地下水 | 深部水文地质研究有哪些机遇与挑战？这篇综述论文给出了可能的答案

学术 2024-11-11 08:13 福建

分享是最大的支持关注是最好的鼓励

关注公众号并后台留言回复“大礼包”，得规范大全！

摘要：

经济社会快速发展需要更多的能源与资源保障，地球深部资源与能源极其丰富。“向地球深部进军”是经济社会发展需要与资源勘查开发技术、经济效益成本承受能力相匹配的必然发展趋势。随着“碳达峰、碳中和”战略目标的提出，绿色低碳高质量发展成为时代发展的主旋律。为满足能源、资源保障和生态环境保护等重大需求，加大清洁能源勘探开发力度、提高碳封存能力、强化地质储能研究等显得尤为重要。深部水文地质作用与此息息相关，亟待重视和加强研究。本文采用文献分析法，通过学科发展历程与热点焦点问题的综合对比研究，对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水地质作用下地热与锂资源成藏、深部地热-干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO₂地质封存、地质储能等方面涉及的深部水文地质研究现状和未来趋势进行了分析总结，认为深部水文地质在高温高压条件下地下水循环动力机制、物质能量转换过程、水岩相互作用、成热成藏机理和勘查监测技术精准度等方面尚需深入系统的研究，而储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是未来应给予重点关注的关键性问题。

作者|文冬光宋健刁玉杰张林友张福存张森琦叶成明朱庆俊史彦新金显鹏贾小丰李胜涛刘东林王新峰杨骊马鑫吴海东赵学亮郝文杰

原题|深部水文地质研究的机遇与挑战

来源|地学前缘

小编|矿矿

→这是"矿产研究前瞻"的第15篇文章

引言

水是地球物质的重要组成，也是强大的地质营力^[1],水在循环过程中与环境介质不断进行相互作用^[2,3,4,5,6],参与到成岩、成矿(如石油与天然气^[7,8]、热液矿床^[9,10]等)、变质^[11]、岩浆^[2]、地震和火山等各种地质作用中。在水的参与下，地球内部物质、能量通过复杂的物理、化学等地质循环作用，形成各种能源与资源。进入21世纪以来，我国经济社会持续高速发展，对赋存在地球深部极其丰富的能源资源需求与日俱增^[12]。习近平总书记2016年在全国科技创新大会上指出“向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题”^[13],2020年代表中国做出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的庄严承诺。深部清洁能源，如地热-干热岩、地下水中锂资源、页岩气等的开发利用，以及碳封存、地质储能等是如期实现这一承诺的重要战略抓手，其研究过程涉及深部水文地质问题。

深部水文地质研究涉及地球科学的方方面面，目前研究的深度、广度和力度均较薄弱。为进一步推动我国深部水文地质研究，本文重点分析深部地下水分布与循环、深部地热-干热岩与地下水中锂等资源成藏、深部地热-干热岩与页岩气等资源能源开发利用、深部咸水层CO₂地质封存以及地质储能等方面涉及的深部水文地质作用，总结了研究工作中应用的勘探与监测技术方法，梳理了当前存在的主要问题，提出了未来发展的可能方向。

深部地下水分布及循环

地球不同深度存在多种形式的水，地表自由水深循环的极限深度可能达15.5～25.1 km, 在此之下发育大量以羟基(OH)形态存在于理想化学式中不含H的矿物(名义上无水矿物NAMs)结构中的水，其含量可能是地表自由水的数倍^{[14,15,16,17,18]}。

地球深部地下水在空间上分布极度不均一，水含量在造山带和地幔柱偏高、稳定克拉通较富、俯冲带中等、活化克拉通贫乏^[18],反映了地球深部地下水含量的横向差异性。下地幔含水较贫乏，上地幔较丰富，软流圈比岩石圈更富水，相对岩石圈地幔，下地壳具有高得多的水含量，而含水量最大的是410～660 km的地幔过渡带^[19],岩石圈含水量的分层特性反映其纵向差异性。

地球深部地下水的循环以复杂、缓慢的长路径方式，与周围岩石发生相互作用，改变岩石流变学特征，降低熔融温度，促进物质和能量循环，形成矿床等。在深部地下水循环过程中，俯冲带起到关键作用^[20],地表的含水矿物、流体和挥发分通过俯冲带运移至俯冲板块的上地幔，使之与地幔橄榄岩发生蛇纹石化作用，直接影响地球内部化学成分^[18]。一旦到达一定深度，下沉板块就会升温，挤压作用就会导致其部分或全部水被逐渐释放出来，从而降低周围岩石熔点并产生岩浆，其向上移动会导致火山喷发，最后相当数量的水又回到地表，从而驱动形成大规模深部地下水循环，同时带动物质和能量交换(图1)^[21,22]。

图1 俯冲带水循环概念模型 (据文献 [ 21 ] 修改)Fig.1 Conceptual model of water cycle in the subduction zone. Modified after [21] .

深部地下水分布与循环是地球科学领域研究的热点和前沿问题，相关学者在地幔、过渡带及下地壳中的水含量级别和空间分布差异性等方面取得了一定研究成果^[23],但是对深部地下水循环动力机制、运移过程，以及高温高压条件下水对矿物相变和物理化学参数的影响等方面的研究还较为薄弱。深部地下水赋存迁移规律、动力机制及其地质、地球物理、地球化学效应的研究，应是未来深部地下水研究的重要方向。

深部地热(干热岩)等资源成藏过程中的水文地质作用

深部地下水循环是壳幔之间物质与能量交换的重要途径，可为地热-干热岩、地下水中锂等资源的成藏提供必需的物质与能量。

2.1 深部地热(干热岩)资源成藏过程中的水文地质作用

深部地热资源主要发育在洋-陆板块俯冲带、大洋中脊构造区、陆-陆碰撞带等板块边缘地区和距板块边缘稍远地区或板块(沉积盆地)内部(图2)^[24]。前者火山、岩浆作用强烈，大地热流值高；后者由于受壳幔地质结构控制，大地热流值也相对较高。水是形成水热型地热资源的主要载体，熔岩或幔源热等热源对沿深大断裂入渗的地表/地壳浅部冷水加热，热水经断层等导水通道上涌，在有利构造区形成地热系统。当深部热源充足，而地质体中缺乏充足的水源或高孔渗储层时，由不含水或含水很少的高温岩体形成干热型地热系统(图3)。

对热源形成的研究表明，在板块俯冲、碰撞及断裂带等构造活动强烈区，深部地下水的循环有利于岩浆(部分熔融)形成与热物质上涌构成热源^{[25,26,27,28,29]}。鲁锴等^[30]、Dublyansky^[31]、Goldscheider等^[32]和李朋威等^[33]研究指出，热液流体、地下水对碳酸盐岩储层的溶蚀改造作用广泛存在，溶蚀作用包括混合溶蚀和逆返溶蚀两种主要形式。水文地球化学和水同位素被广泛运用于深部地下水循环研究中，通过分析不同热储间的差异性^[34]可间接反映热储间水力联系，如氦(³He/⁴He)、锶(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)同位素可用于判断地下水来源^[9,35,36],氢氧(δ²H、δ¹⁸O)稳定同位素可用于地下水成因、地热水起源、地热系统划分等研究^[37],还可分析地下水补给来源、补给区高程、各种补给来源水混合比例和各水体间水力联系等问题^{[38,39,40,41]},而氢(³H)、碳(¹⁴C)及氪(⁸¹Kr)同位素多用于地下水年龄研究^[42,43,44]。

目前，对深部地热资源及涉及的水文地质的研究，整体还局限在6 000 m以浅有限尺度。未来工作，一是需要加强砷、硼等深部高温地热水中特征离子水文地球化学性质、火山活动与岩浆及水中稀有气体等方面的研究；二是需进一步深入刻画热源形成中的深部地下水循环参与下物质、能量转化复杂过程；三是需采用多手段综合精细刻画热储连通性及非均质性，以提高地热资源评价精度。

2.2 锂资源富集过程中的深部水文地质作用

锂被称为“21世纪的能源金属”,研究显示，深部地下水/高温地热水中常含有丰富的锂资源^[45],对其富集机理的研究正逐步受到重视^{[45,46,47,48,49,50]}。研究表明，高温地热水与凝灰岩^[51]、流纹岩^[52]等富锂岩石发生水岩反应，锂被淋滤出形成富锂水，如玻利维亚的乌尤尼盐沼^[52]、中国西藏班戈湖南部的含锂热泉^[53]、美国内华达州富锂盆地^[51]等；深部熔融岩浆分异结晶后期高温汽水溶液也可携出锂^[54],如美国的索尔顿海地热田^[55,56,57]、中国青藏高原南部措美县的古堆地热田^[58,59]与羊八井地热田^[60]、柴达木盆地^[50]等；深部古卤水通过断层等补给也能形成锂的富集，如柴达木盆地(图4)^[50]。

图2 全球地热系统发育特征图 (据文献 [ 24 ] 修改)Fig.2 Developmental characteristics of the global geothermal system. Modified after [24] .

图3 青海共和—贵德地热系统模式图Fig.3 Model diagram of geothermal system in the Gonghe-Guide area of Qinghai

图4 柴达木盆地锂资源富集机制和成矿模式 (据文献 [ 50 ] )Fig.4 Enrichment mechanism and metallogenic model of Lithium resources in the Qaidam Basin. Adapted from [50] .

深部地下水锂资源禀赋、分布规律、富集机制等一直是研究难点，目前采用的水化学、元素同位素等地球化学研究方法，常具有多解性，造成锂矿的物源可能具有多种解释，如围岩风化、古湖残留、含盐系地层淋滤、油田水、深部地下水等^[61]。

当前，针对深部地下水中锂资源的物源研究，需要开展水化学和氢、氧、硼水文环境同位素等多类型地球化学调查，综合地质-地球物理-地球化学等信息，分析深部地下水中锂资源“源-汇”系统过程的迁移富集规律，研究深部地下水中锂矿成矿机理。

资源开发利用中的深部水文地质问题

3.1 深部地热-干热岩开发

3.1.1 深部水热型地热开发

深部水热型地热开发的研究热点和重点主要聚焦于热储物性、富水性、温度、水化学特征等主要参数^[62]的研究，热储酸化压裂改造^[63],地热水回灌问题^[64]对热储水动力场、温度场与水化学场等平面和垂向特征的影响^[65]以及地热资源可持续开发利用方式^[66]等方面。

深部水热型地热开发过程中，会引起深部热储中水位下降，破坏温度场、地下热水水化学特征在平面与垂向上原有的平衡；受热储性质、非均质性等影响，不同地区、不同热储层位地热水回灌率差异大，且回灌过程中存在结垢风险^[67]等。

热储非均质性精细刻画、“取热不取水”开发工艺研发、地热回灌数值模拟^[66]与工艺研究^[65]等是深部水热型地热资源开发急需攻破的关键问题。

3.1.2 深部干热岩开发

干热岩储层往往是岩石力学强度高的脆、硬侵入岩体，其导流能力受到水动力、水化学溶蚀作用的影响^[68]。人工储层改造可提高低渗透性储层的导水能力和采热能力，是干热岩开发的关键环节和主要技术，主要包括水力压裂和化学刺激。水力压裂改造的是储层内部的天然裂缝，在深层高温高压和复杂天然裂隙系统、地应力作用下，压裂改造将对储层的水动力、岩石压力及水-岩相互过程产生显著影响，直接影响干热岩的开发规模和效益，这均涉及深部水文地质研究。

深部干热岩勘查开发过程中，高温干热岩钻井受流体渗流压力影响，井壁易坍塌；水力压裂行为受水渗入的影响，会导致断层拉伸破坏和水力劈裂及随后的剪切破坏和水力剪切^[69];温度变化可能会对断层和裂缝的稳定性产生显著影响。此外，原位流体在建造储层中影响裂缝的形成和发育方向、诱发地震的人工控制、采热过程中流体运移与水损失等也是干热岩开发中面临的问题。

当前，深部水文地质研究在支撑服务于干热岩勘查开发中的焦点问题集中在：(1)高温高压下受注入压力、地应力、天然裂隙等影响的水运移规律及其地球物理响应研究；(2)高温流体运移过程的定量表征，压裂及注采循环过程中流体压力的分布，储层中流体离子变化和扩散规律研究；(3)干热岩勘查开采诱发地震控制技术以及断层对流体触发的敏感性和触发过程的演变研究。

3.2 页岩气压裂开发中的水文地质问题

据美国能源信息署(EIA)2015年数据，全球页岩气技术可采资源量约为214×10¹²m³,中国、美国的技术可采资源量分别为31.6×10¹²、32.9×10¹²m³^[70]。页岩气开发中是否会造成地下水资源污染问题(图5)^[71,72]备受关注，主要研究聚焦于页岩气压裂开发中的地下深层流体运移、压裂液-页岩的水-岩作用的水文地球化学模拟等方面。

图5 页岩气开发相关的水资源风险示意图 (据文献 [ 71 , 72 ] )Fig.5 Schematic diagram of water resources risks related to the shale gas development. Adapted from [71-72] .1—过度取水引起水资源匮乏和水质恶化；2—蓄水池和储水坑废水渗漏造成地表水和浅层地下水污染；3—处理不达标的废水排放污染河流和土壤；4—注入前储存不当造成泄漏；5—天然气和压裂液、产出水等从页岩气井套管缺损处泄漏污染浅层地下水；6—气体从常规油气井套管或废弃井泄漏污染浅层地下水；7—中间地层的气体流入页岩气井或常规油气井；8—中间地层或储集层的气体流入废弃的油气井；9—天然气和高矿化度地下水从页岩储集层直接运移造成地下水污染；10—注入井泄漏。

页岩气压裂开发过程中，注入的压裂液和页岩气储层中高矿化度地下水是否会向上运移、污染浅部地下水，关键在于页岩气储层和浅部地下水的连通性，以及流体向上运移的驱动力^[72]。对页岩气储层开展压裂后，鉴于裂缝的发展会受到储层上、下方非渗透性岩层和压裂液滤失的限制^[73],可通过微地震成像显示水力压裂产生裂缝与地下水的距离^[74],也可对页岩气井附近的水样进行监测，看是否存在压裂液的成分^[75],从而判断其连通性。当压裂结束后，随着压裂液返排，储层内压力逐渐下降，即使存在流体运移通道，但受毛细管力限制，流体会倾向于被束缚、封存在储层中，影响其向上运移的动力^[76]。

应用PHREEQC等专业软件，开展压裂液-页岩的水-岩作用的水文地球化学模拟^[77,78],可弥补室内实验周期较长的缺陷，能较好地反映高压注入页岩储层的压裂液与页岩发生的复杂水-岩相互作用过程，通常包括离子交换、矿物溶解与沉淀、氧化还原等系列复杂的物理化学反应^{[71,79,80,81]}。

页岩气规模化压裂开发过程中，针对注入的压裂液和储层中流体的运移规律、影响因素及最终去向等问题^[72],仍需进一步研究注入的压裂液对储层内流体运移的影响，压裂液与储集层发生水-岩相互作用的机理^[82],压裂液最终去向及其对环境的影响^[76],伴随地下水循环更长期的运移和泄漏风险^[83]等。

CO地质封存中的深部水文地质问题

碳捕集与封存技术(CCS)被认为是减缓全球气候变暖、实现碳中和目标的重要支撑技术之一。沉积盆地内部广泛分布的深部咸水层因具有巨大的封存潜力^[84,85,86],被认为是未来开展CO₂规模化地质封存的重要场所。

由于CO₂地质封存过程中涉及4种以上不同作用的物理和化学捕获机制，深层咸水层的CO₂封存潜力的评估非常复杂^{[84,87,88,89,90]}。在咸水层封存场地选址方面，封存地质体本身的储盖能力^[91]、隐伏断裂探测及泄漏风险^[92,93],以及深部空间约束下的地下资源开发与CO₂封存互馈影响越来越受关注。CO₂在岩体中的物理捕获相对于溶解捕获和矿化捕获，观测难度更大。因此，核磁共振和X ray-CT等技术不断应用到CO₂地质封存的机理观测研究。如Ganesh等^[94]和Li等^[95]利用CT技术开展砂岩样品实验研究，认为即便毫米级的非均质性都会对区域性的储层CO₂运移规律浮升力运移机制产生影响。咸水层CO₂地质封存工程由于规模化注入压力积聚^[96,97],可能会诱发地震或地面变形^[84],例如阿尔及利亚In Salah枯竭气田CO₂封存场地监测到的地面变形现象^[98]。Li等^[99]针对以上可能的地质安全风险，同时针对我国西北煤化工企业缺水现状，提出了CO₂驱水与地质封存联合技术。同时，CO₂注入后在咸水层中运移监测和模拟预测备受关注，例如挪威北海Sleipner工程仅在1994—2010年期间就开展了8次四维地震监测工作^[100,101],Zhu等^[102]也开展了CO₂运移规律的模拟预测研究，我国神华等示范工程场地CO₂在咸水层的运移与分布均得到深入监测和研究^[103]。

总体来看，咸水层CO₂地质封存相关的许多科学问题均需要进一步研究，主要包括咸水层CO₂地质封存不同封存机制的综合作用机理、咸水层地质条件的封存适宜性及封存能力、CO₂在咸水层中运移与分布饱和度规律以及咸水层封存的环境影响与安全风险。

针对以上问题，未来研究重点将集中在：高温高压实验技术及设备研发，尤其是CO₂渗流CT动态观测技术和大型物理模拟实验技术；高精度的咸水层地质勘查技术，以及统一的封存潜力与选址标准；高分辨率CO₂运移井-地联合实时、自动监测技术与设备开发，以及数值模拟软件研发。同时，由于咸水层CO₂地质封存尚为一项负成本的新兴技术，因此未来科技创新同时会兼顾经济性和管理政策研究。

地质储能中的深部水文地质问题

地质储能是保障未来发展风电、光伏等清洁能源稳定性的重要新型储能技术，主要利用适宜储能的深部水文地质结构，但储能将对深部水文地质结构的稳定性产生重大影响。

5.1 含水层压缩空气地质储能

压缩空气储能是指以压缩空气作为储能介质，通过燃气轮机的压缩机和涡轮机，将空气压缩并储存于适宜的含水层地质结构中，在用电时再将储气库中的高压气体释放经涡轮机发电的储能技术。

2006年，美国能源部计划在Iowa建立一个270 MW规模的压缩空气地质储能电站，并对场地进行了详细地质勘探和模拟评价分析^[104]。2008年，Succar等^[105]对近年来压缩空气储能的原理和应用发展进行了研究和总结。2013年，美国太平洋西北实验室的研究人员详细评价了在太平洋西北地区进行含水层压缩空气储能的可能性和潜力区域^[106]。Oldenburg等^[107]通过开发模拟软件验证了在含水层中进行大规模压缩空气储能能够获得很好的储能效率。Jarvis^[108]针对美国South Carolina实际场地模拟研究，提出平直含水层作为储气空间是可行的。近年来，越来越多的学者开展了含水层压缩空气储能相关的可行性数值模拟研究^{[109,110,111]}和选址方法研究^[112]。

目前国际上尚无采用地下含水层作为储气库的实际工程，相关研究还处于理论探索阶段，但参照咸水层CO₂地质封存、含水层天然气储气库等已有工程实践，含水层压缩空气储能技术理论上是可行的。未来含水层压缩空气储能相关研究将会重点突破高压空气渗流与排驱机理、多元气体-水-岩反应机理、选址标准，以及高效注入、监测等技术研发与示范。

5.2 含水层地热储能

含水层地热储能是利用具有保温性能好、渗流溶液流速缓慢、热(冷)量不易散失等特点的地下含水层作为储能介质，采用井管回灌的方式将“冷”“热”能量季节性地储存在含水层地质结构中，在需要时抽取使用的储能技术^[113]。

国际上，Mathey^[114]在瑞士Areuse三角洲开展了第四系砂砾石含水层低温储能试验，热回收率为40%。20世纪80年代，美国Alabama州安装了2组地下含水层储能系统，可提供530～700 kW的制冷^[115];1980年，Minnesota大学开展了同层抽取-回灌对井系统储能试验，结果显示储能系统热回收率可达65%^[116]。1992年，加拿大科学家在Ontaria基地进行非承压含水层低温储能试验，35 ℃回灌水在储存135 d后，含水层温度场达到均匀^[117]。Regenauer-Lieb^[118]提出了“太阳能集热-含水层储能”的研究设想，计划利用地面太阳能集热，以具有较高光热转换效率的CO₂和H₂O作为换热介质，将聚热塔收集的高热能储存到地下含水热储中实现储热(图6^[118])。自20世纪70年代，我国也开展了系列含水层地质储能研究；在1984—1985年，上海环境地质站及相关单位对上海市地下第二含水层开展了同层抽取-回灌单井、对井、多井系统的储热、储冷试验^[119];赵新颖等^[120]针对地下含水层储能系统对环境影响开展了评估。

图6 太阳能集热-含水层储能概念图 (据文献 [ 118 ] )Fig.6 Illustration of the solar heat collection-aquifer energy storage concept. Adapted from [118] .

地下含水层储能技术衍生于对含水层的人工回灌，目前国内外未见规模化的含水层储能工程。储能场地的水文地质条件和回灌水水质条件是进行含水层储能时首先应该考虑的基本前提^[121]。未来含水层地热储能实施、运行、推广的关键问题在于储能位置和含水层的选择、储能过程与环境的作用、储能系统的安全性、可靠性和经济性^[122]等方面。

深部水文地质勘探技术

6.1 地球物理勘查技术

储层的非均质性与连通性、上覆盖层的完整性制约着储层的富水性和流体的运移。因此，深部地球物理研究的对象聚焦于储、盖层原有或诱发缝洞的连通性、流体运移的识别两大方向。

在储盖层裂缝、孔洞识别方面以3D/4D、井-地联合的地震技术为主导，如“两宽一高”地震数据采集技术、各向异性叠前逆时深度偏移等成像技术，使地面地震勘探成功识别了奥陶系深6 000 m、规模15 m的缝洞和花岗岩体中的裂缝^[123,124];分布式光纤声波传感(DAS)技术^[125]、多方位垂直地震剖面法(VSP)数据采集^[126]、上下行波联合成像^[127]使VSP技术具备了大范围、高精度裂缝成像的能力；纵波、横波，近探、远探相结合的测井技术，获得了井周和井壁外地层裂缝的高分辨成像^[128];DAS与传统地震台站相结合的微地震监测技术^[129]正在且未来一定会在水力压裂裂缝空间定位、碳封存CO₂运移监测^[130]等多个方面发挥愈加重要的作用。在储层连通性和流体识别方面，电法发展了时移MT^[131]和AMT或广域电磁法^[132]和时频电磁法，依据振幅、电阻率、相位等参数变化研究储层中流体的分布；发展了高分辨的点电极^[133]或套管长电极^[134]或二者联合来估算井间裂缝连通性的井地电法(或电磁法);斯伦贝谢公司采用更低频率(10 Hz～10 kHz)的井间电磁成像技术来描述储层流体运移，受成井井管材质(钢管、pvc管等)影响，探测距离(井间距)为200～500 m。

以精准判识储盖层非均质性及连通性为终极勘探目的的地球物理技术，向着多级井间联合、井-地联合、多参数(电法、多波多分量地震)联合的广角多源高密度数据采样、大探测距离、高分辨率的数据采集模式、高精度成像的数据处理方法、多元信息(地球物理信息、水文地质信息、岩石物性资料、岩石力学性质、温度场等)交叉融合的综合解释方法等方向发展。技术热点和主要瓶颈体现在多波多分量地震勘探数据采集质量与效率、转换波精确成像、叠前成像技术关系、微地震事件定位精度、可控源电磁法天然场源信息利用等方面。亟须研究分布式光纤声波、温度、应变传感于一体的多分量、多参数储层光纤地震技术与装备，以及井中时延地震和井中激发地面3D接收的井-地地震勘探技术与装备，并在时空阵列混场源电磁法理论的研究及应用^[135]等方面集中攻关。

6.2 钻探技术

深部水文地质钻探有别于地质和油气深钻，具有温度高、口径大、地层敏感、勘查精度要求高等特点，如地热(干热岩)、CO₂地质封存、地质储能等钻探^{[136,137,138]}。近年来，随着地热等钻探需求增大，深部水文地质钻探技术装备取得了一定发展，但与实际需求仍存在差距。

美国等西方国家水文地质钻探设备专业化、自动化程度较高，钻进工艺以无固相泥浆、低密度循环介质钻进为主，成井质量要求较高，已形成较成熟的系列技术^[139,140]。我国深部水文地质钻探在设备、钻进工艺方法及成井工艺等方面在不同行业差异较大，其技术水平和施工质量参差不齐。钻探设备方面，地矿、水文、煤田等行业队伍大多采用地勘系统的水源钻机、地热井钻机，石油行业队伍多采用石油系列钻机；在钻进工艺方法上，大多数仍以传统的泥浆正循环全面钻进工艺为主，其泥浆也以膨润土固相泥浆为主，气举反循环钻进、多工艺空气钻进等较为先进的技术方法应用较少；在成井工艺方面，主要表现为在采用供水管井成井方式的同时结合石油完井工艺^[141]。总体来看，目前我国深部水文地质钻探专用设备缺乏，机械化、自动化程度低；抗高温随钻测量仪器、抗高温螺杆、高效钻头、耐高温钻井液、钻进过程中的检测监测仪器等深部水文地质钻探仪器、工具及材料缺乏；钻头使用寿命短，钻进效率低，成井周期长，施工劳动强度高；钻进泥浆容易堵塞含水层裂隙，造成洗井困难，影响出水量等。

针对深部水文地质钻探需求与特点，以提高钻探效率和成井质量为目标，未来研究的重点将集中在钻探设备、专用器具材料、高效钻进与成井工艺等方面，即自动化、智能化深部水文地质钻探设备的研发，高性能耐高温动力钻具、钻头、钻井液、测井、监测等专用器具材料的研制，气举反循环、多工艺空气、高压喷射、孔底动力复合等先进钻进技术方法的推广应用，新型成井材料及成井工艺的攻关研究等方面。

6.3 监测技术

深部水文地质监测主要集中于深部含水层的精细刻画以及深部资源开发环境影响监测方面，有直接和间接监测两种方法，直接监测是采用原位采样技术或原位监测传感器来直接获得深部含水层的水温、水位、水化学特征等参数，间接监测是采用地球物理成像技术或微震监测技术等通过反演获取目标地层结构及裂隙发育分布情况。如深部光学气体(二氧化碳、甲烷、硫化氢等)、浊度、有机物(苯系物等)传感器等，探测深度可达2 500 m左右^{[142,143,144,145]};贝克休斯公司在175 ℃定向电子测量设备的基础上，通过增加冷却和隔热装置，实现300℃环境的随钻测量^[146];哈里伯顿、斯伦贝谢等公司已经将分布式光纤温度、应变和声波传感技术应用于石油储层长期监测和压裂冲击监测中^[147,148]。中国地质调查局水文地质环境地质调查中心研发的深部含水层多参数原位分层在线监测仪器实现了含水层参数的精细刻画与环境影响参数的原位实时探测^[149,150],在CO₂地质封存、页岩气和煤层气开采等领域取得了良好的应用效果。

深部水文地质监测主要面临监测技术方法、监测设备国产化和监测工艺创新的问题。在监测技术方面，国际上水质原位监测研究已由离子选择性电极法过渡到光学检测方法，我国仍以离子选择性电极法为主，检测方法上存在代差。在监测设备国产化方面，耐高温、高压监测设备面临材料、机械加工和价格等方面的限制，短期内我们无法自主解决。在监测工艺方面，特别是原位监测中，监测井成井工艺、监测设备安装工艺等关系到监测目标的实现和监测数据的有效性及准确性。因此，需要加大光学检测方法的研发支持力度，开展分析化学、材料、光电等多学科联合攻关，同时加强包括光纤传感技术在内的耐高温、高压监测新技术、新装备的研发与推广应用。

结论与展望

深部水文地质研究涉及地球科学的方方面面，亟待重视和加强研究。本文基于文献分析，综合对比学科发展历程与热点焦点问题，对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水地质作用下地热与锂资源成藏、深部地热-干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO₂地质封存、含水层压缩空气储能和地质储能等方面涉及的深部水文地质问题以及勘探监测技术方法的研究现状、存在的主要问题及未来发展趋势进行了总结。

认为深部水文地质在高温、高压条件下，地下水循环动力机制、物质能量转换过程、水岩相互作用、成热成藏机理、勘查监测技术精度准度等方面仍需深入系统研究，储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是当前面临的关键问题。深部水文地质研究，有助于解决深部能源资源勘查开发和相关环境问题。

谨以此文纪念敬爱的沈照理老师90华诞!

免责声明：本文仅用于学术交流和传播，不构成投资建议

-------

参考资料：

[1] 沈照理，王焰新.水-岩相互作用研究的回顾与展望[J].地球科学：中国地质大学学报，2002,27(2):127-133.

[2] 沈照理，许绍倬.关于地下水地质作用[J].地球科学：武汉地质学院学报，1985,10(1):99-106.

[3] 沈照理，王焰新，郭华明.水-岩相互作用研究的机遇与挑战[J].地球科学：中国地质大学学报，2012,37(2):207-219.

[4] 沈照理，刘光亚，杨成田，等.水文地质学[M].北京：科学出版社，1991.

[5] 沈照理，朱宛华，钟佐燊.水文地球化学基础[M].北京：地质出版社，1993.

[6] 文冬光，沈照理，钟佐燊.水-岩相互作用的地球化学模拟理论及应用[M].武汉：中国地质大学出版社，1998.

[7] 加弗里连科.构造圈水文地质学[M].孙杉，译.北京：地质出版社，1981.

[8] SHEN Z L,WANG Y P,WEN D G,et al.An introduction to geochemistry of the oilfield waters in China[M].Beijing:Science Press,1999.

[9] 王焰新，文冬光，沈照理，等.深部地下水的起源及其成矿作用[J].地学前缘，1996,3(4):115-122.

[10] 巴斯科夫.成矿规律研究中的古水文地质分析[M].沈照理，译.北京：科学出版社，1981.

[11] FYFE W S,PRICE N I,THOMPSON A B.Fluids in the Earth’s crust[M].New York:Elsevier,1978.

[12] 李鹏，罗玉钦，田有，等.深部地质资源地球物理探测技术研究发展[J].地球物理学进展，2021,36(5):2011-2033.

[13] 蔡美峰，薛鼎龙，任奋华.金属矿深部开采现状与发展战略[J].工程科学学报，2019,41(4):417-426.

[14] BELL D R,ROSSMAN G R.Water in Earth’s mantle:the role of nominally anhydrous minerals[J].Science,1992,255(5050):1391-1397.

[15] MANNING C E.Fluids of the lower crust deep is different[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences,2018,46:67-97.

[16] PEARSON D G,BRENKER F E,NESTOLA F,et al.Hydrous mantle transition zone indicated by ringwoodite included within diamond[J].Nature,2014,507(7491):221-224.

[17] 夏群科，杨晓志，郝艳涛，等.深部地球中水的分布和循环[J].地学前缘，2007,14(2):10-23.

[18] 王方正，胡宝群.岩石圈深部的水及其意义探讨[J].地质科技情报，2000,19(4):25-30.

[19] WANG X C,WILDE S A,XU B,et al.Origin of arc-like continental basalts:implications for deep-Earth fluid cycling and tectonic discrimination[J].Lithos,2016,261:5-45.

[20] KAWAKATSU H,WATADA S.Seismic evidence for deep-water transportation in the mantle[J].Science,2007,316(5830):1468-1471.

[21] RANERO C R,VILLASEÑOR A,PHIPPS MORGAN J,et al.Relationship between bend-faulting at trenches and intermediate-depth seismicity[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2005,6(12):1-25.

[22] 郑永飞，陈仁旭，徐峥，等.俯冲带中的水迁移[J].中国科学：地球科学，2016,46(3):253-286.

[23] 李承泽，王金荣.地球深部水循环的动力学机制与相关问题研究进展[J].西北地质，2018,51(2):209-219.

[24] 张英，冯建赟，何治亮，等.地热系统类型划分与主控因素分析[J].地学前缘，2017,24(3):190-198.

[25] BRUN J P,COBBOLD P R.Strain heating and thermal softening in continental shear zones:a review[J].Journal of Structural Geology,1980,2(1/2):149-158.

[26] REAVY R J.Structural controls on metamorphism and syn-tectonic magmatism:the Portuguese Hercynian collision belt[J].Journal of the Geological Society,1989,146(4):649-657.

[27] LELOUP P H,KIENAST J R.High-temperature metamorphism in a major strike-slip shear zone:the Ailao Shan-Red River,People’s Republic of China[J].Earth and Planetary Science Letters,1993,118(1/2/3/4):213-234.

[28] LELOUP P H,LACASSIN R,TAPPONNIER P,et al.The Ailao Shan-Red River shear zone (Yunnan,China),Tertiary transform boundary of Indochina[J].Tectonophysics,1995,251(1/2/3/4):3-84.

[29] 张森琦，吴海东，张杨，等.青海省贵德县热水泉干热岩体地质-地热地质特征[J].地质学报，2020,94(5):1591-1605.

[30] 鲁锴，鲍志东，季汉成，等.雄安新区蓟县系雾迷山组岩溶热储特征、主控因素及有利区预测[J].古地理学报，2019,21(6):885-900.

[31] DUBLYANSKY Y V.Hydrothermal speleogenesis:its settings and peculiar features[M]//KLIMCHOU K A B,FORD D C,PALMER A N,et al.Speleogenesis:evolution of karst aquifers.Huntsville:National Speleological Society,2000:298-303.

[32] GOLDSCHEIDER N,MÁDL-SZÖNYI J,ERÖSS EVA A,et al.Review:thermal water resources in carbonate rock aquifers[J].Hydrogeology Journal,2010,18(6):1303-1318.

[33] 李朋威，何治亮，罗平，等.华北北部地区蓟县系高于庄组-雾迷山组白云岩储层特征与形成主控因素[J].石油与天然气地质，2020,41(1):26-36,49.

[34] WANG S F,PANG Z H,LIU J R,et al.Origin and evolution characteristics of geothermal water in the Niutuozhen geothermal field,North China Plain[J].Journal of Earth Science,2013,24(6):891-902.

[35] DAVISSON M L,CRISS R E.Na-Ca-Cl relations in basinal fluids[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1996,60(15):2743-2752.

[36] 陈建生，江巧宁.地下水深循环研究进展[J].水资源保护，2015,31(6):8-17,66.

[37] 马致远，王心刚，苏艳，等.陕西关中盆地中部地下热水H、O同位素交换及其影响因素[J].地质通报，2008,27(6):888-894.

[38] HAN D M,LIANG X,CURRELL M J,et al.Environmental isotopic and hydrochemical characteristics of groundwater systems in Daying and Qicun geothermal fields,Xinzhou Basin,Shanxi,China[J].Hydrological Processes,2010,24(22):3157-3176.

[39] PEÑUELA-ARÉVALO L A,CARRILLO-RIVERA J J.Discharge areas as a useful tool for understanding recharge areas,study case:Mexico catchment[J].Environmental Earth Sciences,2013,68(4):999-1013.

[40] 王家乐.济南岩溶水系统多级次循环模式分析及识别方法研究[D].武汉：中国地质大学(武汉),2016.

[41] 康凤新，隋海波，郑婷婷.山前岩溶热储聚热与富水机理：以济南北岩溶热储为例[J].地质学报，2020,94(5):1606-1624.

[42] CLARK I D,FRITZ P.Environmental isotopes in hydrogeology[M].Boca Raton:Lewis Publishers,1997.

[43] 陈宗宇，齐继祥，张兆吉，等.北方典型盆地同位素水文地质学方法应用[M].北京：科学出版社，2010.

[44] 钱会，马致远，李培月.水文地球化学[M].2版.北京：地质出版社，2012.

[45] 王晨光，郑绵平，张雪飞，等.青藏高原南部地热型锂资源[J].科技导报，2020,38(15):24-36.

[46] 郑绵平，刘文高.西藏发现富锂镁硼酸盐矿床[J].地质论评，1982,28(3):263-266.

[47] 郑绵平.水热成矿新类型：西藏铯硅华矿床[M].北京：地质出版社，1995.

[48] CAMPBELL M G.Battery lithium could come from geothermal waters[J].New Scientist,2009,204(2738):23.

[49] TOMASZEWSKA B,SZCZEPA■SKI A.Possibilities for the efficient utilisation of spent geothermal waters[J].Environmental Science and Pollution Research International,2014,21(19):11409-11417.

[50] 李建森，李廷伟，马云麒，等.柴达木盆地卤水型Li、Rb关键金属矿产元素分布特征及富集机制[J].中国科学：地球科学，2022,52(3):474-485.

[51] DAVIS J R,FRIEDMAN I,GLEASON J D.Origin of the lithium-rich brine,Clayton Valley,Nevada[J].U.S.Geological Survey Bulletin,1986,1622:131-138.

[52] ERICKSEN G E,VINE J D,BALLÓN A R.Chemical composition and distribution of lithium-rich brines in salar de Uyuni and nearby salars in southwestern Bolivia[J].Energy,1978,3(3):355-363.

[53] 郑绵平，刘文高，向军，等.论西藏的盐湖[J].地质学报，1983,57(2):184-194.

[54] ZHANG L,CHAN L H,GIESKES J M.Lithium isotope geochemistry of pore waters from Ocean Drilling Program Sites 918 and 919,Irminger Basin[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1998,62(14):2437-2450.

[55] SCHMITT A K,HULEN J B.Buried rhyolites within the active,high-temperature Salton Sea geothermal system[J].Journal of Volcanology and Geothermal Research,2008,178(4):708-718.

[56] BROTHERS D S,DRISCOLL N W,KENT G M,et al.Tectonic evolution of the Salton Sea inferred from seismic reflection data[J].Nature Geoscience,2009,2(8):581-584.

[57] KARAKAS O,DUFEK J,MANGAN M T,et al.Thermal and petrologic constraints on lower crustal melt accumulation under the Salton Sea Geothermal Field[J].Earth and Planetary Science Letters,2017,467:10-17.

[58] WANG C G,ZHENG M P.Hydrochemical characteristics and evolution of hot fluids in the Gudui geothermal field in Comei County,Himalayas[J].Geothermics,2019,81:243-258.

[59] WANG C G,ZHENG M P,ZHANG X F,et al.O,H,and Sr isotope evidence for origin and mixing processes of the Gudui geothermal system,Himalayas,China[J].Geoscience Frontiers,2020,11(4):1175-1187.

[60] GUO Q H,WANG Y X,LIU W.Major hydrogeochemical processes in the two reservoirs of the Yangbajing geothermal field,Tibet,China[J].Journal of Volcanology and Geothermal Research,2007,166(3/4):255-268.

[61] 李庆宽.多指标约束下的那棱格勒河流域及其尾闾盐湖锂的物源与迁移富集规律研究[D].西宁：中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所),2020.

[62] 王贵玲，李郡，吴爱民，等.河北容城凸起区热储层新层系：高于庄组热储特征研究[J].地球学报，2018,39(5):533-541.

[63] 徐浩然，程镜如，赵志宏.华北地区碳酸盐岩热储层酸化压裂模拟方法与应用[J].地质学报，2020,94(7):2157-2165.

[64] 朱红丽，刘小满，杨芳，等.开封市深层地热水回灌试验分析与研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2011,30(2):215-219.

[65] 阮传侠.天津地区雾迷山组热储地热回灌研究[D].北京：中国地质大学(北京),2018.

[66] 彭展翔.天津市东丽湖地区雾迷山组地热回灌数值模拟及地热资源评价[D].北京：中国地质大学(北京),2016.

[67] 赵振，秦光雄，罗银飞，等.西宁盆地地热水特征及回灌结垢风险[J].水文地质工程地质，2021,48(5):193-204.

[68] 郭建春，肖勇，蒋恕，等.深层干热岩水力剪切压裂认识与实践[J].地质学报，2021,95(5):1582-1593.

[69] ZHUANG L,KIM K Y,JUNG S G,et al.Effect of water infiltration,injection rate and anisotropy on hydraulic fracturing behavior of granite[J].Rock Mechanics and Rock Engineering,2019,52(2):575-589.

[70] 赵金洲，任岚，蒋廷学，等.中国页岩气压裂十年：回顾与展望[J].天然气工业，2021,41(8):121-142.

[71] VENGOSH A,JACKSON R B,WARNER N,et al.A critical review of the risks to water resources from unconventional shale gas development and hydraulic fracturing in the United States[J].Environmental Science & Technology,2014,48(15):8334-8348.

[72] 张东晓，杨婷云.美国页岩气水力压裂开发对环境的影响[J].石油勘探与开发，2015,42(6):801-807.

[73] KING G E.Hydraulic fracturing 101:what every representative,environmentalist,regulator,reporter,investor,university researcher,neighbor,and engineer should know about hydraulic fracturing risk[J].Journal of Petroleum Technology,2012,64(4):34-42.

[74] FISHER K,WARPINSKI N.Hydraulic-fracture-height growth:real data[J].SPE Production & Operations,2012,27(1):8-19.

[75] OSBORN S G,VENGOSH A,WARNER N R,et al.Methane contamination of drinking water accompanying gas-well drilling and hydraulic fracturing[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2011,108(20):8172-8176.

[76] ENGELDER T,CATHLES L M,BRYNDZIA L T.The fate of residual treatment water in gas shale[J].Journal of Unconventional Oil and Gas Resources,2014,7:33-48.

[77] 田枭.页岩气水力压裂过程中压裂液-甲烷-矿物反应实验模拟研究[D].北京：中国地质大学(北京),2015.

[78] 高振兴.四川某地页岩气开发中压裂液组分演化及其对地下水的影响[D].北京：中国地质大学(北京),2017.

[79] WILKE F D H,VIETH-HILLEBRAND A,NAUMANN R,et al.Induced mobility of inorganic and organic solutes from black shales using water extraction:implications for shale gas exploitation[J].Applied Geochemistry,2015,63:158-168.

[80] MARCON V,JOSEPH C,CARTER K E,et al.Experimental insights into geochemical changes in hydraulically fractured Marcellus Shale[J].Applied Geochemistry,2017,76:36-50.

[81] 辜海林.页岩气开采水力压裂过程中的水-页岩作用模拟研究[D].北京：中国地质大学(北京),2018.

[82] U.S.Environmental Protection Agency.Study of the potential impacts of hydraulic fracturing on drinking water resources[R].Washington,D.C:U.S.Environmental Protection Agency,2012.

[83] MYERS T.Potential contaminant pathways from hydraulically fractured shale to aquifers[J].Ground Water,2012,50(6):872-882.

[84] METZ B,DAVIDSON O,DE CONINCK H,et al.IPCC special report on carbon dioxide capture and storage[R].Cambridge:Cambridge University Press,2005.

[85] 张洪涛，文冬光，李义连，等.中国CO2地质埋存条件分析及有关建议[J].地质通报，2005,24(12):1107-1110.

[86] GUO J Q,WEN D G,ZHANG S Q,et al.Potential and suitability evaluation of CO2 geological storage in major sedimentary basins of China,and the demonstration project in Ordos Basin[J].Acta Geologica Sinica (English Edition),2015,89(4):1319-1332.

[87] BACHU S,BONIJOLY D,BRADSHAW J,et al.CO2 storage capacity estimation:methodology and gaps[J].International Journal of Greenhouse Gas Control,2007,1(4):430-443.

[88] GOODMAN A,HAKALA A,BROMHAL G,et al.U.S.DOE methodology for the development of geologic storage potential for carbon dioxide at the national and regional scale[J].International Journal of Greenhouse Gas Control,2011,5(4):952-965.

[89] LEE H,SEO J,LEE Y,et al.Regional CO2 solubility trapping potential of a deep saline aquifer in Pohang Basin,Korea[J].Geosciences Journal,2016,20(4):561-568.

[90] SUN L L,DOU H E,LI Z P,et al.Assessment of CO2 storage potential and carbon capture,utilization and storage prospect in China[J].Journal of the Energy Institute,2018,91(6):970-977.

[91] RAZA A,REZAEE R,GHOLAMI R,et al.A screening criterion for selection of suitable CO2 storage sites[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2016,28:317-327.

[92] GUPTA P K,YADAV B.Leakage of CO2 from geological storage and its impacts on fresh soil-water systems:a review[J].Environmental Science and Pollution Research International,2020,27(12):12995-13018.

[93] PETIT A,CEREPI A,LOISY C,et al.Aquifer-CO2 leak project:Physicochemical characterization of the CO2 leakage impact on a carbonate shallow freshwater aquifer[J].International Journal of Greenhouse Gas Control,2021,106:103231.

[94] GANESH P R,BRYANT S L,MECKEL T A.Characterizing small-scale migration behavior of sequestered CO2 in a realistic geologic fabric[J].Energy Procedia,2013,37:5258-5266.

[95] LI B X,BENSON S M.Influence of small-scale heterogeneity on upward CO2 plume migration in storage aquifers[J].Advances in Water Resources,2015,83:389-404.

[96] LIU D Q,AGARWAL R,LI Y.Numerical simulation and optimization of CO2 enhanced shale gas recovery using a genetic algorithm[J].Journal of Cleaner Production,2017,164:1093-1104.

[97] BACON D H,LOCKE R A,KEATING E,et al.Application of the Aquifer Impact Model to support decisions at a CO2 sequestration site[J].Greenhouse Gases:Science and Technology,2017,7(6):1020-1034.

[98] RUTQVIST J,BIRKHOLZER J,CAPPA F,et al.Estimating maximum sustainable injection pressure during geological sequestration of CO2 using coupled fluid flow and geomechanical fault-slip analysis[J].Energy Conversion and Management,2007,48(6):1798-1807.

[99] LI Q,WEI Y N,LIU G Z,et al.CO2-EWR:a cleaner solution for coal chemical industry in China[J].Journal of Cleaner Production,2015,103:330-337.

[100] CHADWICK A,WILLIAMS G,DELEPINE N,et al.Quantitative analysis of time-lapse seismic monitoring data at the Sleipner CO2 storage operation[J].The Leading Edge,2010,29(2):170-177.

[101] BOAIT F C,WHITE N J,BICKLE M J,et al.Spatial and temporal evolution of injected CO2 at the Sleipner Field,North Sea[J].Journal of Geophysical Research Solid Earth,2012,117(B3):1-21.

[102] ZHU C,ZHANG G,LU P,et al.Benchmark modeling of the Sleipner CO2 plume:calibration to seismic data for the uppermost layer and model sensitivity analysis[J].International Journal of Greenhouse Gas Control,2015,43:233-246.

[103] DIAO Y J,ZHU G W,LI X F,et al.Characterizing CO2 plume migration in multi-layer reservoirs with strong heterogeneity and low permeability using time-lapse 2D VSP technology and numerical simulation[J].International Journal of Greenhouse Gas Control,2020,92:102880.

[104] HEATH J E,BAUER S J,BROOME S T,et al.Petrologic and petrophysical evaluation of the Dallas Center Structure,Iowa,for compressed air energy storage in the Mount Simon Sandstone[R].Oak Ridge:Office of Scientific and Technical Information (OSTI),2013.

[105] SUCCAR S,WILLIAMS R H.Compressed air energy storage:theory,resources,and applications for wind power[R].Princeton:Princeton University,2008.

[106] MCGRAIL B,CABE J,DAVIDSON C,et al.Technoeconomic performance evaluation of compressed air energy storage in the Pacific Northwest[R].Richland:Pacific Northwest National Laboratory,2013.

[107] OLDENBURG C M,PAN L H.Porous media compressed-air energy storage (PM-CAES):theory and simulation of the coupled wellbore-reservoir system[J].Transport in Porous Media,2013,97(2):201-221.

[108] JARVIS A S.Feasibility study of porous media compressed air energy storage in South Carolina,United States of America[D].Clemson:Clemson University,2015.

[109] 郭朝斌，张可倪，李采.压缩空气含水层储能系统设计及可行性分析[J].同济大学学报(自然科学版),2016,44(7):1107-1112.

[110] GUO C B,ZHANG K N,LI C,et al.Modelling studies for influence factors of gas bubble in compressed air energy storage in aquifers[J].Energy,2016,107:48-59.

[111] LI Y,PAN L H,ZHANG K N,et al.Numerical modeling study of a man-made low-permeability barrier for the compressed air energy storage in high-permeability aquifers[J].Applied Energy,2017,208:820-833.

[112] 董家伟，李毅.含水层压缩空气储能选址评价方法研究[J].安全与环境工程，2021,28(3):228-239.

[113] 何朋朋.含水层水热运移试验研究[D].北京：中国地质大学(北京),2011.

[114] MATHEY B.Development and resorption of a thermal disturbance in a phreatic aquifer with natural convection[J].Journal of Hydrology,1977,34(3/4):315-333.

[115] HOLM T R,EISENREICH S J,ROSENBERG H L,et al.Groundwater geochemistry of short-term aquifer thermal energy storage test cycles[J].Water Resources Research,1987,23(6):1005-1019.

[116] MILLER R T.Anisotropy in the Ironton and Galesville Sandstone near a thermal-energy-storage well,St.Paul,Minnesota[J].Ground Water,1984,22(5):532-537.

[117] PALMER C D,BLOWES D W,FRIND E O,et al.Thermal energy storage in an unconfined aquifer:1.Field Injection Experiment[J].Water Resources Research,1992,28(10):2845-2856.

[118] REGENAUER-LIEB K.Ultra-supercritical Energy Storage[C]//Proceedings World Geothermal Congress.Reykjavik:Regenauer-Lieb and the EUREKA Team,2020:1-7.

[119] 邬小波，马捷.中国地下含水层储能技术及其发展[J].能源研究与信息，1999,15(4):8-12.

[120] 赵新颖，万曼影，马捷.地下含水层储能及其对环境影响的评估[J].能源研究与利用，2004(1):51-54.

[121] 马捷.地下含水层储能原理及工程应用[M].上海：上海交通大学出版社，2007.

[122] 王锦程，万曼影，马捷.地下含水层储能技术的应用条件及其关键科学问题[J].能源研究与信息，2003,19(4):229-235.

[123] 李阳，薛兆杰.中国石化油藏地球物理技术进展与探讨[J].石油物探，2020,59(2):159-168.

[124] ABDELFETTAH Y,BARNES C,DALMAIS E,et al.Full wave inversion of OVSP seismic data for faults delineation and characterization in granite context[C]//Proceeding of the 1st Geoscience & Engineering in Energy Transition Conference.Strasbourg:European Association of Geoscientists & Engineers,2020:1-5.

[125] 苟量，张少华，余刚，等.光纤传感推动油藏地球物理技术智能创新发展[J].石油科技论坛，2021,40(5):55-64.

[126] MOURI T,SHIGEMATSU A,NAKAMURA Y,et al.Application of full waveform inversion to time-lapse walkaway vertical seismic profile data for CO2-EOR monitoring in abu dhabi:a feasibility study on field and synthetic data[C]//Paper presented at the Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference,Abu Dhabi:UAE,2021.

[127] 蔡志东，王世成，韦永祥，等.VSP波场研究与应用现状[J].石油物探，2021,60(1):81-91.

[128] 陈斌，蔺敬旗，李兆春，等.阵列声波测井在页岩油体积压裂效果评价中的应用[J].断块油气田，2021,28(4):550-554.

[129] LELLOUCH A,SCHULTZ R,LINDSEY N J,et al.Low-magnitude seismicity with a downhole distributed acoustic sensing array:examples from the forge geothermal experiment[J].Journal of Geophysical Research:Solid Earth,2021,126(1):e2020JB020462.

[130] VERLIAC M,LE CALVEZ J.Microseismic monitoring for reliable CO2 injection and storage:geophysical modeling challenges and opportunities[J].The Leading Edge,2021,40(6):418-423.

[131] ABDELFETTAH Y,SAILHAC P,LARNIER H,et al.Continuous and time-lapse magnetotelluric monitoring of low volume injection at Rittershoffen geothermal project,northern Alsace – France[J].Geothermics,2018,71:1-11.

[132] 李帝铨，何继善.基于差分广域电磁法的三元复合驱监测方法[J].石油勘探与开发，2021,48(3):595-602.

[133] 赵国，夏国峰，董卫斌，等.高分辨率井地电磁技术在超深层油气勘探与开发中的应用[C]//SPG/SEG南京2020年国际地球物理会议论文集(中文).南京：中国石油学会石油物探专业委员会(SPG)/国际勘探地球物理学家学会(SEG),2020:1109-1112.

[134] MAGNUSDOTTIR L,JONSSON M T.Casing-to-casing resistance study performed at Reykjanes geothermal field in Iceland to estimate fracture connectivity[J].Geothermics,2020,88:101860.

[135] 周聪，汤井田，庞成，等.时空阵列混场源电磁法理论及模拟研究[J].地球物理学报，2019,62(10):3827-3842.

[136] 王达，李艺，周红军，等.我国地质钻探现状和发展前景分析[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(4):1-9.

[137] 和国磊，宋志彬，胡志兴，等.东丽湖地热钻探CGSD-01井钻完井技术[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2019,46(4):7-13.

[138] 任海涛，田海萍，于洪波，等.高温地热井三牙轮钻头的研制与应用[J].天然气工业，2021,41(10):95-100.

[139] FINGER J,BLANKENSHIP D.Handbook of best practices for geothermal drilling[R].Oak Ridge:Office of Scientific and Technical Information (OSTI),2012.

[140] 许刘万，王艳丽，殷国乐，等.多工艺空气钻探技术在地热井开发中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(10):225-229.

[141] 李国栋.地热钻井技术的若干问题[J].地下水，2008,30(1):85-86,88.

[142] BAER D,GUPTA M,LEEN J B,et al.Environmental and atmospheric monitoring using off-axis integrated cavity output spectroscopy (OA-ICOS)[J].American Laboratory,2012,44(10):20-23.

[143] LEE S,KIM E H,YU S,et al.Alternating-current MXene polymer light-emitting diodes[J].Advanced Functional Materials,2020,30(32):2001224.

[144] PILICODE N,NAIK P,NIMITH K M,et al.New cyanopyridine based conjugated polymers carrying auxiliary electron donors:from molecular design to blue emissive PLEDs[J].Dyes and Pigments,2020,174:108046.

[145] PAUL J B,LAPSON L,ANDERSON J G.Ultrasensitive absorption spectroscopy with a high-finesse optical cavity and off-axis alignment[J].Applied Optics,2001,40(27):4904-4910.

[146] KRUSPE T.High Temperature 300℃ measurement while drilling system[R].Oak Ridge:Office of Scientific and Technical Information (OSTI),2018.

[147] RICHTER P,PARKER T,WOERPEL C,et al.Hydraulic fracture monitoring and optimization in unconventional completions using a high-resolution engineered fibre-optic Distributed Acoustic Sensor[J].First Break,2019,37(4):63-68.

[148] LI X Y,ZHANG J,GRUBERT M,et al.Distributed acoustic and temperature sensing applications for hydraulic fracture diagnostics[C]//Paper presented at the SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference and Exhibition.The Woodlands:SPE,2020.

[149] 赵学亮，魏光华.深部含水层pH值在线监测电位漂移补偿技术[J].河南科技大学学报(自然科学版),2018,39(6):55-59,7.

[150] 魏光华，赵学亮，李康，等.基于双极性电压激励信号的四电极电导率测量仪的设计[J].仪表技术与传感器，2019(5):34-37,49.

上善若水，水利天下！百万水利人的精神家园！聚焦水利领域人、事、物。推送水利最新动态、专家见解、技术疑难、行业资源等。作为水利业界优秀公众号，我们向您隆重推荐水利天下公众号。欢迎全体水利人扫码关注、转发与分享。

薛国强：男，福建莆田人，1976年10月生，中国民主促进会会员，2000年本科毕业于武汉水利电力大学，2012年工程硕士毕业于同济大学，厦门市国水水务咨询有限公司总规划师，【水利天下】公号创办人兼总编。注册咨询工程师，水利水运双专业高级工程师，河湖网专家顾问委员会委员，科普中国专家库专家成员，中国水利文协专家委员会委员。福建省土木工程建筑行业协会专家库成员、福建省土木工程系列高级工程师任职资格评审专家评委等。

免责声明：本公众号所发布的信息均出于公众传播，部分推送文章及图片系网络转载，版权归原作者和原出处所有。内容为作者个人观点，仅供参考并致谢忱！如其他媒体或个人从本号下载使用须自负版权等法律责任。部分文章因转载众多，仅标明（或未能标明）转载来源，如有侵权请联系我们删除。

如果您觉得好看，就请点赞、在看、留言、转发、分享一起上吧！

欢迎您点赞点在看

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1Njc0MDYzOA==&mid=2247693898&idx=4&sn=6f9504220a6acf27f337ef8f357fa90f

水利天下

百万水利人的精神家园！聚焦水利领域人、事、物。推送水利最新动态、专家见解、技术疑难、行业资源等。欢迎各位业界朋友关注与分享，水利天下欢迎你！