地球是一个直径为6000多千米的实心球体，从地面到地球中心的距离比从北京到海南岛2倍的距离还要远。地球由地壳、地幔、地核三部分构成，整个结构就犹如一颗半熟的鸡蛋：蛋壳好比地球的地壳，其物质状态为固态；蛋白好比地球的地幔；蛋黄好比地球的地核，物质状态为液态。地表以下平均每100米温度升高约3℃。科学家研究显示：地核与地幔边界的温度大约为3700℃，而地核内部温度可能高达5000℃，几乎与太阳表面一样炽热。因此，地球内部蕴藏着惊人的热量，其中一部分地热资源便以干热岩的形式埋藏于其中。

一、干热岩是什么？

早期，干热岩通常是指温度高于200℃，埋藏于距地面2000米以下的无裂隙的岩体，主要是各种变质岩或结晶岩类岩体。伴随着干热岩勘测和开发的深入，干热岩的概念有了更为广泛的外延。只要岩体温度高，埋藏深度合理，内含流体较少（或不含流体），能用各种技术手段提取其中的热量，均可称为干热岩。

干热岩属于地热资源的一种，被誉为“来自地球母亲的温暖”。地热资源是一种来自地球内部的热能资源，温泉便是我们日常生活中最熟悉的地热资源。关于地热的来源，有多种假说。一种假说认为，地热主要来源于地球内部放射性元素衰变释放出的热能。还有一种假说认为，地热来源于地球自转产生的旋转能以及化学反应、岩矿结晶释放的热能。而在地球的发展演化过程中，产生的热能总量超过地球散逸的热能，巨大的地热能便储存于地球内部，等待人们去开发。

相比当前已开发利用的各类能源，干热岩具有无可比拟的优势。与煤炭、石油和天然气等传统化石能源相比，干热岩是一种清洁的可再生能源，不会产生污染环境的有害物质。与太阳能、风能、核能等新能源相比，干热岩的稳定性好，不受季节气候昼夜条件的限制。此外，干热岩的成本低，干热岩发电的成本仅为风力发电的一半，只有太阳能发电的十分之一，和煤炭发电的成本相当。

干热岩是无处不在的资源，分布几乎遍及全球，从理论上说，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。但就现阶段来看，由于技术和手段等限制，干热岩资源专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。因此，当前的干热岩开发更多地着眼于这些地区，它们位于全球板块或构造地体的边缘，构造活动剧烈，是地球释放内部能量的主要区域，地热资源十分丰富。

我国干热岩分布广泛，特别是东北地区、华北平原、东南沿海地区、西北地区均具有丰富的干热岩资源，具有很大的开发潜力。以高温干热岩体的发现地青海共和盆地为例，其干热岩理论资源量折合标准煤6303.05亿吨，以其2%作为可开采资源量计算，折合的标准煤是中国2016年能源消耗的3倍。

干热岩不但储量丰富，还可以循环利用。开发干热岩时，加热产生水蒸气的过程会使岩石温度降低，但地心的炽热岩浆会重新加热这些岩石，从而实现干热岩的周期性循环利用。

二、“石头”也可发出电来？

目前，人们对干热岩的开发利用，主要集中在干热岩发电。干热岩开发利用的核心是建立增强型地热系统（EGS工程）。首先从地表往干热岩体中打一眼井（注水井），将井口封闭后，注入高压清水，此时井底能够产生非常高的压力，该压力足以将致密的岩石压裂形成复杂缝网，或将岩体中的天然裂隙扩张形成更大的裂缝；随着清水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个体积庞大的人工热储（类似一个巨大的鸟窝）。在距注水井合理的位置再钻几眼采出井，通过控制井眼轨迹，使采出井能够贯穿压裂缝网。整个EGS工程，通过注水井（回灌井）将低温水注入到人工产生的、张开且连通的缝网中，低温水与高温岩体接触被加热，然后通过采出井便将岩石裂隙中的高温水、汽提取到地面，取出的水、汽温度可达150～200℃，通过热交换及地面循环装置用于发电，冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系统内进行。

以法国东部阿尔萨斯地区的一座干热岩发电站为例，工作人员在这里钻了三眼深井，一直钻到地表5000米以下的基岩中。发电时，用水泵以每秒100升的速度从中间的注水井向地下灌冷水，这些冷水被干热岩加热成约200℃高温的水蒸气，从另外两眼生产井抽出地面，送入一个热交换器，并在热交换器中驱动涡轮机发电。整个转换过程消耗的总电量，只相当于发电站发电量的20%。

增强型地热系统的开发和利用主要是建造两个子系统：地下人工储层和地面发电系统，二者都需要多项技术的运用和集成。其中，创建地下人工储层是目前研究的焦点。

三、我国干热岩勘查开发现状

我国干热岩资源潜力巨大，开发前景广阔，是极具潜力的战略能源，但是我国干热岩勘查与开发起步晚，在干热岩形成机制、分布情况、热储特征、评价方法、勘查开发技术等领域仍存在较多尚未解决的问题。

为推动我国干热岩勘查开发，2013年以来，中国地质调查局先后在东南沿海地区、松辽平原地区、华北地区和青藏高原等重点地区实施了干热岩勘查。2014年，中国地质调查局与原青海省国土资源厅共同组织实施的青海共和盆地干热岩勘查钻获干热岩，填补了我国一直没有勘查发现干热岩资源的空白。2017年5月在共和县恰卜恰镇完井的GR1干热岩勘探孔再获温度新高，取得了一批重要成果，为我国进一步开展干热岩勘查开发研究打下了重要基础。在此基础上，中国地质调查局围绕国家清洁能源需求，加大力度在青海共和推进干热岩资源的试验性开发。

干热岩开发利用的技术原理虽然简单，但实际应用过程中仍存在大量的技术性难题，例如在干热岩中钻井，对钻杆、钻头的寿命以及具有“钻井血液”之称的泥浆稳定性都是极大的挑战；而地层中含有大量的矿物质，在干热岩开发中，被气化的矿物质会重新在井壁结垢，类似血管中的“血栓”，沉积时间一久很容易将开采通道堵死。面对众多的技术性难题，科研人员唯有加快技术探索的步伐，才能在这场国际能源竞赛中拔得头筹！

（作者单位：自然资源部中国地质调查局北京探矿工程研究所）

新元古代伊迪卡拉纪晚期至寒武纪早期“大世纪之交”过渡期间，出现了一系列地质环境剧变和生物快速演化事件。地球历史上重大时期地质突变过程一直是国际研究的前沿和焦点，多生物门类在这个时期爆发式出现并迅速辐射演化，其化石记录是我们了解早期生命演化过程的重要证据。

中国地质调查局地质研究所唐烽研究员及多所院校组成的研究团队经过数年的考察发掘和采集，在云南安宁地区发现了一类宏体碳质压膜的实体化石新材料，命名为“条纹垂带虫”（Rugosusivitta orthogonia新属新种）。化石整体呈宏体丝带状，两侧对称，同时具有平行排列、致密整齐的横纹和纵纹，多见折叠的形式弯曲保存，喻示了化石生物的活体呈长条的扁平状而非圆柱状。这些化石赋存在两层主磷矿层之间斑脱岩夹层下0.68m处，而这一夹层的地质时代为535.2±1.7Ma（图1），这一热事件接近最早冠轮动物类群的出现时间，表明这些化石很可能代表了冠轮动物的早期原型，可能是最原始的扁形动物（扁虫类Flatworms）的化石记录。

图1.研究地区灯影组和渔户村组地层单位图，包含梅树村、江川清水沟和安宁鸣矣河三组剖面的数据。535Ma等时面在图中由箭头和实线连接，相同岩石地层单位使用虚线相互连接；（a）埃迪卡拉—寒武纪交界标志遗迹化石Treptichnus pedum在梅树村剖面的首现层位。（b）条纹扁虫化石发现于云南安宁地区鸣矣河剖面两层主磷矿层之间斑脱岩夹层下0.68m处

通过对化石标本宏观形态和显微图片的处理和分析，发现条带状新化石体长可达20cm以上。身体上的纹路细密，1mm内为7-8根，一端较粗而另一端较细，较细的一端末尾偶尔具有圆盘状的结构与身体连接。化石一端至过渡段，身体较宽具有明显的细密平行横纹；另一端至过渡段身体较窄且具有明显的平行纵纹且；过渡段具有一截较短的表面横纵纹，身体的宽度也呈过渡变化。化石身体大部分平直，部分有扭曲和折叠，整个化石呈现弯折状，而非其它圆柱体型蠕虫化石所保存的弯曲形态。这与其原始的扁平长条状躯体、以及可能在海底沉积物表面生活的生态习性（图2,3）有关。安宁条带状化石末端偶见的圆盘状结构也·很可能用于固着身体，化石生物体死亡之后固着器可能大多数脱离身体散失在原地，而身体被搬运沉积至化石富集点形成化石的富集和定向产出。

图2.（a）标本IG-170915-2 .以及其素描结构图；安宁条带状化石身体可以大致划分为三段：粗大的横纹段(TFZ)，过渡段(TZ)和细长的纵纹段(LFZ)。 （b）标本IG170922纵纹段纹饰细节，纵纹沿身体延长，贯穿整个纵纹段；（c）标本IG170922 过渡段纹饰细节，横纵纹之间过渡较为突兀，纵纹在末端接触横纹的地方略微向内收缩；（d）标本IG170922 纵纹段纹饰细节。黑色比例尺为2cm，白色比例尺为1cm

图3.（a）安宁化石在波浪动力的作用下被折叠，呈现出埋藏时的折叠形态。（b）安宁条带状化石生态复原图，化石可能在海底表面固着生活

与产出时代相近的皱节虫、陕西迹以及江川生物群中的各种宏体藻类等蠕形或带状化石对比，安宁条带状化石展现出了不同的形态学特征。由于形态简单、身体内部结构缺乏，对其分类还很困难。然而，其两侧对称属性、扁平带状的身体特征以及同时具有横向和纵向纹饰的独特特点，与现生扁虫动物门中四叶目绦虫动物非常相似，据此目前可以将其归类为早期两侧对称动物的原始物种；尤其可以进一步归属为早期扁形动物，成为扁形动物的基干类群（图4）。安宁中谊村段下部和华南其它分布区条带状化石的一致性表明，这些生物是伊迪卡拉纪—寒武纪过渡剧变期生物量的重要组成部分。

图4. 早期两侧对称动物系统发生图，安宁条带状化石可能的位置由红色虚线标注

扁形动物门(Platyhelminthes)是无脊椎动物中最早出现的类群之一。两侧对称体型，呈扁平的短或长带状，无呼吸系统、骨骼、循环系统和体腔，且不具真体节。其中绦虫类（Cestoda）尚未见化石报道，现生个体体长，生长期体表发育纵纹，成熟后通常分成细密的横纹状节片，无消化管，表皮特化具吸收和分泌作用，个体前端常见固著器官保存（图5）。

图5. 扁虫动物（Flatworms）的系统位置及基本体制特征

（红色箭头代表安宁条带状化石的可能位置）

安宁扁虫化石开启了早期扁形动物新的分类，填补了埃迪卡拉动物群与寒武纪动物群大爆发之间的动物化石门类。实体化石的出现，对于解释伊迪卡拉纪末期和寒武纪早期大量遗迹化石的出现提供了生物实体证据，同时原始扁形动物出现的地层对于早期生物演化和地层对比上有重要的标志作用。这类条带状化石在时空上的延限分布,还需更为深入地发掘研究，结合对比全球分布广泛的克劳德管状化石和陕西迹Shaanxilithes化石，将新种化石作为显生宙起始的标志化石可能具备较大潜力。

本研究受到国家自然科学基金（41572024,41662003）和中国地质调查局项目（DD20190008）联合资助，命名论文成果：Feng Tang, Sicun Song, Guangxu Zhang, Ailin Chen, Jun-ping Liu, 2020. Enigmatic ribbon-like fossil from Early Cambrian of Yunnan, China., China Geology.doi: 10.31035/cg2020056.

文章链接：. http://chinageology.cgs.cn/article/doi/10.31035/cg2020056?pageType=en

雷晓东（右）向专家介绍野外工作情况。

“我们在延庆的工作区域有一片正好位于2022年冬奥会的场馆规划区，通过测量，如果这片区域的地热资源符合开采要求，未来有可能为冬奥会冬季供暖需求提供清洁能源，为绿色办奥运提供支撑。”雷晓东满怀期待地说。

新年刚过，北京市地勘院物探研究室副主任雷晓东又接到了新的任务，1月17日，他所负责的延庆地区地热资源调查工作刚刚通过野外评审验收，剩下的主要是内业了。“我们在延庆的工作区域有一片正好位于2022年冬奥会的场馆规划区，通过测量，如果这片区域的地热资源符合开采要求，未来有可能为冬奥会冬季供暖需求提供清洁能源，为绿色办奥运提供支撑。”雷晓东满怀期待地说。

一

2008年7月，雷晓东从中国地质大学（北京）水文学与水资源专业毕业，进入北京市地质勘探院华清地热公司工作。刚一报到，他就前往内蒙古大草原，参加刚启动的《内蒙古东乌旗海勒斯台陶勒盖地区铅锌多金属矿普查》项目，主要工作任务是开展地球物理勘探，寻找隐伏矿产资源。

在大学里，雷晓东学的是水文地质，对地球物理勘探工作并不熟悉，因此在报到之前，他就买了许多物探专业书籍，专业上有什么不会的就学，不懂的就问，出发前他就做好了迎接挑战的准备。

项目组工作区域位于乌珠穆沁草原，与蒙古国接壤，水草丰茂、牛羊遍野，小说《狼图腾》的故事就发生在这里，被喻为草原上最后的“天堂”。风景虽然优美，但是对地质工作者来说，困难也不少，交通不便，补给困难，夏天的烈日蚊虫、冬天的暴雪狂风，都在考验着刚参加工作的雷晓东。

那段时间雷晓东从未有一日懈怠过，每天早晨5点多钟就起床，吃过早餐带上干粮，出野外采集高质量数据，往往要忙到天黑后才能回到驻地，晚上他还主动承担起数据处理任务。稍后空闲，他又捧起专业书籍，结合实际工作中遇到的问题一本本地啃。这样一干就是三个多月，雷晓东的辛勤努力和付出，让他有了飞跃性的进步，也得到了领导和同事们的一致认可，从一个物探新人迅速成长为项目组的技术骨干。

二

单位里比雷晓东年轻的同事都喜欢叫他“东哥”，提起他，大家总是异口同声地说：“东哥爱学习。”因为不是物探专业科班出身，雷晓东特别注重这方面的知识，他读了地球物理前辈刘光鼎院士、汪集旸院士、刘士毅先生以及其他多位著名学者的书，每天坚持看两篇专业论文、每周一篇英文论文，认真翻看单位物探前辈写的报告。工作之余，他还积极与国内物探领域的专家交流，主动向他们学习，与中国地质调查局的刘士毅先生就结下了深厚的情谊，并发表了多篇学术论文。除了专业书籍外，雷晓东还爱看历史书籍和名人传记，坚持学习英语，每天睡觉前和早起后，总会先看上几页书。

学习积累是一个长期的过程，往往一到关键时刻就能显现出作用来。2009到2010年，北京市地勘局引进了两套价值昂贵的进口勘探设备GDP-32Ⅱ型多功能电法工作站，主要用于地热资源勘探。当时大家谁都没有接触过这套设备，雷晓东勇敢站了出来，带领其他年轻的技术人员，认真研究使用方法，很快就掌握了操作方法，为后期的地质勘探与地球物理研究和实践工作提供了强有力的技术支撑。

原来的时候，物探数据采集和处理分别由外业和室内人员完成，室内数据处理的结果经常不能及时反馈给外业工作人员，造成了工作失误。为了提高工作效率，雷晓东严格要求自己，白天采集的原始数据，晚上一定要处理完毕、形成图件、分析研究，以便更好地指导并及时调整第二天的工作。

每次单位有新来的同事，雷晓东总不忘分享自己的工作经验：“眼过千遍，不如手过一遍，再仔细的观察也不如实地测量来得精准。”2011年，在实施《北京城市地质土壤调查与评价》项目时，为了取得合格的样品，雷晓东和同事深入密云、平谷和门头沟部分人迹罕至的深山中取样，至今手上还留有当时工作时的伤疤，“只是受了点轻伤，最可怕的是迷路，有些地方GPS会发生信号漂移，下山的时候一下子就找不到方向了，那样的情况下，就算是在北京也很危险，幸运的是，我们摸索着走了一段，又找到路了。”这些在野外遇到的危险，雷晓东很少讲，怕家人知道了担心。

天道酬勤，2014年，雷晓东考入中科院地质与地球物理研究所攻读博士学位，2015年，他顺利通过了地球物理勘探专业高级工程师资格认证。

三

“你们现在在什么位置？”2016年深秋，在前往延庆项目工作组的路上，雷晓东不停地打着电话询问，在田野间找了很久，还是没有发现工作小组的身影，过了一会儿才知道，原来当天上午的工作很顺利，原本要一天才能完成的工作只用了半天，大家决定抓紧时间转移到下一个测量点。

北京市地勘局党委的杜钰记得大约半年前，项目小组在大兴区工作，她随着领导去探访，往往是他们刚赶到一个地点，得知项目小组已经完成工作赶往下一个地点了，“花了两三个小时，我们愣是没有找到。”最后，领导放弃了，直接到项目组的驻地等着队伍收工。很多时候就是这样，项目任务重，时间紧，地质队员在野外必须争分夺秒开展工作，为了保证质量还要反复观察，很少能停下来歇息。

半个小时后，雷晓东赶到了新的测量点，工作组的厢式货车停在空旷的田野边，同事用铁锨铲出一个直径50厘米深5厘米的圆坑，雷晓东边用铁锤沿着坑边一根根敲入铁钎，边说：“用这种多功能电法工作站找地热资源，是目前用得最多也是最成功的方法。”而在不远处的野鸭湖附近，还有另一组地质队员，正带着仪器进行氡气测量。

2016年，北京市地勘院开展了涉热业务整合重组，成立了物探研究室，年轻的雷晓东挑起大梁，全面主持业务工作。

我们生活的地球是一个巨大的热库，从地表往下正常增温梯度是每1000米增加25~30摄氏度，我们熟知的温泉就是以水为介质把地球热量带到地表，现在也可以用钻探手段将地下几千米的热水引上地表，因此浅层地温能和水热型地热资源是可持续开发的重要清洁能源。2008年北京奥运会时，鸟巢国家体育场就使用了可再生地热能源，当时被认为是绿色奥运的重要部分，而目前京津冀地区采用浅层地温能供暖制冷面积占全国利用浅层地温能供暖制冷总面积的20%，是我国浅层地温能开发程度最高的地区之一。延庆地区具有丰富的浅层地热资源，地热水出水温度最高可达65摄氏度，能够达到供暖要求，在减少污染物排放上有着明显的优势。一谈起熟悉的工作，雷晓东就格外兴奋，“我们也希望通过对延庆这一区域的地热资源调查，找到最优质的开采区，不仅是为2022年的冬奥会也为整个北京提供清洁能源，为首都的蓝天贡献一份力量。”

伟大的事业往往离不开无数平凡个体的默默奉献，进行地热资源勘测时，多功能电法工作站往往只留下一个人看守仪器，监测数据，其他的组员则四散开去，开始各种测量。深秋的野外寒风刺骨，裹着军大衣还直哆嗦，“留守的组员不能离开，虽然挨冻，唯一的好处是离车近，能喝上口热水，在外面跑线的就只能啃几口干粮对付一下了。干地质工作吃这样的苦是经常的，大家都已经习惯了，就想着尽快把工作做完做好。”雷晓东说。