超高温和超压地热系统（图片来源，奎斯能源）

 发表于《自然-通讯》的这批数据首次揭示此类岩石能够形成可以相互连接并提高渗透能力的裂隙。直到现在，地质学家们对其可能性还意见不一。

 这些裂隙非常重要，因为水从其中运移时能够进入超临界状态，大多数人对这种类似蒸汽的相态并不熟悉。（类似的相态是液态水、冰和蒸汽形成云）。

 “清洁空气工作组”（Clean Air Task Force，CATF）2021年的报告《超高温岩石地热：随处可得的零碳能源远景》（Superhot Rock Geothermal, A Vision for Zero-Carbon Energy ‘Everywhere）认为，超临界水反过来“能够渗透裂隙速度更快，从每口井携带到地面的能量更多——是目前商业地热井所产能量的5-10倍”。

 另外，数据显示，超高温条件下的断裂比近地表条件下的断裂渗透率高10倍，而且更容易变形。

 此项工作的发起人之一，奎斯能源（Quaise Energy）副总裁杰弗里·加里森（Geoffrey Garrison）称，这些因素使得这种地热资源“更经济”。该公司正在研制一种钻进超深、超高温岩石的新钻探技术。

 地质争论

 直到现在，地质学家在能否开发这种超深、超高温资源方面意见不一。在这种超高温（375℃或707℉）超高压下，岩石呈韧性，或黏糊状，与地表脆性岩石完全不同。因此，一些地质学家认为此环境下不可能形成裂隙。而且如果能形成裂隙，那么它们是否保持张裂状态？

 洛桑联邦理工学院（Ecole Polytechnique Fédéral de Lausanne，EPFL）领导的团队正在进行的工作证实，在邻近地壳脆-韧性过渡带的超高温、超深岩石中的确能够形成断裂。在这个过渡带中，脆性岩石开始转变为一种韧性或易弯曲的材料。

 “本项研究产生的其他大量数据将会告诉我们开发这些资源的方法”，加里森说。例如，“岩石的强度如何？裂隙有多长？能够形成多少裂隙？”

 “所有这些信息都能够帮助我们降低钻探风险，因为钻探成本非常高。机会难得。钻孔不像在墙上挂画——位置不好可以移动”。

 “令人惊喜的发现”

 卡斯卡特研究所地热能办公室主任彼德·马斯（Peter Massie）最近与CATF发布了一份关于超高温地热能钻探的报告。未参与《自然-通讯》论文撰写的马斯在X平台上评论说：

 “令人惊喜的发现：超高温压能够帮助建立更好的增强地热系统（Enhanced geothermal systems，EGS）。在极高温度下，岩石可变为韧性（塑性），这将影响EGS。这有助于提高超深，“超临界”地热系统提高产量”。

 这项研究由EPFL岩石动力实验室副研究员玛丽·维奥莱（Marie Violay）牵头。

 “这项工作令人兴奋，因为它首次提供了地壳脆韧性过渡带附近深部超临界地热储层超高温压条件下变形过程中的渗透性测量结果”，维奥莱称。

 “我们已经证实，地壳脆韧性过渡带并不是流体循环的边界，该处是深部地热储层开发的重要目标。目前这方面可得的现场数据极为有限，我们的实验首次提供了这种极端条件下的实验结果”。

 维奥莱在《自然-通讯》论文的合著者为本文第一作者加布里埃尔·G·梅耶（Gabriel G. Meyer）和加桑·沙辛（Ghassan Shahin），这二人都来自EPFL，另外还有来自欧洲同步辐射设施（European Synchrotron Radiation Facility，ESRF）的贝诺伊特·科多尼尔（Benoit Cordonnier）。

 实际情况

 超高温、超深岩石的稠度与橡皮泥相似。加里森说：“如果你慢慢地拉，它就会伸展并变得有弹性。但如果你真的很快地拉一块橡皮泥，它就会折断。这是一种易碎的行为。”

 “在这种极端条件下如果非常缓慢地给岩石施压，那么它就会拉伸而不会断裂。我们的工作表明，在此条件下，岩石会破碎，但需要快速施加压力才能破碎”，他说。

 这项研究证实了《地热能》（Geothermal Energy）今年早些时候发表的理论研究成果，其所形成的裂隙在受影响的岩石中产生了密集的“渗透云”（Cloud of permeability）。这与目前工程地热系统（Engineered geothermal systems，EGS）所产生的大而少的宏观断裂不同，ESG在更接近于地表和更低的温度下运行。

 因此，《地热能》介绍的模拟预计超高温地热系统所产能的动能是当前普通EGS的5-10倍，而且可以运行长达20年。

 独特的实验机器

 加里森指出，目前世界上能够像EPFL那样能够进行上述测量的设施极为少见。

 “（此项研究）最大成果是我们开发了一种独特的实验设备，可以模拟脆韧性过渡带附近深部超高温储层的压力、温度和变形条件。另外，我们能够将这些实验结果同ESRF获得的原位X射线影像结合起来，对相关过程进行深入的研究”，维奥莱称。

 除了奎斯能源以外，此项研究还得到了其他一些机构的资助，包括欧洲科学研究委员会（European Research Council）、瑞士国家科学基金（Swiss National Science Foundation）、欧盟“地平线2020”研发计划（Horizon 2020 research & innovation program）、瑞士联盟能源办公室（Swiss Federal Office of Energy）和阿尔塔岩石能源公司（Alta Rock Energy）。

 （文章来源：https://geoglobal.mnr.gov.cn/zx/kydt/kykj/202410/t20241014_9064553.htm，全球地质矿产信息系统