（通讯员  邓辉）

讲座题目：透视新科技——滚烫的岩石          

主 持 人：胜  春

做客嘉宾：王贵玲，自然资源部中国地质调查局水文地质环境地质研究所研究员。

                胡圣标，中国科学院地质与地球物理研究所研究员。  

讲座时间：2025年10月20日～10月26日

（备注：讲座视频可循环播放）

https://article.xuexi.cn/articles/video/index.html?art_id=12917873802675879502&read_id=6161c60e-4c12-421b-9725-fc22b78b3ff8&ref_read_id=89adf96c-0f6b-45dc-b882-dd2c50fe52b5&reco_id=&mod_id=&cid=&source=share&study_style_id=video_default

透视新科技——滚烫的岩石

讲座内容：

各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。干热岩作为一种绿色清洁的可再生资源，一直被科技界看作是潜力巨大的未来能源之一。如果有一天实现了干热岩的开发，它到底会给我们带来什么呢？我们通过短片进入今天的节目。从太空看地球是一个蓝色的星球，然而从地表进入地球内部，就会发现这是一个充斥着高温的火球。地球的核心有着与太阳表面相近的高温6000°C，大量放射性物质的衰变持续释放着热量，从地核到地表地球的温度逐渐降低，最终低到足以让人类可以生存。在人类脚下大约3到10公里的地方，有一些巨大的岩石，内部蕴藏着大量的热能，科学家称它为干热岩，从发现它的那一刻开始，人类就一直想开发利用它，然而直到1974年，这个梦想才得以实现。历经十几年的努力，我国科研人员在干热岩开采上有了新的创新。2022年1月，中国研制的4200米重力热管采热试验装置试运行成功。首次在国内实现了干热岩热能的长距离输运，也为中国干热岩的开采利用奠定了技术基础。作为一种新型绿色能源，干热岩具有哪些优势？未来它又将如何发展呢？

首先，我们给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，一位是中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员王贵玲，另外一位是中国科学院地质与地球物理研究所研究员胡圣标。干热岩也算地热的一种，比如我们常见的温泉。我们传统地热学上的地热资源包括了两类，一类是水热型的地热资源，就是说它除了有高的孔隙度，高的渗透率，富含流体，而且温度还高。我们把流体采出来，就把热（量）采出来，这是水热型地热资源。温泉它属于水热型地热资源的一种表现形式，但是它的温度是比较低的，就是温泉90°C以下，90°C以上到150°C或者更高的话，它是蒸汽，它是喷气孔，或者蒸汽地面等等，另外相对应的就是干热岩，它低孔渗没有流体或者只有很少量的流体，我们无法把高温的岩石中的热量，通过采出流体而采出来，这就是干热岩。干热岩有热无水，所以它两个是差别非常明显的。我们干热岩的基本定义就是埋藏在地球深部几公里的范围之内，温度大于180°C的高温热岩体，它里面没有流体或只有少量的流体，那么这种致密的岩石，它就叫干热岩。

干热岩不是指的地核的岩石，是指我们脚底下浅部的十公里，这个岩石里面所富含的热量，再往深我们没法开采，就不叫资源了，那是一种热量。如果是地热资源就是指我们可开采、可企及的这么一个深度范围，比如说我们钻井的深度，如果我们现在最深的可能七八公里，将来可能达到更深。在现有条件下，就是说我们只采浅层的、可企及的深度范围。干热岩跟传统能源比较起来，它的优势体现在哪儿？干热岩最大的一个特点，分布广泛和储量巨大。从全球来看，整个全球的陆区，干热岩总的储量到3到10公里，这个深度范围内是相当于标准煤是4950万亿吨。我们国家在2012年的时候，中国地质调查局对我们国家陆区干热岩的储量做了一个评估，总的储量是860万亿吨标准煤。这是什么概念？你像我们国家每年的一次能源消费都是在40到50亿吨标准煤左右，那么这个里面就说860万亿吨，就是和我们每年我们国家的能源消费总量比较来看，差了五个数量级，所以它储量是巨大的，而且它是分布非常广。比如说我们地球地核的温度达到6000°C，那么从我们每一个人的脚下往深部走，温度是越来越高的，那么也就是说我们在一定的深度，比如说5公里、8公里的深度范围内，每一个地方都有可能达到我们干热岩的标准，比如180°C这种温度，都是分布非常广，就是储量非常大。

我们（干热岩）可利用的系数高，大概可以达到72%到76%，相对于风能、太阳能而言，风能大概是21%，太阳能是14%，但是这风能、太阳能是看天吃饭的。我有风才有风能，有太阳才有太阳能，但地热能是地球固有的，地球深部都有这个热存在，它的利用系数相对来说比风能、太阳能要高，不用看天吃饭，是一种稳定的基础载荷。因为干热岩本身热量的主要来源，就是地球深部向上传输的热量，那么这个热量它是源源不断地从地球深部向浅部传输的，比如说整个地球，地球里面深部的热量传到浅部以后，它要释放这种热量，一个是大地热流释放，我们每平方米多少热量，50毫瓦的热量释放出来。另外一种地震、火山喷发，这都是释放热量的过程，那么这个释放的同时，保证地球温度的一个平衡状态，有一部分热储存在地球里面，那么这个热量源源不断地向浅部补给，所以说它是一个可持续利用的一个能源。从利用的角度，干热岩它既可以发电，用高温的蒸汽来发电，这个发电后的尾水可以梯级利用，比如说洗浴、温室大棚，最终这个水还是要原位回灌下去，就是为了不污染环境，所以高温的发电，中低温梯级利用，然后最后要回灌的。

这个干热岩我们把它说是一种绿色能源。绿色能源主要指的是这种能源在使用过程中不会产生污染，干热岩的使用过程中，它就只是取岩石中的热量，把它取出来是个物理过程，它不像燃烧煤炭、石油和天然气一样，燃烧以后它会排放一些温室的气体，比如二氧化碳等等这些东西，它会排放这些，那么它会造成污染。比如说把一个铁块，你给它烧热了，烧热了放到凉水中去，铁块中的热量传到凉水中，水温度就上升起来了。这个过程是一个热的、传输的一个过程，不发生化学的反应，没有污染，所以说它是一种清洁的能源。在过去200多年的时间里，石油、煤炭等化石能源推动了人类社会的快速发展，但是随着时间的推移，不可再生的化石能源储量告急。与此同时，化石能源燃烧带来的污染问题也日益严峻，所以近些年开发利用绿色的新能源成为全世界的目标。干热岩储存量大又清洁，是一种备受期待的新能源，如此重要的能源，为何到现在才开始被重视和尝试开采呢？那既然是这么好的绿色的能源，我们之前为什么没有开采？

1970年的时候是从美国开始研究这个事情，他们打了3000米的一口井，温度达到200°C，是准备打地热水井，打下去以后它是一个干的井，下去以后没有水，没有水但是温度很高的情况下，那么怎么办？然后科研人员就想着办法把这热量置换到水中，然后再（拿）出来再使用。那么到1974年左右，实验性地发电开始利用。因为干热岩它本身储存在地球的表层往下，我们要打很深的钻孔下去，这地方就是成本相对比较高，造井成本比较高。从经济的角度来说，它还是不经济，因为地热着重用的是传统的地热资源，水热型地热资源，我把水采出来，或者把蒸汽采出来，热（量）就采出来了。干热岩我没有流体可采，所以这个开采的难度非常大，就是一直只是做科学实验，而没有产业化的开发。干热岩与温泉一样，都属于地热资源的一种，但是它所处的位置和所携带的高温，也让干热岩的开采异常困难。干热岩埋藏在3至10千米深的地下，温度在180°C以上，最高可以达到近千摄氏度。地下高温、高压阻碍了人类进入地球的内部，目前人类向地下钻探最深也只能钻到12.2千米，但是用了22年的时间开采石油的普通油井，深度大约在3000米左右，要想钻到地下3000米以下，甚至达到10千米，难度非常大。如何能找到较浅层的干热岩，并将它的热量开采出来，就成为科研工作者需要突破的技术难关。我们怎么来开发和利用干热岩的能量呢？

现在正在做的（开采）干热岩的办法，就是我们的人工储层建造，像天然的储层就是下边有高渗透性的，有储水的一些东西、一些地层，那么致密的地层里面，它是没有这种储层的，那么就人工压裂。人工压裂是怎么做？就是我们先打一井，我们用高压注入我们的流体叫水力压裂，注入流体了以后，它就改变这种整个地层的应力结构，然后岩石产生破裂产生裂缝。产生裂缝以后，我们在这口井的周边再打一口井或者两口井，那这些井连通以后，通过下面在干热岩体里面进行裂隙连通，裂隙连通我们从一口井里面注入低温的水、冷水，然后（冷水）过来以后加热，从这口井里面再出来，高温的是流体，或者是蒸汽，那么这就是我们整个开采的一个基本过程。我们想一个比较浅的道理，生活当中砂锅，人人家都有，如果你干烧的话，再倒进凉水很容易炸裂是一个道理。对，一回事。这种天然的这种，对我们技术上的考验，也阻碍了我们这项能源的开发和利用。我们现在或者未来可以解决吗？现在依然都在研究探索的一些过程中，这个技术的发展到现在来看，50年的时间没有特别明显的进展，现在美国也在研究，中国现在也在探索这种东西，但是这个解决应该是随着技术的进步是肯定能够解决掉的。

那从我们国家科研角度，我们的技术走到了哪一步了？有一项技术，这是中国的一个创新，叫重力热管，这个管道壁的热导率非常高，是普通的金属一千倍以上，然后再把这个管子放到干热岩井，井里面有一个工质氨，它一受热就很快速地蒸发掉，变成蒸汽了。因为重力的作用，不需要动力，就自发地就传到地表来了，就相当于我们把一个传热非常快的锅放到高温的干热岩中，周围的井壁跟锅之间的一个热交换，不需要进行压裂，不需要拘于流体来换热。打一口井到干热岩的所在之处，施加压力把水注入，同时压裂干热岩产生裂缝，水在经过这些缝隙之后变成高温水或者蒸汽，从另一口井出来，这是传统干热岩开采的过程。我国创新的重力热管技术是把一根热管深入到干热岩层段，热管的管壁是一种导热速度极快的材料，热管内装有沸点很低的氨水，在接触到炽热的井壁之后，氨水很快变成氨蒸汽，在重力的作用下返回地面。重力热管技术只需要打一口井，不用压裂岩石，也不用消耗其他能源，是一种更节能的技术。有人有一种说法，说对于干热岩的开发和利用，会不会带来地震呢？

因为毕竟是你动了地下的岩层的结构，这个高温热岩体是致密的，岩石中的热量就很难直接被利用出来，所以说我们一定要用一种介质，把这热量从这里面置换出来。那么要置换出来，就需要我们这个介质和干热岩体要充分地接触，接触面积要大，就要求我们把这致密的岩石给它压裂，那么这个裂缝产生的过程中，应力的再分配的这个过程就会诱发地震，那么这个里面一般诱发的地震是在这种致密的地层里面是可控的。但是如果这种压裂的过程中，我们注入的这种流体遇到了一些天然存在的一些断裂带，已经天然存在裂缝，那就有可能诱发比较大的一些地震。比如2017年在韩国的浦项，那个地方在干热岩的开采过程中，也是4000多米的地方，他们在开采这个压裂的过程中，引起了5.4级的一个地震，5.4级也是破坏性地震了。地震不是完全不可避免，就是有可能诱发地震，但是这个是水力压裂的一个弊端一个缺点，我们除了这个水力压裂以外，我们还可以通过化学压裂的方法，就对于特定的地质条件下，它的岩性不一样的话，可以被溶解，用特定的化学溶剂来把岩石溶出溶洞、孔洞来，让水跟裂缝一样来让水来通过换热，所以化学压裂它就（大概率）不会诱发地震了。比如说我们对一块砖头来进行压裂，我们水力压裂相当于是我们用一个榔头来敲碎这块砖头，它会产生一个巨大的震动，而化学压裂我们是用化学溶剂来把这里面溶出一些小的溶洞来，它不会有震动，不会诱发地震。

另外一个就是在有些地区，比较稳定的地区，甚至国外有的实行爆破压裂，用爆破压裂的方式来产生更大的一个压裂空间，这样的话压裂空间越大，采出来的热（量）就越多。目前全球范围内而言，干热岩的开发都仅仅是处在试验阶段。都是试验阶段？就全球都在努力地往这个方向推进，就是在减少地震，不诱发地震的前提下，怎么样把这个热（量）采出来。对于干热岩的开发，还有很多人质疑，说它可能缩短地球的寿命，这到底是怎么回事？也有人问过这个事，其实我们现在开采的热量和地球本身所储存的热量来比较来说，它是九牛一毛非常小的一个数据。但是对于一个小的区域，一个场地上开采来说要适度开采，比如说我们在一个50平（方）米或者一平方公里范围内我要开采，那么这个量就是说有一个适度的量，适度的量并不是怕冷却地球，而是要保证它的可持续性，就相当于我们吃火锅一样，下边是有炉子在烧着的，所以说我们火锅中的水它一直是热着的。那么，但是从大区域来看，它这个热量基本是稳定的，只有在小区域的时候，比如说你火锅里放的菜多了，它（水）不开了，放的菜少了，它（水）是开着的状态，那就是说适度开采，它这里面是一个可持续开采的一个过程。

刚才您特意强调了一个词叫“适度开采”。火锅是烧着炭，而咱们干热岩这个事情，它这个不是下边烧着炭，而是地球内部自身产生的热量。比如放射性的物质，铀、钍、钾等等这些放射性物质，它衰变过程中自身产热，就这个热量是由地球深度而产生的一种热量。这个热量是取之不尽的吗？这个热量目前对人类的需求来说，是取之不尽的一个量。为什么要加上前面的限定呢？因为地球本身它在变化的过程中，从历史上来看也是一个变冷的一个过程，比如说地球内部的这种放射性的衰变，它一定是有一定的总量，它这个总量的衰变过程中，它的温度是要有变化的。我们脚底下地球深部的热（量），是源源不断地往大气层在散发这叫热流。就在往外散热，所以这个地球经历了45亿年都没有冷却，就说明地球内部的热在源源不断地生成，量是巨大的，不是短时间内能够冷却掉的，就是说你如果过度开采，它会发生热突破，就是温度突然剧降，就是降得很快。就相当于什么？相当于我们身体是热的，在这个表皮上放了一个冰块在这儿，稍微局部地降温，这个不会对整个身体或者对整个地球产生颠覆性的影响。

那目前我们国家对干热岩的开发程度是什么样？自然资源部中国地质调查局这几年一直在做这方面的工作，做干热岩开采的实验性工作，因为我们对干热岩的开采，我们国家起步是比较晚，像美国是（上世纪）70年代开始的。我们真正做干热岩，也就是2012年左右，2010年之后，我们才十来年的时间，对储量的评估，开采的试验性的工作时间是非常短的，到去年（2021年）的时候，中国地质调查局已经在青海共和，实现了发电并网。虽然量比较小，一个是共和盆地的干热岩的地热发电试验，这是第一个咱们目前的一个标志性的（项目）；第二个就是煤炭局在河北唐山马头营，勘探以后也准备进行发电；第三个是苏北盆地，它也钻到干热岩，也想用它来发电，因为江苏是一个经济大省，也希望在这方面往前推进一步，所以目前就是看到的，正在推进的就这三个地方。像澳大利亚、德国、法国、日本，包括韩国，他们都在做一些尝试，到现在就是说这个技术目前从全世界范围来说都依然不成熟，就是说它开采的成本比较高，规模比较小，都还处在一种探索的阶段。可喜的是经过我们不到十年时间的探索，我们基本上已经走通了采热的这套过程，就是说我们从打井找到高温的热岩体，然后我们通过水力压裂，造了人工的储层，通过对井的开采，我们把高温的热水和蒸汽，循环出来实现了发电，那么这个过程我们已经走通，就是掌握了这套技术，那么未来的时间我们就可以在这个技术的基础上，进一步地改进我们的技术，进一步地提高开采的规模，降低它的成本。

根据中国地质调查局的评估，我国3到10公里内干热岩储量折合标准煤856万亿吨，而在2021年，我国全年能源消费总量是52.4亿吨标准煤，如果干热岩能够大规模开采，将对我国能源是一个重要补充。在十几年的时间里，中国科学家在干热岩的开采方面进行了许多创新性的研发，目前中国干热岩钻井深度已经超过4千米，并且向着更深层探索。但是，距离干热岩大规模开采和应用，似乎还很遥远，干热岩开采还存在哪些瓶颈？什么时候才能走进千家万户呢？那未来我们还需要攻克哪些技术上的瓶颈？造人工这种热储，造储就是地层是一个实（心）的石头，造裂缝就是造上一条裂缝那不行，还要造一些比较复杂的一些缝网，让它接触面积很大，流速不要很快。那么，这个过程是非常困难的一个过程，就地下这个实心的石头里面，我们造出一些复杂的一些缝网，让这个水进去以后，充分地和这高温的岩石接触，出来以后（是）高温的蒸汽，那么这是一个主要的技术瓶颈。把一个坚硬的球体，里面是有很多的热量，当人想把这个热量取出来，上面要扎很多的孔，所以对它整个的质量、坚固度可能会有影响，所以这是我们要突破的一个难题。

干热岩的开采它本身有一个很典型的一个特点，比如说我要造一个储层，这个储层在不同的地区，它地质条件不一样，它是完全不同的，就是这个地区造储是这个地术，到另外一个地区以后，造储的时候另外一种技术。是因为地质环境决定的吗？地质环境决定的，它的不可复制性，那么就是说特定的地区有特定的技术模式，比如诱发地震也好，造成的裂缝的一些规模，一些产状规模也好，连通性也好，它这个都是有千差万别的，未来有没有新的一些颠覆性的技术的引入。比如说我们把热能直接转化为电，颠覆性技术的出现，那么未来要实验一些热伏发电等等一些颠覆性技术的实验，这是如果要能有些突破，它才有可能更好地上市。干热岩只做科学实验和探索还处在这个阶段。还需要很长的路要走？干热岩资源量大，但是一种未来能源还有很长的路要走。有朝一日我们真的克服技术难关了，可以在家庭当中使用到干热岩提供的能量的时候，那个时候我们的生活会有哪些改变？一个是能源结构的优化问题，就是它如果能够克服了技术难题，我们有新的重大的技术进步，降低了成本，那么它的利用量增加，就是我们国家的能源结构中这种清洁的能源、绿色能源的占比进一步地提高，优化我们的能源结构，这种优化能源结构也是标志着我们减少了化石能源的消费，化石能源的消费降低以后，那么我们保证了我们这种环境的进一步的清洁。

能源的安全对于一个国家，跟国防安全同样重要，比如说我们现在进口这个煤炭，进口石油、天然气，一旦外部的供给没有了，我们怎么办？这就涉及到能源安全问题，如果我们能充分地开发利用干热岩，干热岩尽管是一种未来能源，但它对国家的能源安全也是有意义的。干热岩它本身叫本土能源，本土能源就是我们脚底下的，我们自己有的能源。比如说我们的石油、天然气，我们依赖进口，那么这个东西是我们自己的能源，就在我们的脚底下。这是一个本土能源，这是它的一个优势。干热岩未来如果要是突破了技术瓶颈，降低了成本之后，它不光可以用于发电，它还有其他方面的利用，它可以走到每家每户中去。比如说我们现在已经突破了这种浅层地热能的利用，那么我们每家每户都可以用它来供暖、供冷，那我们干热岩一旦突破技术以后，我们的成本大幅度地降低，而且我们开采技术大幅度地提高，那么我们就可以在不同的地区分散式地，家家户户就可以用它来开采热能，用于电，用于供暖。也就是说到未来如果能突破这种技术瓶颈，在浅部能够开采比较好的热能资源的话，那么非常便利。但愿未来我们的科技不断发展，人类能够安全成功地利用到这种能源。好，也感谢您来到我们演播室当中，感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目，如果您想了解我们更多节目内容，可以下载央视频，收看我们过往的节目。今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。