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第一章绪论
随着社会的发展,寻找清洁能源势在必行。地热能作为安全、稳定、可续持的绿色能源是助力我国实现“双碳目标”的重要能源。概括讲述了地热能源特点、成因及分布特征。简要介绍了地热资源的分类,回顾了我国及世界地热能的发展历史及趋势。给出了地热资源发展中存在的问题及应对措施。
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●1.1地热工程学概述
讲述了什么是地热能,地球的演化及地球的结构与地热能的形成,我国地热利用的历史及发展现状及趋势。地热工程学的定义及主要内容及在地热工程中的作用。
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●1.2地热资源概况
讲述了什么是地热能资源,我国地热能资源的潜力及发展现状,地热能在我国能源领域的及地热产业发展方面的战略意义。
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●1.3地热资源开发利用
地热资源开发利用现状、地热资源开发利用存在的问题和地热资源开发利用发展趋势。结合国家发展规划,介绍了我国地热产业发展的战略规划。
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第二章地热资源成因及其分类
本章介绍了地热资源的成因,地热资源的分类、世界地热资源的分布特征与我国地热资源的分布特征。
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●2.1地热资源成因
地球本身就是一个庞大的热库,除了地球自形成以来自身储存的巨大热量之外,地球内部的放射性元素衰变还会产生源源不断的热能量,地球的地质构造运动也会产生热量。为地球提供热量的热源分除了地球内部本身之外,地球外部的太阳热辐射,潮汐作用等。
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●2.2地热资源的分类
分别讲述了地热资源按照赋存状态来进行划分、按照温度的高度进行分类、按近期岩浆活动分类以及按照地质环境和热量传递方式进行分类。
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●2.3地热资源的分布特征
讲述了世界主要地热带的分布特征以及全球几个重要的地热带,我国地热资源的分布特征及我国地热资源分布的主要特点。
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第三章地热资源勘查方法与评价
讲述了地热勘查的任务、目的及主要任务,结合工程案例详细讲述了地热地球物理勘查方法及应用、地热地球化学勘查方法及应用、地热钻探等技术。
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●3.1地热地面调查
讲述了地热地面调查的主要内容、资料的收集和分析及地面测绘。
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●3.2地热地球化学
概括介绍了地热地球化学勘查的主要方法及基本原理
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●3.3地热地球物理勘探
概括介绍了地热地球物理勘探方法及基本原理
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●3.4地热钻探法
介绍了地热钻探的目的、钻探工程控制、地热田钻探的具体工作、钻井过程中的简易观测要求、地热流体以及土岩实验分析、完井试验与回灌试验等。
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●3.5地热遥感技术
概括介绍了地热资源的勘探与评价方法
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●3.6磁法地热勘探
地热资源的地球物理勘探是通过岩性、构造、地下水等物理响应以及热的物理响应来开展勘探工作的,其磁化率为地球物理响应参数之一。为此,磁法地热勘探则是地热资源勘查一种常用方法,主要用来确定断裂构造带位置及走向,圈定侵入岩体范围,从而预测侵入岩体对形成地热田的影响程度,帮助勘探者了解沉积盆地的范围,以及盆地内基底起代情况。
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●3.7地热地球物理勘探概述
地球物理勘探作为地热勘查中不可或缺的手段。本节以地热地球物理勘探的物理前提为背景,引出井-地-空三位一体的各种地球物理勘探方法。针对地热资源研究中的不同阶段,概述不同地球物理勘探方法的目的及意义。
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●3.8电磁法
电磁法勘探作为地热地球物理勘查中极其重要的一种手段。本节从电磁法勘探的概念出发,针对电磁法为什么能应用于地热勘探,如何开展电磁法勘探等核心问题,概述了电磁法地热勘探的物理前提与方法特征、仪器设备与资料处理以及电磁法勘探目的与意义。
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●3.9案例1
本节以广东阳江新洲地热田为例,讲述如何利用重力、磁法、自然电位法及电磁法等综合地球物理手段,研究该地热田控热构造与成因模式以及靶区选址与钻孔布设等。
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●3.10案例2
本节以山西大同盆地为例,讲述如何利用大地电磁、音频大地电磁等综合电磁法勘探手段,研究该区域地热系统与热机制、高温靶区选址及钻孔布设。
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●3.11地热地球化学勘查
地热资源作为地质矿产资源的一部分,存在于地质体中,并受地质作用的影响,或出露于地表或储存于地下。地球化学勘查作为地质矿产资源勘探的手段之一,可使用地球化学理论和指标寻找和评价地质体中的矿产资源,也包括地热资源。本节从地球化学勘查的基本概念和地热资源地热发生的地球化学过程和地热环境的地球化学过程两个因素,导出地热地球化学勘查的概念与内容。即地热地球化学勘查(Geochemical Exploration for Geothermal Resources)是应用地球化学理论对地热资源勘查的技术和方法。地热地球化学勘查的对象就是地热资源,包括水热型和干热型地热资源。
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●3.12岩石地热地球化学勘查
地热资源分浅层地热能资源、水热型地热资源和干热岩资源三种类型,而干热岩资源就是以固体岩石为载体的。上地壳中地热在空间改变(迁移与扩散),无论是地下热水的对流型热传输,还是无水的固体地质体的传导型热传输,均是发生于固体岩石中的。而存在于上地壳的地热资源,无论是来源于地球起源时的熔融岩浆余热,还是来源于地质体放射性元素的衰变生热,均是以固体岩石作为主体介质的。热在传输过程中,如地下水的对流型热传输,随着远离热源,温度降低,地下水中的矿物质发生析出,而沉淀于通道的岩石上,留下岩石地球化学痕迹;如岩石的传导型热传输,随着热传输推进,原始岩石温度被增加,而使岩石中的矿物发生交代作用(蚀变作用),留下岩石地球化学痕迹。这些“痕迹”,即岩石地球化学用以勘查地热资源的重要指标。本节在讨论地热岩石地球化学理论基础上,介绍了蚀变矿物的地球化学勘查和华南燕山期花岗岩生热地球化学评价两个岩石地球化学勘查的实践案例。
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●3.13水文地热地球化学勘查
水热型地热资源的发现和开发,历史悠久。近代对地热的勘探也是首选水热型地热资源。故在地热地球化学勘查中,水文地球化学勘查较岩石和气体地球化学勘查更具有成熟的理论和丰富的案例。本节在讨论水热地球化学作用、地热流体的地球化学特征、流体的同位素特征和储层温度的估算等地热水文地球化学理论的基础上,介绍了广东省惠州市重点地区地热资源勘查的水文地球化学勘查实践案例。
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●3.14气体地热地球化学勘查
多年以来,基于水热型地热的勘探与开发,地热系统水一岩作用的研究取得了重大突破,也在开发地热资源的工作中发挥了重要作用。随着世界范围内探索可再生能源热潮的来到,高温地热资源的开发更引起人们的重视。传统的水一岩作用已很难再适应当前勘探与开发的需要。在一些高温地热异常区,直接的热异常显示的是喷气孔,无热水出露。有些地热井地质构造复杂,热储温度高,地热流体主要是气相物质。在这些条件下,开展地热系统气体地球化学的研究能够帮助人们了解深部热储温度。另一方面,监测地热生产井排放气体组分的变化,可以掌握深部热储的动态变化。地热产生、储存和迁移过程所发生的地球化学作用中,释放出的气体组分成为地热气体地球化学勘查指标。本节在讨论地热过程中气体的来源、气体地热温度计和稀有气体地球化学等地热气体地球化学的基础上,介绍了地热系统断裂构造勘查、地幔对流及分布勘查和氡的地球化学勘查等气体地球化学勘查实践案例。
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●3.15地球物理测井
介绍了地球物理测井的方法、仪器、特点及应用。
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第四章地热资源利用
介绍了地热资源制冷原理、地热直接供暖地热发电方法技术及地热养殖、烘干及梯级利用技术。
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●4.1地热制冷
介绍了单机溴化锂吸收式制冷机与两级溴化锂吸收式制冷剂及的基本原理、相同点及区别。
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●4.2地热供暖
地热供暖与锅炉供暖的区别、地热供暖系统的组成和分类。
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●4.3地热发电的定义
概括介绍了地热发电的发展历史及我国地热发展的历程及现状。
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●4.4地热发电的类型及典型地热电站
分别介绍了地热蒸汽发电、地下热水发电、全流地热发电和干热岩地热发电的原理,介绍了世界上典型的地热发电站。
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●4.5地热能其他利用技术
介绍了地热在农业养殖、水产养殖、禽类孵化及农产品和工业干燥方面的利用。
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第五章浅层地热能工程技术
简要概述了浅层地热能的分类,优缺点、及其开发利用技术,开发过程中的技术难题与解决手段。
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●5.1浅层地热能
介绍了浅层地热能的优缺点和热泵技术的原理,分析了热泵的构成,并对地源热泵的两种类型进行了总结。
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●5.2地埋管地源热泵
介绍了地埋管的组成部分和不同形式的地埋管类型,讲解了不同的埋管方式以及施工流程。
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●5.3地下水井的设计及施工
介绍了水源热泵的型、管井的结构、管井的施工要点。
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●5.4地下水回灌
介绍了不同的地下水回灌手段,分析了回灌过程中遇到的堵塞问题,并针对不同的堵塞原因提出了不同的解决手段。
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第六章中深层地热工程技术
中深层地热能作为一种矿产资源的同时也是宝贵的旅游资源和水资源,具有极大的开发利用价值。本章简要介绍了开采中深层地热资源的技术手段,为后续讲解内容做了铺垫。
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●6.1中深层地热能分布及利用方式
概述了中深层地热资源的概念、介绍了中深层地热资源的分布及利用方式。
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●6.2中深层地热工程技术
本节着重介绍地热相关的钻井工艺主要包括地热井的井身结构设计及相关钻具等。
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●6.3地热钻井工艺
介绍了地热相关的钻进工艺。在钻探施工过程中,除钻进外,固完井也是十分重要的工序,对生产井的产量有很大影响。由于中深层地热井温度压力较高,固完井技术也要相应作出调整。本节从固井、完井、止水、洗井几个方面进行介绍,为后续讲解内容做了铺垫。
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●6.4抗高温钻井液
介绍了地热相关的抗高温钻井液。
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●6.5中深层地热固完井
介绍了中深层地热井固完井技术。
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●6.6地热井抽水试验
介绍了抽水实验,并介绍了评价和合理开发地下水的可靠依据。
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●6.7地热井地面工程
介绍了井口装置的作用、设备选型原则、使用方法、设备维护、安装等方面的内容,同时还介绍工程运行中可能出现的问题及解决方法。
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第七章干热岩利用
本章简要概述了干热岩的资源分布及利用方法。包括干热岩井建造技术、干热岩储层建造技术和干热岩发电技术
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●7.1干热岩利用
回顾了干热岩资源评价方法及我国干热岩资源分布,介绍了干热岩井建造技术、干热岩储层建造技术和干热岩发电技术。