地热能作为一种可再生清洁能源，其良好的稳定性、较少的占地面积及低廉的运行成本使其成为低碳新能源家族中的重要一员。开发利用好地热能，将有助于促进我国能源绿色低碳转型，加快实现“双碳”目标。
我国东南沿海地区地热资源丰富，粤港澳大湾区位于该地热异常带的南段，早在1970年便建成了我国第一座地热电站—广东丰顺地热实验电站，对我国地热资源的开发利用起了巨大的推动作用。目前中国地热资源开发总量已经位居全球之首，但本地区地热产业发展却非常缓慢，其中一个重要原因是对本地区控热构造研究不足。
针对这一现状，光明实验室泛在感知与智能检测团队李献瑞副研究员与深圳大学黄少鹏教授，联合德国达姆施塔特工业大学、卡尔斯鲁厄理工学院和中国地质大学（武汉）等多位学者合作，利用有限元数值模拟技术，构建大湾区包含复杂断层几何结构的高分辨率三维地质力学模型（图1），从控热构造的运动学角度初步识别出具开发前景的地热系统的潜在位置，为大湾区地热资源勘探开发的聚焦研究提供了靶区。
现有的地热系统多沿断裂发育。断裂作为地壳流体运移的主要通道，其运动学特征影响着通道的开合状态，进而可指示有利地热系统形成的构造位置，对地热资源勘探意义重大。团队广泛搜集粤港澳大湾区现有的地质与地球物理资料，开展了三维地质力学和运动学数值模拟。结果显示，总体上大湾区内各主要断裂的滑动速率较小，其中珠江口西侧的NE向断裂水平滑动速率最高（~0.12mm/a），东侧NEE向断裂次之，而中部NW向断裂几乎不滑动（图2）。NE向与NEE向两组断裂的滑动方向相反，前者具有右旋走滑成分，后者则具左旋走滑成分，推测是由构造应力场的横向变化导致的（图2）。综合断层滑动速率、构造样式及大地热流与温泉的分布特征，初步认为吴川-四会断裂北东段、开平-恩平断裂带和五华-深圳、紫金-博罗及河源等断裂的中段具有较好的地热资源前景，NW向与NE/NEE向断裂的交汇处也是未来地热勘探的关注区（图3）。另外，粤港澳大湾区位处东南沿海地震带，历史上曾发生过多次6级以上强震，2023年更是在一周之内接连发生了佛山3.2级和河源4.3级地震。本工作获得的断层长期滑动速率还可为评估区内各主要断裂的强震危险性提供基础参考信息。
图2 模拟的断层滑动速率、剪切方向及其所揭示的构造应力场横向变化
图3 大地热流、温泉及模拟的断层滑动速率分布图。白色虚线椭圆为初步圈定的地热资源前景区。
这项成果近期发表在国际地学主流期刊《Journal of Asian Earth Sciences》上。论文第一作者为李献瑞副研究员，李献瑞和深圳大学黄少鹏教授为共同通讯作者，合作者包括 KIT的Hergert博士、TU Darmstadt的Henk教授和中国地质大学（武汉）的杜秋姣教授。本工作受国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目（U20A2096）和国家自然科学基金重点项目（41830537）共同资助。
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发布时间：2024-02-17
作者：光明实验室
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