从太空观察地球，我们会看到⼀颗蔚蓝美丽的星球。由于海洋的蓝⾊和森林的绿⾊都是冷⾊调，这样的地球可能看上去会让我们感到清朗凉爽。不过眼睛总是会骗⼈，实际情况或许出乎⼤家意料。地球其实是⼀个外冷内热的⼩⽕球，内部蕴含着很⾼的热量。虽然不能与太阳这种⼤⽕球相⽐，但据估计地球中⼼的温度也达到了惊⼈的6000℃。
地球内部结构图⽚来源：flickr/ Argonne’s Advanced Photon Source。有学者认为地球热量来源主要有三个，⼀是地球内部放射性元素衰变产⽣的热量，⼆是地球内部致密物质下沉到地⼼时重⼒势能转化成的热量，三是地球形成时尚未散失的热量。总⽽⾔之，这些都是地球⾃身产⽣的热量。这些能量能不能被⼈类利⽤起来？今天，就给⼤家介绍⼀种“未来能源”——⼲热岩。
地下除了温泉，岩⽯也很热啊。虽然地⼼⾼温，但是据资料显示，地表年平均温度只有15 ℃左右。这是因为从地⼼到地表热量逐渐散失，温度越来越低，这也让地层中出现了地温梯度。在靠近地表的区域，平均地温梯度是3 ℃/100m，即每深⼊地下100 m，温度就升⾼3℃；反过来，每向地表靠近100m，温度降低3 ℃。
发现这些来⾃地下的热量后，⼈类就想加以利⽤，将其称为地热资源，并按照产出⽅式分为⽔热型地热资源和⼲热型地热资源。⽔热型地热资源可以简单理解为地下热⽔。温泉就属于⽔热型地热资源，这是地下热⽔冒出地表后的产物。还有⼀些地下热⽔并不冒出地表，⽽是⼀直封存于地下。⽔热型地热资源的应⽤实例，除了泡温泉之外，在国内⽐较著名的就是⻄藏⽺⼋井地热⽥了，1977年我国就在此建了⼀座地热发电站，并取得了良好效益。
泡温泉就是利⽤的⽔热型地热资源图⽚来源：wikipedia。相应的，⼲热型地热资源可以理解为虽然地下的岩层很热，但没有⽔或者只存在很少的⽔。⼀般是指埋藏于地壳3~10 km深处、温度⾼于180 ℃（也有学者认为是150 ℃或者200 ℃）的⾼温岩体，因此⼲热型地热资源也被称为⼲热岩。之所以强调3~10km这个深度，倒不是说更深的就不热了，⽽是因为更深的地⽅我们够不着了。
⽬前⼈类最深的钻井记录是苏联的科拉超深井，花了20年时间才达到12.2 km，⽽且耗资巨⼤。因此我们⼀般只关注那些地温梯度⽐较⾼，即挖得不深就能很热的地⽅，这⾥投⼊产出⽐⽐较⾼。中国的⼲热岩资源主要集中在⻄藏⽺⼋井地区、云南腾冲地区以及⻘海共和盆地等地。
中国⼲热岩资源分布图图⽚来源：参考⽂献[13]。⼲热岩的资源量是相当可观的。
据麻省理⼯学院保守估计，地壳中可开采的⼲热岩储量接近1.3×1027J，可供全球使⽤⼤约2.17亿年。⽽中国⼤陆3~10 km深度的⼲热岩资源据统计约为2.52×1025J，⼤致相当于860万亿吨的标准煤。根据中国2021年的能源消费总量52.4亿吨标准煤计算，如果这部分⼲热岩可以实现2%的开采率，那么将能够维持中国3282年的能源供给。
不过，⼲热岩这种资源这么好，怎么还不开采利⽤呢？
能量诱⼈，开采不易。虽然⼲热岩资源的前景⾮常诱⼈，但开采起来困难极⼤，直到上世纪70年代才有了较⼤的理论突破。1970年，美国洛斯阿拉莫斯实验室提出了增强型地热系统（Enhanced geothermal system，EGS）的概念，基本原理⼤概是这样的：向地热储层中打两个井，注⼊井和⽣产井。
向注⼊井中注⼊冷⽔，等冷⽔流经地热储层被加热后，再⽤⽣产井把热⽔抽上来，然后就能⽤这热⽔供暖或发电了，⽤完还可以将这些⽔导⼊地下循环利⽤。
EGS⼯程示意图图⽚来源：作者⾃制。这个⽅案乍听起来简便划算，等于说让冷⽔去地热储层串⻔后，就能带着热量满载⽽归了，但实际存在很多⼯程技术上的难题。⽐如⼲热岩资源所处的地层往往⼜热⼜硬，钻井难度⼤、成本⾼；⼜⽐如⼲热岩储层可能致密不透⽔，注⼊的冷⽔⽆法向钻井周边扩散吸热，难以流到⽣产井被抽出。
尽管我们可以通过⽔⼒压裂技术（注⼊⾼压⽔破坏储层结构，在其中形成裂隙⽹络）来改善储层的渗透率，但由于地下操作看不⻅摸不着，⾼压⽔注下去后，难以保证裂隙就只按我们想要的⽅向发展，万⼀它向远离⽣产井的⽅向发展，那我们注⼊的⽔就收不上来了。⽔⼒压裂技术示意图，向地下注⼊⾼压⽔溶液，利⽤⾼压使得岩层中产⽣裂隙，⽬前⻚岩油采集也主要使⽤本技术图⽚来源：Wikipedia。
1973年，美国开启了Fenton Hill⼲热岩试验项⽬，⾸次进⾏了EGS的⼯程尝试。虽然这个项⽬最终因钻井设备缺陷以及⼯程成本巨⼤等原因失败了，但也证实了EGS技术上的可⾏性，对⼲热岩地热开采起到了⾄关重要的推进作⽤。
此后英国、法国、德国、澳⼤利亚以及⽇本等相继开展了⼀系列的EGS⼯程尝试，其中由法、英、德三国于Soultz联合开展的EGS系统是⽬前世界上较为成功的EGS示范项⽬，于2008年实现了⼲热岩地热发电。
在欧洲的EGS技术成功后，美国、韩国和中国等国家也加速了这⽅⾯研究。
美国能源部于2015年4⽉开始实施了“给地球插上插头”的⼲热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”（FORGE），计划在2050年将EGS发电的总装机容量提⾼到10万兆瓦，相当于4个三峡⼤坝。韩国于2016年启动了国内第⼀个EGS项⽬尝试—Pohang EGS，其最终⽬标是期望实现1兆瓦（MWe）的发电示范。
但在该项⽬启动后，2017年在项⽬所在地附近发⽣了⼀次5.5级地震，有研究认为可能是这个项⽬向地下注⽔时诱发了地震，因此这个项⽬被迫停⽌。
韩国2017年浦项地震⼀⻆，这是该国近年来最⼤的地震之⼀，被怀疑很可能与EGS有关。图⽚来源：wikipedia。中国科学家2017年5⽉在⻘海共和盆地东部的GR1地热井3705⽶深处钻获了236 ℃的⾼温岩体，这是国内⾸次发现的埋藏最浅、温度最⾼的⼲热岩体；2022年1⽉，在共和盆地成功实现国内⾸次⼲热岩试验性发电并⽹，取得历史性重⼤突破。
共和盆地⼲热岩压裂与定向钻探现场图⽚来源：中国地质调查局。除了传统的EGS⽅法外，还有学者另辟蹊径。其中值得⼀提的就是我国学者创新提出的重⼒热管技术，原理很巧妙：把⼀根导热性极好的管道插⼊到⼲热岩地层中，然后热管就会⾃动把热量传导上来。不过由于距离很⻓，只⽤热管的话可能采热效率不佳，为此我们可以向管中注⼊氨⽔，氨⽔受热后容易汽化，可以很⽅便地把热量以蒸汽的形式带上来，进⼀步提⾼了采热率。
《中国科学报》2022年1⽉报道了中国地质调查局与中科院⼴州能源研究所合作创新研制的国内最⻓的4200⽶重⼒热管采热试验装置。在雄安新区为期3个⽉的现场采热试验显示，单井短时采热功率可达1.3兆瓦，平均采热功率800千瓦，⻓期稳定运⾏可⽀撑供暖⾯积超2万平⽅⽶。这⼀技术突破也是我国科技⼯作者对世界地热资源开采事业的⼀⼤贡献。
重⼒热管技术示意图图⽚来源：作者⾃制。⼲热岩开采的隐患，怎么解决？
有⼈担忧⼲热岩开采可能引发的问题。⼀是诱发地震，如前⽂提到的韩国地震。不过，事实上这⾥的地震问题主要是⽔⼒压裂导致的，其他使⽤⽔⼒压裂技术的⼯作⽐如⻚岩⽓开采等也可能引发类似的问题。⽽已有研究指出⽔⼒压裂对3级以上地震活动影响有限，同时⽔⼒压裂诱发的微地震可能有助于释放累积的地应⼒或能量，降低⼤震⻛险。此外还有学者认为⽔⼒压裂导致的地震是可以控制的。
⼆是影响地球寿命。
地热资源是地球⾃身热量的⼀部分，我们⾃作主张拿⾛了地热资源，有⼈担⼼会是杀鸡取卵。应该说地球内部的庞⼤热量确实是地球还“活着”的象征，它是地球上多种地质活动⽐如⽕⼭和地震的动⼒来源，等哪⼀天它消耗⽤尽后，地球就可能会冷却成⽉球那样，变成没有⽣机与活⼒的荒原。但⼤家对此其实不⽤太担⼼，因为⼈类获取的这⼀点热量相对于整个地球⽽⾔实在是九⽜⼀⽑。
⽽且即便⼈类不拿⾛，地球也要通过⽕⼭或地震来释放⾃⼰的旺盛精⼒。
三是耗⽔量⼤，且影响⽣态环境。在EGS储层改造过程中，通常需要耗费数万⽴⽅⽶的⽔资源，如前⽂提到的Soultz项⽬压裂液⽤量就超过10万⽴⽅⽶。⽽我国⼲热岩资源主要分布在⻘海、⻄藏等⽔资源缺乏及⽣态脆弱的⼲旱地区，⽔⼒压裂带来的⽔资源浪费和⽣态破坏等问题不能忽视。对此有学者提出了⽤超临界CO2充当压裂液的⽅法，⼀来节约⽔资源，⼆来助⼒碳中和。⽬前是研究热点，希望可以早⽇⼤规模应⽤于实践。
结语。总的来说，虽然很多国家都制定了开采⼲热岩资源的宏伟计划，但各国普遍还处于⼩规模的试验探索阶段。中国地质科学院研究员王贵玲直⾔：“（⼲热岩开采技术）50年的时间没有特别明显的进展”。⽽中国因为起步较晚，技术积累⽅⾯相对更加薄弱。但毋庸置疑的是，⼲热岩是极富潜⼒的未来能源，储量巨⼤，且绿⾊⽆污染，⼀旦在开采技术上实现了重⼤突破，就能很好地造福⼈类社会。