Evaluation of deep granitic geothermal resource potential based on discrete fracture network model： Taken as an example of the 3003.17m geothermal exploration well in Wendeng granite body in Shandong Province
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摘要: 【研究目的】为评估深部花岗岩热储地热资源开采潜力，【研究方法】基于山东半岛文登岩体地质勘查、深井测温、岩石力学及热物性测试等成果，建立了深部花岗岩热储地热资源离散裂缝网络水力压裂模型，模拟了目标储层改造后形成的多种热储规模。基于压裂结果，利用TOUGH2-EOS1-MINC建立了缝网热储渗流-传热耦合数值模型。研究了裂缝间距、布井模式和注水速率对产能动态的影响。【研究结果】结果表明：深部地热开采中，选择具有应力遮挡的天然裂缝储层作为目标储层时，应保持较大井间距，且不宜选择天然裂缝过度发育的储层。对于大规模热储，五井开采模式和三井开采模式的各性能指标变化规律相似，但变化幅度不同；压力指标比温度指标对布井模式更为敏感。同一储层采用五井模式的发电量比三井模式略有提高。【结论】在选择目标储层时，应优选天然裂缝适中、地应力遮挡高的高温储层。然后注入大量压裂液进行压裂改造，使热储尽可能沿水平方向延伸。若改造后热储规模很大，建议采用五井开采模式，但要考虑工程整体的经济效益。Abstract: [Objective] To assess deep granite type geothermal resource potential of Wendeng area in Shandong peninsula, [Methods] we established discrete fracture network model of hydraulic fracturing based on the geological data, the deep well temperature data, core physical and mechanical test results. The potential created heat reservoirs were simulated for target reservoir. According to the fracturing results, a coupled numerical model of seepage and heat transfer in fractured heat reservoir is established using TOUGH2-EOS1-MINC code. The influence of fracture spacing, well pattern and injection rate on productivity is studied. [Results] The results show that natural fractured reservoirs with stress shielding should be selected as the target reservoirs in deep geothermal exploitation. Large well spacing should be maintained, and reservoirs with overdeveloped natural fractures should not be selected. For the same heat reservoir, the variation of each performance index of five-well mode and three-well mode is similar, but their dynamic variation of productivity is different. The pressure index is more sensitive to the well pattern than the temperature index. The power generation of five-well mode is slightly higher than that of three-well mode for the same reservoir. [Conclusions] When selecting the target reservoir, the high temperature reservoir with moderate natural fractures and high stress shielding should be preferred. Meanwhile, a large amount of fracturing fluid should be injected to drive the reservoir to extend as far horizontally as possible. For the ideal large-scale heat reservoir, the fivewell mode should be preferred, but its overall economic benefits should be considered.
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1. 研究目的（Objective）
近年来，新疆阿尔金西段萤石找矿取得的重大突破。萤石矿主要分布于卡尔恰尔—阔什区域性大断裂（阿中断裂）以南的晚奥陶世碱长花岗岩侵入体内及其外接触带附近的富钙质岩系中，圈定了卡尔恰尔—小白河沟、盖吉克—亚干布阳、布拉克北—皮亚孜达坂、托盖里克东南—阿其克南4条沿北东向断裂分布的萤石矿带，整个远景区CaF2资源量已达3500万t以上。中国地质调查局西安矿产资源调查中心于2021—2023年对阿尔金西段小白河沟—克鲁求干道班一带开展了矿产调查评价，在小白河沟地区新发现热液充填型萤石矿产地1处，估算萤石的潜在资源达大型规模，对于拓展阿尔金地区萤石矿床具有借鉴意义。
2. 研究方法（Methods）
在对小白河沟地区以往地物化遥成果资料综合研究基础上，结合本次遥感蚀变异常提取和构造解译圈定了重点工作区，通过开展1∶10000地质草测、1∶10000岩石地球化学剖面测量、1∶500地质剖面测量、槽探及钻探等工作，在小白河沟共圈定萤石矿体21条，实现了找矿突破。通过典型矿床对比，总结了区内萤石矿成矿规律，初步建立了找矿模式，分析了区域萤石成矿潜力及找矿前景。
3. 研究结果（Results）
研究区出露地层基底主要为古元古界阿尔金岩群a岩组和b岩组，二者呈构造面理接触关系。阿尔金岩群a岩组为萤石主要赋矿地层，该岩组出露的岩石类型主要为黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、斜长变粒岩、石英岩、大理岩，局部夹有角闪斜长片麻岩（图1b）。区内断裂较为发育，期次较多，主要呈北北东向、北东向、南东东向，南东东向断裂主要与区内的萤石矿化关系密切。地层中岩脉极为发育，在接触带可见岩石具萤石化、钾长石化、碳酸盐化、绿帘石化、硅化等围岩蚀变。
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图 1 区域构造位置图（a）、矿区地质简图（b）、勘探线剖面图（c）及萤石矿岩心（d）Figure 1. Regional structure location map (a), brief geological diagram of ore district (b), prospecting line profile map (c) and cores specimen of fluorite deposit (d)在小白河沟共圈定萤石矿体21条（图1c），长100~1130 m，厚度0.7~4.68 m，矿体沿走向延续性较好，沿倾向呈透镜体状，断续产出，斜切岩体和变质岩，有“膨大缩小”变化，部分呈“透镜体”、“扁豆体”断续分布，主矿体旁侧发育少数分枝。矿体品位23.2%~82.4%，平均品位32.2%，钻孔深部验证效果良好。矿石主要以块状、纹层状为主，主要矿物为萤石，局部发育方解石、带云母和少量石英。萤石以紫色、紫黑色为主，少量呈白色或绿色，具粗晶结构、自形—半自形及他形粒状结构。矿石工业类型主要是CaF2型、CaF2–CaCO3型。围岩蚀变以碳酸盐化、带云母化、钾化、黄铁矿化、绿帘石化、角闪石化等为主。初步估算CaF2资源量117.42万t，具大型萤石矿床远景。
4. 结论（Conclusions）
（1）小白河沟萤石矿是阿尔金西段萤石找矿新发现，这一发现拓展了区内萤石矿向西延伸的空间，同时本次工作区内多数矿体走向和深部延伸均未封边，仍具有较大找矿潜力。
（2）本工作发现了品位较富的大型萤石矿，拓宽了区域找矿思路，具有重要借鉴意义，同时为阿尔金瓦石峡南—卡尔恰尔萤石锂大型资源基地建设提供了有力支撑。
5. 基金项目（Fund support）
本文为中国地质调查局项目（DD20190143、DD20211551、DD20243309）、陕西省自然科学基础研究计划项目（2023−JC−YB−241）、中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心科技创新基金项目（KC20230011）联合资助的成果。
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