser）、温泉（hot spring）和沸泥塘（boiling mud pots）都有力说明壳层及其下部存在着较大的热能储藏。这种热量渗出地表，于是就有了地热。地热能是一种清洁、是可再生能源，其开发前景十分广阔。著名地质学家李四光（1973）曾指出：“地球是一个大热库，地下热能的开发与利用，是件大事情，就像人类发现煤炭、石油可以燃烧一样，这是人类历史上开辟的一个新能源，也是地质工作的一个新领域。”

地热资源（geothermal resource），指能够经济地为人类所利用的地球内部的热资源，它来源于地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量。地热资源是一种十分宝贵的综合性矿产资源，其功能多，用途广，不仅是一种洁净的能源资源，可供发电、采暖等利用，而且是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源，同时还是宝贵的医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水水源。

一、地热能来源和分布

（一）地热能的来源

地热能主要由地球内部的放射性物质衰变产生。地球中央是熔融的地核，其温度可达4000℃（7200℉），周围被半液态物质构成的地幔所包围（图4-52）。地幔上面覆盖的是地壳，平均约17km厚。地壳的温度随着深度增加而增加，深度每增加1km，温度约上升30℃。地壳底部（地幔上部）的温度较稳定，约为1000℃，地核内部温度增高迟缓。如果只考虑平均地温梯度，则可被充分利用的热能都储藏于地壳深部以下。然而，一些地带内的地幔熔岩（岩浆）沿着断层或裂缝运移到地表附近，在地表2～3km处形成“热点”，使得局部区域的地表附近富集大量的地热资源，如地球构造板块衔接处的地震、火山爆发地带。地球有六大构造板块：太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。这些板块沿着扩张中心（即洋脊）向两边分离、生长，并向外移动，同时，板块之间沿着水平方向彼此相对移动、相互滑过或错动（图4-53）。在这些板块相互碰撞挤压的地方，巨大的力量可产生地震或隆升成山脉。在板块衔接处，热能通过地下岩浆迅速从地球内部向地表火山输送。因此，板块边缘成为高温地热田的主要分布地带。

图4-52　地球的层次结构

图4-53　地球六大板块及一些小的板块处相对运动状态（箭头指示板块运动方向）

（据意大利比萨地质及地球研究所，2004）

1—地热田分布；2—横切洋中脊的转换断层；3—俯冲带

（二）地热的类型及分布

世界范围内地热资源的分布具有明显的规律性。高温地热资源集中分布在相对狭窄的地壳活动地带，即全球板块的边界；而低温地热资源则广泛分布于板块内部，但在板块内部一些存在热点、热柱的地方也可能分布高温地热资源。

地热带划分为板缘（或板间）地热带和板内地热带两大类。板缘地热带是指沿板块边界展布的相对比较狭窄但延伸可达数千千米的高温地热带。板缘地热带因具有全球规模，而且首尾相接，故常常又被称为环球地热带，它的特点是：

（1）具明显的带状分布；

（2）地理位置上与环球地震活动带和活火山带重叠，或者位于年轻造山带的后缘；

（3）带内火山多喷出酸性或中酸性岩浆，这种岩浆来源较浅，且与壳内局部重熔活动有关，因而构成浅部水热活动的直接热源；

（4）水热活动的显示强度很高，水热爆炸、间歇喷泉以及绝大多数沸泉都出现在板缘地热活动带；

（5）热泉常常排出氯化钠型水，并常含有某些岩浆挥发组分；

（6）常出现经济价值很高的大型高温地热田。

板内地热带一般是指广泛分布于板块内部地带隆起区（褶皱山系、山间盆地）及地壳沉降区（主要是大型中新生代沉积盆地）规模相对较小的低温带。板内地热带属非火山型、无火山或岩浆热源。在板内无论是隆起区或沉降区，在构造破碎带或一些自流盆地内，都储存有丰富的中、低温地热能资源（150℃以下），地热田温度一般都低于当地沸点，多介于60～90℃之间。

二、地热系统

（一）地热系统的概念

地热系统是指高于或略高于正常地温梯度的区域，尤其是在板块边缘，地温梯度明显高于平均地温梯度。第一种地热系统，温度较低，经济深度内不超过100℃；第二种地热系统，温度跨度大，可超过400℃。

什么是地热系统？在这个系统中会发生什么？它可以被描述为“地壳中的流体，以整个地壳为散热器，利用地壳自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导热量”。地热系统是由热源、热储和流体三个元素构成的，它们是传递热量的载体。热源是一个高温（600℃）的岩浆侵入体到达地表5～10km处，或者说到达低温系统。热储是指能存储循环流体中热量的热渗透性岩层。热储上覆非渗透性盖层，通过大气降水补给连接到表层的补给区，通过温泉或钻孔排泄流体。地热流体来源于大气降水，由于温度和压力的不同而呈现液态相或气态相。这种水常常伴有CO2、H2S等化学气体。图4-54简化地描述了理想的地热系统。

图4-54　理想的地热系统示意图（据意大利比萨地质及地球研究所，2004）

（二）地热系统的机制

地热系统的机制为热体的对流，图4-55描述了中温地热系统的机制。对流运动是由重力场中的流体加热和加热后的热膨胀产生的；流体对流中的热量是地热系统的驱动力。热的低密度流体上升，被来自系统边界的冷的高密度流体取代。在正常情况下，对流往往会增加系统上部的温度，降低下部的温度。这里所描述的现象似乎很简单，但是一个真实地热系统的模型重建是很难实现的。它需要许多学科的知识和丰富的经验，特别是高温系统的重建模型。地热系统发生在自然界中，由于地质、物理和化学性质的不同而产生不同类型的地热系统。

图4-55　地热系统模型（据意大利比萨地质及地球研究所，2004）

1—纯净水沸点的参考曲线；2—从补给点A到排泄点E的典型循环路线图

（三）人工地热系统

在所有要素中，热源是唯一的自然资源。其他两个要素可以人为提供有利的条件。例如，热储中提取的地热流体，被用于推动地热发电站涡轮机运行后，通过注水井重新回灌到热储中。这样的自然热储由人工回灌补给。多年来，回灌已经成为减少地热开发对环境影响的手段，应用于世界各地。

通过注入井进行人工回灌，还可以帮助补充和保持旧的或枯竭的地热田。例如，在美国加利福尼亚州的间歇泉，是世界上最大的地热田之一，20世纪80年代末由于流体减少导致产能急剧下降。第一个项目是1997年推出的东南间歇泉污水回收利用项目，将经过处理的废水输入到地下48km深的地热田中。该项目已使之前因缺少流体而废弃的发电厂重新被使用。第二个项目是圣罗莎的间歇泉补给项目，每天用热泵将4150×104L的三级废水通过一个66km的管道从圣罗莎和其他城市的污水处理厂运输到间歇泉，通过专门的钻孔注入热储中。干热岩（HDR）项目，1970年首次在美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室进行。实验的流体和热储都是人工的。从钻井中抽出的高压水注入深部热的坚硬岩石中，引起沟通裂隙产生。流体渗入人工裂隙中并吸取围岩中的热量，这称作天然热储。然后，热储被第二个钻孔钻入，被用来提取热水。因此，该系统由以下部分组成：（1）水力压裂井；（2）人工热储层；（3）注水井—生产井系统。整个系统与地面工厂形成一个封闭的系统（Garnish, 1987）（图4-56）。

图4-56　干热岩的商业模式示意图（据辛力，2014）

三、地热资源的勘察

（一）地热资源勘查的内容

地热资源蕴藏于地下深处，地热资源的勘查内容主要包括以下五个方面：

（1）查明热储层岩性、空间分布、孔隙度、渗透性及其与常温含水岩层的水力联系。

（2）查明热储盖层的岩性、厚度变化情况以及区域地热增温率和地温场的平面分布特征。

（3）查明地热流体的温度、状态、物理性质及化学组分，并对其利用的可行性做出评价。

（4）查明地热流体动力场特征、补径排条件。

（5）在查明地热地质背景的前提下，确定温泉地热资源的形成条件和地热资源可开发利用的区域及合理开发利用深度；计算评价地热资源或储量，提出地热资源可持续开发利用的建议。

（二）地热资源勘查技术

从地热勘探技术来看，目前主要有：

（1）以地表浅孔测温、电法、重力勘探和微地震观测为代表的地球物理勘探法；（2）测定土壤中氡、汞、砷、硼、氦和二氧化碳含量异常的地球化学勘探法；（3）以断裂构造遥感解译和地热异常信息提取为主的遥感方法。

目前，地热资源勘探主要通过对地热生成的大地构造、水文地质等地质背景的研究，采用综合地球物理、地球化学和遥感等勘探方法圈定靶区，开展地热勘探工作。

1．地球物理勘探

地球物理勘探的作用是圈定地热田和确定开采地热流体的钻孔位置。目前，几乎所有的地球物理方法都被应用于地热勘探，着重点从探查含地热流体的地质和构造环境转移到探查流体本身。

电法勘探是一种较为简捷的方法，其目的是探测与地下水有成因关系的断裂构造的位置分布，圈定地下热水的分布范围，确定盖层厚度、热源位置及基岩岩性。电法勘探包括频率域探测法（如MT和CSAMT法等）、时间域法（如LOTEM法、TEM法及时间域IP法等）、直流电测深法和激发极化法等。

磁法勘探可分为航空磁测、地面高精度磁测等。它主要通过测量不同磁化强度的各种岩（矿）石在地磁场中所引起的磁异常，并研究这些磁异常的空间分布特征、规律及与地质体间的关系，从而做出地质解释。在沉积岩地区，磁异常一般是侵入岩体存在的反映，而侵入岩的存在又是地热形成的决定因素，是热能之源。

除电法和磁法外，其他地球物理方法还有如重力勘探、地震勘探和地热测井等。重力勘探是通过测量不同岩（矿）密度差异所引起的重力异常来达到寻找深大构造断裂、基岩坳陷中的凸起构造等地下热水存在的有利部位的目的。地震勘探是通过研究人工激发地震波的运动学和动力学特征来解决地质问题，这种方法弥补了时间域电法勘探在高阻屏蔽和深度上的限制。地热测井包括电阻率、自然电位、天然放射性等方法。地热测井从手段上还分为随钻测井、高深度数字测井等，该方法目前已跨出了纯地球物理勘探行列。

2．地球化学勘探

目前，地球化学研究形成了一套地热地球化学勘探的技术系列：在区域范围内，利用水系沉积物和土壤测量，可以快速发现和圈定地热远景区；在普查区内，在覆盖区用土壤测量，在露头良好（高温热水）区用岩石测量及水热蚀变研究，可以圈定热田范围；在热田范围内外，构造地球化学测量（包括Rn、Hg、210Po等）可以指示控制热水分布的浅部或深部构造，地层、岩体中含有的由铀（235U）经一系列衰变产生的氡（222Rn）可以沿着构造带、裂隙和地下水垂向运移并在地表富集形成氡异常，土壤汞量测量对浅部地下热水有很好的地面异常反映；在详查区内，通过土壤地球化学详查及测温测量能查明热水赋存的最有利地段；在热区内，利用地球化学温标，可以估算深部热水的温度，预测热储的可能温度，利用氢、氧同位素研究，可查明热水的补给来源、判断热源性质等。

3．遥感勘察

斯—玻定律表明：地表温度的微小变化可引起其对半球空间能量辐射出现明显变化。因此，地球深部热源以传导和对流方式传递到地球表面后形成的地表温度异常，可以很容易地被热红外探测器检测出来。基于多波段遥感数据的遥感地学解译和基于热红外遥感数据的地热异常信息提取是遥感技术勘探地热资源的基本研究思路与方法。

从区域角度来讲，喷气孔和热泉点所表现出来的地热异常，一般反映了浅部地热的存在和控热构造。埋藏较深的地下热水，通常是通过垂直裂隙系统以渗透或对流的方式传递到地表，形成比背景温度高的地热异常，这些地热资源受地质构造控制和地层岩石的物理性质影响。而通过对多波段遥感数据的地学解译，可获取研究区内断裂（包括隐伏断裂）、岩性、地貌等众多的构造、岩性及地理信息，这无疑为圈定地热资源勘探的有利区提供了技术参考。

然而，遥感技术在地热资源勘探中的成功应用应有以下前提条件：首先，地表必须有热异常存在，这种异常可以是直接出露于地表的温泉点或热喷气孔，也可以是通过热对流或热扩散方式在地表形成的高温热异常；其次，受地热影响引起的地面物体热变化在遥感图像上有显示，如泥火山、泥喷泉的出现，植被生态发生变化，耐高温植物的出现，受地热影响冰雪的局部融化等；最后，要具有较高温度分辨率的热红外探测器和较容易出现地热异常的成像季节、时间及良好的天气条件等。

（三）地热资源勘查技术综合应用

在地热资源勘查过程中，只有针对不同地热环境、不同勘查阶段，采用不同的勘探方法和不同方法的有效组合，才能达到合理投入、降低风险、提高经济效益的目的。例如，在高温地热区带和干热岩地区，要充分利用已有的航磁、航电、区域重力或水系沉积物测量资料，并同时适量投入重力、磁法等大比例尺精测剖面，开展面积性的浅层测温法、测氡法和磁法工作，适时投入钻探工程。而在中低温盆地地区，应加强研究储热盆地的构造特征、发展演化历史及其与储热性的关系，充分解译遥感、航磁、重力资料，可为评价优选储热靶区提供依据，该地热类型适合投入重磁精测剖面、电法及人工地震工作。

四、地热资源的利用

地热资源的利用包括发电和非发电利用两个方面。世界各国利用地热的经验表明，高温地热资源（在150℃以上）主要用于发电，地热发电后排出的热水可供直接利用；中低温地热资源（在150℃以下）则以直接利用为主。经典的Lindal图（Lindal, 1973）显示了不同温度的地热流体可能的用途（图4-57）。温度低于20°C的流体在非常特别的条件下或在热泵的应用程序中则很少使用。Lindal图强调地热资源利用的两个重要方面：（1）通过级联或结合使用可以提高地热项目的可行性；（2）资源的温度会限制可能的用途。现有的热加工工艺在某些情况下可以被改良，从而拓宽地热流体的应用领域。

（一）高温地热资源

根据地热资源的特点，高温地热资源主要用于发电。目前国内外对地热资源的利用技术主要有干蒸汽发电技术、地下热水发电技术、联合循环发电技术、干热岩地热发电技术等。

图4-57　地热流体利用图示（据Lindal, 1973）

1．干蒸汽发电技术

干蒸汽发电系统工艺简单，技术成熟，安全可靠，是高温地热田发电的主要形式。干蒸汽发电技术主要分为背压式汽轮机发电技术和凝汽式汽轮机发电技术。

背压式汽轮机发电技术是把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后使蒸汽推动汽轮发电机组发电，排汽放空或者送热给用户。大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量很高的场合，或者综合利用于工农业生产和生活用水。

凝汽式汽轮机发电技术为了提高地热电站的机组输出功率和发电效率，做功后的蒸汽通常排入混合式凝汽器，冷却后再排出。在该系统中，蒸汽在汽轮机中能膨胀到很低的压力，所以能做出更多的功，该系统结构简单，适用于高温（160℃以上）地热田的发电。

2．地下热水发电技术

闪蒸蒸汽发电是将地热井口引来的地热水先送到闪蒸器中进行降压闪蒸，使其产生部分蒸汽，再引到常规汽轮机做功发电。汽轮机排出的蒸汽在混合式凝汽器内冷凝成水，送往冷却塔。分离器中剩下的含盐水排入环境或打入地下，或引入作为第二级低压闪蒸分离器中，分离出低压蒸汽引入汽轮机的中部某一级膨胀做功。这种电站设备简单，易于制造，可以采用混合式热交换器。缺点是设备尺寸大，容易腐蚀结垢，热效率较低。由于是直接以地下热蒸汽为工质，因而对于地下热水的温度、矿化度以及不凝气体含量等有较高的要求。

中间介质法地热发电是通过热交换器，利用地下热水来加热某种低沸点的工质，使之变为蒸汽，然后以此蒸汽推动汽轮机并带动发电机发电。在这种发电系统中采用两种流体，一种是以地热流体作热源，它在蒸汽发生器中被冷却后排入环境或打入地下；另一种是以低沸点工质流体作为工作介质（如氟利昂、异戊烷、异丁烷、正丁烷、氯丁烷等）。这种工质在蒸汽发生器内由于吸收了地热水放出的热量而汽化，产生的低沸点工质蒸汽送入汽轮机发电机组发电。做完功后的蒸汽由汽轮机排出，并在冷凝器中冷凝成液体，然后经循环泵打回蒸汽发生器再循环工作。

3．联合循环发电技术

联合循环发电技术就是将蒸汽发电和地热水发电两种系统合二为一，它最大的优点就是适用于高于150℃的高温地热流体发电，经过一次发电后的流体，在不低于120℃的工况下，再进入双工质发电系统，进行二次做功，充分利用了地热流体的热能，既提高了发电效率，又将经过一次发电后的排放尾水进行再利用，大大节约了资源。该系统从生产井到发电，再到最后回灌到热储，整个过程都是在全封闭系统中运行的，因此，即使是矿化程度很高的热卤水也可以用来发电，且不存在对环境的污染。同时，由于系统是全封闭的，即使在地热电站中也没有刺鼻的硫化氢味道，因而是100%的环保型地热系统。这种地热发电系统采用100%的地热水回灌，从而延长了地热田的使用寿命。

4．干热岩地热发电技术

干热岩（HDR），也称增强型地热系统（EGS），或称工程型地热系统，是一般温度大于200℃，埋深数千米，内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。这种岩体的成分可以变化很大，绝大部分为中生代以来的中酸性侵入岩，但也可以是中新生代的变质岩，甚至是厚度巨大的块状沉积岩。干热岩主要被用来提取其内部的热量，因此其主要的工业指标是岩体内部的温度。

开发干热岩资源的原理是从地表往干热岩中打一眼井（注入井），封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水，产生了非常高的压力。在岩体致密无裂隙的情况下，高压水会使岩体大致垂直最小地应力的方向产生许多裂缝。若岩体中本来就有少量天然节理，这些高压水使之扩充成更大的裂缝。当然，这些裂缝的方向要受地应力系统的影响。随着低温水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个大致呈面状的人工干热岩热储构造。在距注入井合理的位置处钻几口井并贯通人工热储构造，这些井用来回收高温水、汽，称之为生产井。注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换，产生了温度高达200～300℃的高温高压水或水汽混合物。从贯通人工热储构造的生产井中提取高温蒸汽，用于地热发电和综合利用。利用之后的温水又通过注入井回灌到干热岩中，从而达到循环利用的目的。

（二）中低温地热资源

中低温地热资源可用于居民与工厂直接供热。这些热储通常含承压的地下热水。这些热水被带到地面，那里有一个热交换器将地热能转换成另外一种液体。接着冷却的地热能液体通过回注井被泵入回地下。被加热的液体主要是用于循环供暖、温室和水产养殖业。

地下热水用来采暖，不仅节约燃料，还可避免环境污染。地下热水可用于轻纺工业，不仅可以满足特殊工艺的需要，还可以提高产品的质量，节约大量煤炭、电力和软化水用食盐。地下热水有时还含有某些特殊的微量组分或气体成分以及少量的放射性物质，在一些热矿泉附近还常常积有矿泉泥，它们对人体的生理机能有益或有一定医疗作用。因地制宜地将地下热水用于建设温室繁育良种、养鱼、灌溉农田、繁殖饲料和绿肥，发展农村生产和经济，为农林牧副渔业服务，有十分重要的意义（图4-58）。

（三）地热资源梯度利用

地热资源开发存在热能利用率较低、资源浪费大等问题，直接利用方式具有50%～70%的热利用效率，而地热发电仅为5%～20%，剩余的热能则伴随地热水回灌到地下或者直接排放到自然环境中，不但浪费资源而且造成热污染，如何高效综合利用地热资源已成为国内外关注的热点。

图4-58　地热在室内供暖中的应用

（据意大利比萨地质及地球研究所，2004）

地热资源梯度利用是指结合地区需求，根据地热流体不同温度进行地热逐级利用。高温地热水首先用来发电，之后被用作工业烘干、农业育秧养殖、建筑供暖等，最后较低温度地热水用来洗浴。经过一系列的利用，尾水达到20℃左右，这样就最大程度地利用了地热资源，因此梯度利用技术拥有广阔的前景（图4-60）。

五、地热资源的发展

（一）地热资源发展存在的问题

1．可持续发展问题

随着地热资源利用领域的拓宽和社会需求的增加，地热资源给人们的生活带来越来越多的好处，但是人们对地热资源的综合利用价值和产业化开发利用的意义认识不足，将地热混同于一般的矿产资源或水资源。一些地热资源丰富的地区未能建立有自己特点的地热产业，使宝贵的地热资源开发停留在低层次、低效益的水平上，且资源浪费现象严重，相当一部分地区天然的温泉没有充分利用，被白白浪费；一些开发商对地热资源的特点认识不清，造成地热资源得不到合理开发和有效保护。

地热资源是在特定的地质、构造、水文地质条件和水文地球化学环境条件下形成的，由于埋藏深，补给途径远，再生能力弱，其资源量是有限的，并非取之不竭。要保持其资源的长期连续稳定开采，应做到有计划合理开发利用，并防止盲目无序随意开采造成资源浪费和环境地质问题的发生，否则就会造成资源的快速枯竭。

为实现可持续开发利用的目的，在开发中，要采取行之有效的措施，建立资源利用中心的高教低耗体系，要积极推广应用高新技术与设施，提高地热开发的科技含量，发展节约型、效益型的开发利用模式，努力提高地热利用率，减少资源浪费，使地热创造更高的社会、环境、经济效益。

图4-59　地热资源的梯度利用（据意大利比萨地质及地球研究所，2004）

2．环境保护问题

地热资源的开发利用可能产生的环境问题是多方面的，主要有水污染、热污染、空气污染、土壤污染、地面沉降等。

（1）地热开发利用过程中，必然向大气和水体排放大量的热量，造成周围的空气或水体温度上升，影响了周围环境和生物的存活生长，破坏了水体的生态平衡。

（2）地热资源的开发利用过程中，热流体中所含的各种有害气体和悬浮物将排入大气中，造成空气污染。

（3）含盐量较高的地热水排入农田将侵蚀土地、破坏植被，会造成严重的土壤板结和盐碱化，同时地热水中不同程度地含有氧、铀及钍等放射性元素，对人体健康有不同程度的危害。

（4）长期地热流体开采而不回灌，将导致地面的沉降和水平位移。

所以，地热开发利用过程中引起的环境问题是不容忽视的，只要正确认识这些问题，给予必要的重视，且积极、认真地研究，采取各种有效的技术措施，严格监测和防治，是可以解决和控制的。

（二）地热资源发展前景

随着传统不可再生能源应用危机显现，寻求新的能源成为缓解能源危机的重要措施。地下储藏的地热能是巨大的（表4-8）。

表4-8　全球范围内的地热潜力表（据国际地热协会，2001）

随着地热资源应用，地热产业规模化发展与地热能源的梯级应用成为其发展的主要趋势。推动地热产业规模化，有助于提高地热能源应用效率；通过梯度应用形式，可以实现最大限度的地热能源应用，减少环境污染问题。

在2010年世界地热大会中，提出了增强型地热系统，推动增强型地热系统。实现地热资源循环应用成为地热资源发展的重要趋势。增强型地热系统又被称为干热岩地热，其原理为：由地表面向干热岩打井眼，封闭井孔后向井内注入温度较低的水，高压水让岩体产生较多裂缝，随着低温水增加，裂缝逐渐发展并扩大，最终形成一个大型人工干热储结构，采取这种方式实现热循环应用。此外，浅层地热能的存在较为普遍，加强浅层地热能开发，实现规模化浅层地热能应用，具有广阔的发展前景，如我国北方大部分城镇在冬季需要供暖，供暖天数在120天以上，煤炭消耗量巨大，通过开发浅层地热能，可以有效降低煤炭应用量，实现综合效益。

开普勒太空望远镜的唯一任务是在星系中寻找与地球大小相同的行星，并估算出银河系中数十亿颗恒星中有多少颗有这样的行星。开普勒团队在《天体物理学杂志》上发表报告称，他们在去年发现了1284颗新行星。NASA总部首席科学家艾伦·斯托芬(Ellen Stofan)表示:“这一消息使开普勒望远镜确认的行星数量增加了一倍多。”如果我们把其他望远镜发现的行星也算在内，目前已证实的行星数量已超过3200颗。

阿马里亚太阳能光伏电站

葡萄牙仅靠可再生能源就运转了107个小时——4天多一点。SolarPower欧洲公司的首席执行官詹姆斯·沃森说:“这对一个欧洲国家来说是一项重大成就，但今天看来非同寻常的事情，几年后将在欧洲变得司空见惯。”2015年，葡萄牙48%的电力来自可再生能源。

自2015年7月冥王星飞过以来，新地平线号宇宙飞船一直在向地球传回照片。冥王星令人难以置信的距离是它花费如此长的时间发送所有这些数据的原因。所有的高分辨率图像最终到达我们手中，使美国宇航局得以完成这幅拼接图，它横跨了新地平线号飞船飞过冥王星时所面对的半球影像。

来自瑞典的天文学家已经确定神秘的第九大行星。他们说，大约45亿年前，这颗行星在与另一颗恒星的一次近距离接触中被我们的太阳引力“俘获”。据估计，第九大行星的质量大约是地球的10倍，距离太阳的距离是冥王星的75倍。那么大的行星在那么远的地方形成的可能性是无穷小的。

USNW工程

澳大利亚工程师创造了一项新的世界纪录，他们发明的光伏电池可以在不使用集中器的情况下获得34.5%的太阳能，打破了之前24%的纪录。这里的关键词是“没有集中器”。德国能源智库Agora Energiewende此前设定的目标是到2050年实现35%的能效。这些新的太阳能电池也更小，这将使太阳能更便宜。新南威尔士大学的马克·基弗斯说:“从每束阳光中提取更多的能量对于降低太阳能电池的发电成本至关重要，因为它降低了所需的投资，并能更快地产生回报。”太阳能电池效率的理论极限是53%，我们现在已经完成了三分之二。

临床试验表明，神奇蘑菇是一种有效的治疗抑郁症的方法。裸盖菇素是一类具神经致幻作用的神经毒素,含有该类毒素的墨西哥裸盖菇 ，被称为“神圣的蘑菇”或“幻觉蘑菇”,在墨西哥土著人的某些宗教仪式中使用了数百年。12名志愿者接受两剂裸盖菇素治疗，间隔7天，并在接下来的3个月进行评估，志愿者报告说，他们的焦虑和感觉快乐的能力持续改善。研究人员说:“这项研究为裸盖菇素治疗抑郁症的安全性和有效性提供了初步支持，并激励人们进行更严格设计的进一步试验，以更好地检验裸盖菇素的治疗潜力。