摘要：
碳中和、碳达峰需要能源供给领域的重大系统变革，地热能作为一种清洁低碳、稳定连续的非碳基能源，可为实现这一目标提供重要保障。我国地处地中海喜马拉雅地热带和环太平洋地热带的交汇部位，地热资源储量丰富，约占全球地热资源的1/6。其中，浅层地热能资源遍布全国，大陆336个主要城市浅层地热能年可开采资源量折合7亿吨标准煤；中深层地热资源主要集中在华北平原、江淮平原、松辽盆地等地区，以水热型地热资源为主，资源量折合1.25万亿吨标准煤，年可采量折合标准煤19亿吨；大陆3 000~10 000 m深处干热岩资源总计相当于856万亿吨标准煤，以其2%作为可开采资源量计，约为当前全国能源总消耗量的3 000倍。巨大的地热能源储备为推动我国能源变革、践行绿色发展之路、实现“双碳”目标提供了新的选择。近年来，为推动我国地热可再生能源的科学开发利用，地热领域开展了大量的科学理论探索和关键技术研究，在地热赋存基础理论、地热探采技术、地热开发利用技术等方面形成了一系列阶段性成果。在《地学前缘》编辑部的大力支持下，围绕当前研究热点理论、探采技术，从“地热赋存基础理论、地热探测技术、地热开发利用技术”三个方面征集了18篇论文，组成“面向碳中和的地热探采新理论、新技术、新方法”专辑，旨在为我国不同地区地热资源勘查开发等提供参考和借鉴，深入推进我国地热产业高质量发展及地热新能源利用进程。
“地热赋存基础理论”栏目收录7篇文章，聚焦地热系统形成核心科学问题——壳幔尺度热源配分、聚集及地热系统成因机制。不同的构造背景下，壳幔尺度的热源配分构成了地热系统的基础热源，而浅部构造作用则控制了地表热流聚集及流体循环过程，二者的协同作用实现了地下热能的传输、储存和利用，形成了地热系统。《我国陆区热状态及控热要素》（王贵玲等，2024a）从不同尺度分析了我国陆区及重点地热区热状态及地温场特征，提出了我国陆区地热背景划分新方案，解析了青藏高原东北部、腾冲地区、东南沿海、华北地区等地区的高地热异常成因机制及控热因素，建立了较为普遍适用的区域控热要素体系，为我国不同地区地热资源勘查及热源条件分析提供了科学依据。《我国陆区大地热流测量新进展与新认识》(刘峰等，2024)基于近年来开展的大地热流测量工作，新增大地热流数据352组，其中实测260组，整理筛选已发表未汇编热流数据92组，在空间上有效填补了西南、西北、东北地区的大片测点空白，加深了对全国及各区域地热背景的认识，为区域地热基础研究及资源勘查提供更好的支撑。《华北中东部高温地热成因机制》（康凤新等，2024a）基于近年来在河北马头营、山西天镇、山东东营等地取得的高温地热勘查突破，分析了华北地区区域壳幔结构以及壳幔热物质上涌、莫霍面上隆等深部地质过程对地壳浅部高温异常的影响过程与作用方式，探索了典型地段高温地热资源成因机制及其对华北中东部高温地热勘查研究的示范意义。《华北古潜山优势传热机制研究：以雄安新区为例》（王贵玲等，2024b）针对华北古潜山热储控热机制多元、传热过程复杂等特点，基于近年来在雄安新区施工的地热勘探井资料，提出了华北古潜山优势流传热理论，认为古潜山热储的热源主要来自于深部幔源传热，而壳源热流占比低于30 mW/m2，华北克拉通破坏后地幔热对流增强，随着岩石圈拉张减薄，形成了由深到浅的热优势流。《山东省地热资源赋存规律及其富集机制》（康凤新等，2024b）基于地热井测温、大地热流测量、地热资源勘查、钻获地热井及抽水试验和长期动态监测资料，圈定了控热、导水地质构造，将山东省地热资源划分为鲁东隆起、沂沭断裂带、鲁西隆起和鲁西北坳陷4个地热区，分别论述了各地热区地热系统的热储类型、开放程度、热源、水源及水流热流富集构造赋存位置,为山东地区找热定井提供了靶区定位依据。《华北平原蓟县系雾迷山组碳酸盐岩热储岩体原位环境下力学特性研究》（周伟等，2024）针对碳酸盐岩在热储层高温高压原位环境下的物理力学特性不清楚的问题，以华北蓟县系雾迷山组碳酸盐岩热储层岩石为研究对象，分析了高温高压下碳酸盐岩力学特性演化规律与温度作用机理，提出温度对碳酸盐岩力学特性的作用机理主要以热膨胀导致矿物颗粒间微裂缝压密为主，该成果可为华北平原碳酸盐岩热储层的井壁稳定性分析提供基础理论与认识。《典型高温地热系统水热循环及锂同位素分馏过程模拟研究》（石鸿蕾等，2024）则聚焦于多场耦合相互作用对水热循环过程及地热流体化学成分的影响，以西藏羊八井地热田为例，再现了羊八井地热系统的水热循环过程以及水岩反应过程中的锂同位素分馏过程，讨论了主要的参数对热能聚敛效果的影响，该成果有助于进一步认识典型高温地热系统的成因机制模式。
“地热探测技术”专栏收录3篇文章，主要介绍地热探测相关的地球化学、地热钻探等领域的新技术、新方法。近年来，我国在青海共和盆地、冀东马头营等地相继探获高温干热岩体，后续开展的干热岩科学钻探、储层激发等技术攻关在高温硬岩钻进、地应力探测等方面取得了长足的进展。《高温硬岩受控钻进新技术、新方法及应用》（翁炜等，2024）分析了我国高温硬岩井钻进面临的技术难点，总结了技术需求，对钻进新方法、技术特性和示范应用情况进行了介绍，并立足国内既有装备基础，提出以高速强保径牙轮钻头、耐高温单弯螺杆钻具、耐高温MWD组合，配合耐高温钻井液、地面钻井液强制冷却系统与分段循环降温技术，可实现高温硬岩高效、安全、受控钻探。《青海共和盆地干热岩地应力测量及其对储层压裂改造的意义》（张重远等，2024）以我国青海共和干热岩试采工程为例，基于滞弹性应变恢复法（ASR）和成像测井法获得的场区详细的地应力数据，讨论了地应力状态对干热岩储层开发的影响，评价了现今应力状态下储层压裂改造的效果，可为我国未来的干热岩地应力测量及其在开发评价中的应用提供参考。另外，作为一种传统的水文地球化学方法，水化学地温计为水热型地热系统研究提供了便捷的手段，但是目前普遍存在不考虑前提条件、不同地温计使用不规范等问题。《传统水化学地热温度计的适用性分析》（李洁祥等，2024）对目前国际上通用的水化学地温计展开了全面的分析，厘清了不同温度计的局限性和有效性，明确提出了地热水水岩平衡状态的分析是选取水化学地热温度计的前提条件，并提出了沉积盆地型地热系统不建议使用水化学地热温度计直接来估算地热水平衡温度的观点，这对于规范地温计的使用具有重要的意义，并且可为今后相关地区合理选取水化学地温计提供参考。
“地热开发利用技术”专栏收录8篇文章，主要针对浅层地热能、水热型地热资源以及干热岩开发利用技术等开展研究。浅层地热能是近年来涌现的地热开发新宠，由于其具有储量丰富、分布广泛、稳定可靠等优点，其装机容量迅速跃居世界首位，显示出巨大的开发潜力，但其开发除与地质条件密切相关外，还受城市规划等影响。《基于管控单元的城市尺度浅层地热能开发控制因素及指引导则：以雄安新区起步区为例》（王婉丽等，2024）以雄安新区起步区控制性规划为基础，通过综述城市尺度浅层地热能开发利用的主要控制因素，对雄安新区起步区已规划的30个管控单元进行了单要素分析，制定了开发指引导则，为雄安新区浅层地热能利用提供了支撑，也为城市尺度下浅层地热能资源的规范性评价提供了参考依据。我国推动水热型地热资源的规模化开发已有近三十年的历史，但依旧受地热勘查程度低、地热尾水回灌困难等问题的制约，地热发电装机容量也多年止步不前。《青藏高原东北部温泉分布及水文地球化学特征》（刘玲霞等，2024）针对地热研究程度较低的青藏高原东北部地区，依据主要控热活动断裂将该区划分为11个温泉集中区，利用水文地球化学和同位素分析手段对温泉的分布特征及成因进行了研究，提出了岩性、断裂构造对区域温泉出露特征的控制作用及其对热源机制的影响，可为后期该地区地热资源勘查开发提供参考依据。《砂岩热储回灌关键技术攻关方向探讨》（赵侃等，2024）在分析总结天津、山东、陕西等地砂岩热储回灌实验测试、野外试验和生产性回灌数据及相关研究成果的基础上，提出砂岩热储粒径小、胶结类型多变、孔道迂曲度大、固结程度差、泥质含量高等因素是保持其回灌能力的主要障碍，未来技术攻关方向应精确识别砂岩热储特征，扩大成井井径，减小近井地带的回灌流速，降低回灌流体的沿程摩阻力（压耗）。另外，地热单井原位取热技术也为地热回灌困难地区的工作提供了新的手段。《地热单井原位换热取热技术研究现状及展望》（戴传山等，2024）对地热单井换热取热技术的研究与应用现状进行简要综述,重点总结了国内外有关中深层“取热不取水”地热单井换热取热技术的研究现状，分析了不同单井强化取热技术的基本原理与不足，强调“因地制宜”实现单井原位取热技术的重要性，提出中深层地热单井循环取热技术可有效解决我国北方地区建筑的冬季供热问题。针对传统地热发电技术发电系统腐蚀、结垢及容易造成工质泄露等问题，《面向中低温地热资源的模块化热伏发电系统设计及性能分析》（龙西亭等，2024）提出了一种镜像布置的可模块化组装紧凑式热伏发电机设计方案，据此设计研制了热伏发电样机并进行了测试，未来具备大规模推广应用的价值。干热岩有望未来成为全球重要战略资源，我国虽然开展干热岩开发相关研究较晚，但近年来在人工造储、诱发地震等方面取得了重要进展。《马头营深层干热岩人工造储裂缝扩展机理研究与应用》（齐晓飞等，2024）以唐山马头营两井连通系统的水力压裂人工造储为案例，从岩矿和力学特征出发，开展了裂缝扩展机理、工程方案优化设计和裂缝网络分析与评价，现场验证了多体系小型压裂测试工艺、多阶段逐级提排量主压裂工艺，多方案转向压裂工艺的有效性，为我国干热岩水力压裂人工造储提供了宝贵经验。《二氧化碳基增强型地热系统储层换热研究现状及展望》（蒋政等，2024）则从EGS裂隙储层模型、CO2的物理性质以及CO2在储层裂隙中的流动与传热特性三个方面，总结了CO2-EGS储层换热技术的研究进展，并针对我国典型地热场地的实际应用提出了建议，为我国干热岩资源开发提出了新的工质选择。针对诱发地震这一干热岩开发面临的主要问题，《干热岩开发断层滑动及诱发地震风险研究：以唐山马头营干热岩场地为例》（上官拴通等，2024）选取马头营干热岩场地，采用断层滑动趋势评估了场地干热岩开发过程中断层稳定性，同时依据扰动体积估算了注入可能诱发的最大震级，并优选出两种适用于马头营场地的地震矩计算模型，为干热岩安全规模化开发提供了技术支撑。 本专辑以地热资源科学探采为主线，研究内容涵盖了地热资源勘查开发利用的多个方面，包括地热系统赋存基础理论、地热资源探测关键技术、地热资源开发技术。在对象上，涵盖了浅层地热能、水热型地热资源、干热岩三种类型的地热资源；在学科上，从壳幔尺度生热聚热机制的理论地热学到热田尺度地热探采的应用地热学；在空间上，从面向全国到聚焦青藏高原、华北平原、雄安新区等我国主要地热开发区；在手段上，涉及地球物理、地球化学、地热钻探等多个方向。希望本专辑能够进一步拓宽广大读者视野，为广大地热工作者提供新的新的思路和启示，加快推动我国地热学科发展及地热新能源规模化、科学化开发利用。
感谢所有作者、审稿专家及编辑部全部工作人员在本专辑出版过程中的辛苦付出！
