0 引言
目前世界上已开展的干热岩项目约有42个，主要分布在欧亚板块内部、印澳板块内部、东太平洋辐散和辐合板块边缘、西太平洋辐合板块边缘和加勒比海火山岛弧区等[2,5]。现代干热岩的概念由美国洛斯阿拉莫斯实验室于1974年提出，并于新墨西哥州Fenton山开展了第1个试验项目，验证了从干热岩中开发地热能的可能性[6-7]。日本于1984年启动了干热岩试验，其中Hijiori项目实现了规模能源的长期生产[8]。法国Soultz-sous-Forêts项目于1992年启动，目前仍有3口生产井[9-10]。2002年澳大利亚Habanero项目实现了1 MW发电厂的运行[11⇓-13]。2010年，美国能源部实施了全球最大的干热岩开发项目FORGE[14]。此外，英国、德国、瑞士和韩国均开展了干热岩现场试验项目[15-16]。以上项目显示出干热岩地热资源开发潜力巨大，是未来重要的替代新能源之一。
中国干热岩地热资源丰富，根据现有数据，大陆地区3~10 km深度段干热岩地热资源总量为2.09× 1025 J，相当于715×1012 t标准煤[17]；同时，地热能利用占比每提高1%，相当于减排二氧化碳9 400×104 t，利于实现“双碳”战略目标[18-19]。干热岩地热资源按照成因机制和赋存条件可分为高热流花岗岩型、板块构造活动带型、沉积盆地型和近代火山型4种类型[20-21]。2013年，中国开始了全国范围内的干热岩潜力评价和示范区研究工作[3,14,20]，在此基础上一些学者开展了干热岩有利区评价工作。何治亮等[22]以工程开发为首要原则，将干热岩资源因素划分为地质资源条件、工程技术条件和经济市场条件，采用几何平均法评价了干热岩有利区。贾小丰等[23]利用大地电磁剖面确定了岩浆囊深度，在青海共和盆地兰采温泉地区确定了干热岩有利区。于小磊等[24]使用大地热流值、居里面深度、酸性岩体分布特征、岩浆囊埋深和构造应力场特征等参数在大尺度上综合评价了辽宁省干热岩有利区。杨永红等[25]使用综合定性评价法，从居里面深度、莫霍面深度、地温梯度、热储层岩性、盖层厚度、潜山规模6个方面对济阳坳陷干热岩进行了有利区评价。张福神等[26]利用大地电磁法和遥感技术解析了江西龙南—石城地区的构造特征、居里面深度和地表温度异常信息，使用定性评价法预测了有利区。刘振伟等[27]通过分析地温梯度、深部地温和岩石热导率划分了下辽河盆地干热岩有利区。闫佰忠等[28]通过综合分析地表高温异常区、区域重力异常、区域航磁异常、电磁勘探资料等开展了青海贵德盆地干热岩有利区预测。
综合前人研究发现，不同学者对于干热岩目标选区的评价方法及评价参数选取各有所异，定性分析较多，定量预测较少，评价所用指标较少，制约了国内干热岩选区评价和产业的进一步推进。为解决以上问题，本文在系统调研国内外干热岩地质特征基础上，综合分析干热岩形成的地质背景和主控因素，结合模糊层次综合评价法，提出系统的干热岩有利目标评价方法，并将该方法应用于内蒙古中部地区干热岩资源评价，为中国干热岩有利区评价优选及勘探开发提供新的途径和科学依据。
1 干热岩评价思路
通常干热岩的形成受热源、热通道、热储、盖层4个关键要素的综合控制，因此，其有利区评价将围绕“源、通、储、盖”4个关键要素进行。其中，热源受莫霍面深度、居里面深度、熔融体或岩浆囊深度影响，而岩浆和火山活动时间、大地热流、地温梯度、地表热异常可以明确指示地下热源的情况；热通道与深大断裂分布、地震等级和震源深度密切相关；热储埋深决定了干热岩资源的经济性和可采性；盖层的岩性和厚度制约了干热岩的热量能否保存（见图1 ）。
2 评价指标体系与评价方法
2.1 评价指标与评价标准
基于目前全球已发现干热岩资源的成因机制和分布规律建立评价体系，其中具体的评价指标选取可根据地质认识和资料丰富程度有所变化，进一步确定各指标的评价标准和等级（见表1 ）。本次研究3个级别的评价标准取值是依据目前的理论认识程度和勘探开发实践综合研判得出的实践经验值或理论分析值，与大多数已知的干热岩系统特性相符合，随着研究认识的提升、工程技术的进步和工程实践的增加，取值可能会发生一些变化，在具体项目评价中可调整应用。
表1 干热岩有利区评价指标体系 |
| 评价指标U级 | 评价指标u级 | 指示意义 | 评价标准 | 等级（V） |
|---|---|---|---|---|
| 热源（U1） | 莫霍面深度（u1） | 深部热源（幔源热）接近地表，利于深部的热量向上传导 | <30 km | Ⅰ |
| 30~45 km | Ⅱ | |||
| >45 km | Ⅲ | |||
| 居里面深度（u2） | 指示深部温度场和应力场 | <26 km | Ⅰ | |
| 26~40 km | Ⅱ | |||
| >40 km | Ⅲ | |||
| 熔融体或岩浆囊深度（u3） | 指示地下是否存在高温热源及其贡献程度 | ≤10 km | Ⅰ | |
| >10 km | Ⅱ | |||
| 无 | Ⅲ | |||
| 岩浆和火山活动时间（u4） | 指示地下热源是否存在及其有效性 | 新生代以后 | Ⅰ | |
| 中生代 | Ⅱ | |||
| 中生代以前 | Ⅲ | |||
| 大地热流（u5） | 指示地下是否存在热异常区 | >80 mW/m2 | Ⅰ | |
| 60~80 mW/m2 | Ⅱ | |||
| <60 mW/m2 | Ⅲ | |||
| 地温梯度（u6） | 指示地下是否存在高温异常区 | >60 ℃/km | Ⅰ | |
| 30~60 ℃/km | Ⅱ | |||
| <30 ℃/km | Ⅲ | |||
| 地表热异常（u7） | 通常与深部高温岩体为共生关系，指示了地下存在热异常 | 火山、温泉密集分布 | Ⅰ | |
| 存在火山、温泉 | Ⅱ | |||
| 无明显火山、温泉 | Ⅲ | |||
| 热通道（U2） | 地震等级与震源深度（u8） | 热能汇聚打破了地球内部平衡状态 | 震级大于等于3级，震源深度小于15 km | Ⅰ |
| 震级大于等于3级，震源深度大于等于15 km | Ⅱ | |||
| 震级小于3级 | Ⅲ | |||
| 深大断裂分布（u9） | 深部岩浆上升主要通道，指示浅部是否存在高温岩体 | 直接沟通熔融体或岩浆囊 | Ⅰ | |
| 间接沟通熔融体或岩浆囊 | Ⅱ | |||
| 无或不沟通 | Ⅲ | |||
| 热储（U3） | 热储埋深（u10） | 指示了地下高温资源的可利用性，决定了其是否是干热岩资源 | <5 km | Ⅰ |
| 5~8 km | Ⅱ | |||
| >8 km | Ⅲ | |||
| 盖层（U4） | 盖层类型和厚度（u11） | 导热率低的盖层能有效阻止热量散失，指示了地下高温资源能否被保存 | 厚度大于1 km沉积岩 | Ⅰ |
| 厚度小于等于1 km沉积岩 | Ⅱ | |||
| 其他岩类 | Ⅲ |
2.1.1 热源
2.1.1.1 莫霍面深度
莫霍面是地壳与地幔的分界面，识别特征为地震波速在该面发生了显著变化，莫霍面隆起形迹指示了深部地幔底辟、地幔热物质的上隆运动。大陆平均莫霍面深33 km，在盆地区埋深相对较浅，在青藏高原等造山区埋深较深，在全球表现为局部隆起、局部下凹的不平整特征。较浅莫霍面埋深指示深部热源（幔源热）接近地表，利于深部的热量向上传导，为干热岩资源形成提供了良好的条件，是评价干热岩有利目标区的一个重要指标。全球干热岩示范开发区莫霍面深度一般小于30 km，例如冰岛位于大西洋中脊扩张带上，地壳较薄，高温地热资源丰富，莫霍面深度为10~20 km；新西兰陶波火山带莫霍面深度为20~30 km；法国Soultz干热岩项目是目前最为成功的增强型地热系统（EGS）示范项目，莫霍面深度大约为25 km。中国的渭河盆地和松辽盆地莫霍面深度为30~45 km，地温梯度和大地热流值处于中等水平，此类盆地具有一定的干热岩资源，但难以与典型示范区优质资源相比。当莫霍面深度大于45 km时，深部地幔热源距离地表过远，不利于热量向上传递，正常情况下不易形成岩层圈传导型优质干热岩资源，以美国西部地区干热岩项目分布区域为例，莫霍面深度大于45 km时基本没有干热岩项目分布[32]；但是在深大断裂沟通深部热源（幔源热）或者岩浆囊存在的情况下依然可以富集地热，例如中国青海共和盆地。因此，依据勘探实践经验和理论分析，一般情况下可将莫霍面深度划分为3级，深度小于30 km为Ⅰ级，深度30~45 km为Ⅱ级，深度大于45 km为Ⅲ级。
2.1.1.2 居里面深度
居里面是使岩石中磁性矿物消磁的温度界面，不仅指示地下温度场分布特征，也可提供地壳深部热应力场。若居里面埋深较浅，表明深部热量较多且能快速大量向上传导，埋深较浅的居里面是干热岩有利目标区的一个重要评价指标。
居里面深度在世界范围内存在较大差异，乌克兰地盾地区为世界最深（55~120 km），美国黄石公园为世界最浅（5~6 km），中国大陆区一般为20~38 km。美国西部为世界上干热岩开发项目最为聚集的地区，大部分地区居里面深度小于10 km[33]。高温地热发育的冰岛局部地区居里面深度小于10 km[34]。法国Soultz和德国Landau所在的莱茵地堑居里面深度为15~18 km[35]。在居里面较浅地区存在地热的地表显示——温泉，中国大陆大部分温泉分布于居里面深度小于26 km的地区，极少温泉分布在深度大于40 km的地区[36]。青海共和盆地及周缘居里面深度为16~26 km[37]。居里面深度小于26 km有利于干热岩资源形成[38]，而大于40 km不利于形成干热岩，因此，依据现有研究成果，将居里面深度指标划分为3级，深度小于26 km为Ⅰ级，深度26~40 km为Ⅱ级，深度大于40 km为Ⅲ级[39]。
2.1.1.3 熔融体和岩浆囊深度
地幔热流上升过程中，与地壳岩石发生物质和能量的交换，往往在下地壳下部形成面积较广的韧性流变层，在适当的条件下可形成熔融体或岩浆囊。地幔、壳幔混合物或下地壳流体继续向上传递，在中地壳韧性流变层热能再次积聚，在中上地壳适当部位可能存在局部熔融或半熔融组分。这些熔融体或岩浆囊在适当的深度下可作为干热岩资源的有效热源[40]。部分熔融体或岩浆囊分布位置浅，能快速加热上部干热岩。冰岛火山活动区岩浆囊埋深2~5 km，高温地热资源非常发育。美国FORGE项目在10 km埋深以下推测存在部分熔融体，促进了干热岩的形成[41]。因此，将熔融体或岩浆囊深度10 km为界限分为3级，深度小于等于10 km为Ⅰ级，深度大于10 km为Ⅱ级，无深部熔融体或岩浆囊为Ⅲ级。目前技术条件下认为钻井能达到的深度为10 km，该深度以内熔融体或岩浆囊所形成的干热岩资源具备技术可行性，超出该深度干热岩资源利用难度大。
2.1.1.4 岩浆和火山活动时间
岩浆和火山活动时间指示近地表何时存在高温状态。近代火山作用和岩浆作用往往与地热异常有着密切的关联，新生代以前的岩浆侵入和喷发所带出的热量已经消失殆尽，仅剩未冷凝的火山残留物质和岩浆侵入体为异常区提供热源，中新世到第四纪以来的岩浆侵入和火山喷发对地热区形成更具意义[42]。若火山活动早于中新世，通常认为岩浆已经冷却，难以形成优质干热岩资源。美国芬顿山干热岩场地周围区域13 Ma以来火山活动频繁，最近一次火山喷发发生在0.13 Ma[43]。美国FORGE项目干热岩主要岩体以新近纪以来侵入的花岗岩类为主。中生代期间发生强烈岩浆活动，至今上地壳已充分冷却，但是中下地壳可能还残留有部分熔融体，如松辽盆地[44]。因此，将岩浆和火山活动时间作为特征指标，以新生代、中生代为时间节点分为3级，新生代以后为Ⅰ级，中生代为Ⅱ级，中生代以前为Ⅲ级。
2.1.1.5 大地热流
大地热流异常可较为直观地反映地下存在高温岩体。故大地热流密度是地温场的综合性热参数，相较于其他参数（温度、地热梯度）更能够准确反映区域内的地温场特征[38]。通常全球平均大地热流为60~80 mW/m2，若某地区大地热流达到或超过80 mW/m2，则指示深部可能存在高温岩体。根据前人绘制的全球大地热流分布图可知4大高温地热带热流超过100 mW/m2[45]，典型干热岩场地如FORGE达到120 mW/m2[46]，Soultz超过140 mW/m2[47]，中国共和盆地平均为102 mW/m2[48]。若大地热流低于60 mW/m2，则表明该地区大地热流值低于全球平均值，指示地下不发育热异常。因此，根据全球平均大地热流值的分布范围划分为3级，大地热流值大于80 mW/m2为Ⅰ级，大地热流值60~80 mW/m2为Ⅱ级，大地热流值小于60 mW/m2为Ⅲ级。
2.1.1.6 地温梯度
较高的地温梯度表明随着深度增加地下深部的地温增加较快，在相对浅部可能发育温度较高的岩体，因而地温梯度高异常是寻找干热岩有利区的一个重要指标依据。一般大陆区地温梯度为30 ℃/km，若某地区地温梯度大于该值，说明存在热异常。法国Soultz地区上覆沉积盖层地温梯度超过100 ℃/km[49]，澳大利亚Habanero沉积盖层地温梯度接近60 ℃/km[50]。中国青藏高原和青海共和盆地地温梯度高达60~70 ℃/km，这两个地区实现了中国干热岩的实验性开发，指示了优质干热岩资源地温梯度应大于60 ℃/km。因此，将地温梯度指标划分为3级，地温梯度大于60 ℃/km为Ⅰ级，地温梯度30~60 ℃/km为Ⅱ级，地温梯度小于30 ℃/km为Ⅲ级。该参数通常与大地热流值密切相关，具体评价中可根据实际资料情况选择使用。
2.1.1.7 地表热异常
2.1.2 热通道
2.1.2.1 地震等级与震源深度
2.1.2.2 深大断裂分布
穿入地幔的深大断裂是地球大陆岩石圈内的主要流体通道之一，通常与板块活动密切相关，深切岩石圈地幔、软流圈、地壳深部的结构破损面。断裂越深，越可能引起周边地区岩石圈及莫霍面隆起，诱发岩石圈地幔熔融物质上涌，形成的地热流场越强。深大断裂是深部幔源热物质上涌的主要通道，同时幔源热物质的上涌也可以促使深大断裂的活化或催生新的断裂。青藏高原在中地壳和下地壳内均发育有部分熔融体，与深大断裂的产状密不可分[53⇓-55]。深大断裂一定程度上指示了优质干热岩资源的存在，因此，将深大断裂是否沟通熔融体或岩浆囊为特征指标分为3级，Ⅰ级为具有深大断裂且直接沟通熔融体或岩浆囊的深大断裂，Ⅱ级为具有深大断裂但间接沟通熔融体或岩浆囊的深大断裂，Ⅲ级为没有深大断裂或具有深大断裂但不沟通熔融体或岩浆囊。
2.1.3 热储
温度大于180 ℃、不含或仅含有少量流体的高温岩石中，热量的利用需要适宜的埋深，有利于降低开发难度和开发成本，提高经济效益。热储的埋深越浅，越容易形成商业开发。根据现阶段国内外钻井及干热岩资源开发利用现状，埋深在5 km以内是最为经济的指标[56]，8 km以深的热储在工程上和经济上视作可利用性较差。因此，将热储埋深作为特征指标划分3级，Ⅰ级为热储埋深小于5 km，Ⅱ级为热储埋深5~8 km，Ⅲ级为热储埋深大于8 km。
2.1.4 盖层
干热岩热量保存与上覆盖层条件相关，一定厚度的盖层能有效地保存热量，避免热量过快散失。盖层的岩性组成、热导率、厚度、含水率等直接影响盖层的保温效果。热导率小且含水率低的砂砾岩、砂岩及泥岩等碎屑沉积岩和黏土、砂砾、砂土等松散沉积物可作为干热岩盖层。目前，世界上成功的干热岩项目地区盖层厚度均达1 km以上，如法国Soultz地区干热岩盖层厚1.12 km，澳大利亚东部Habanero盆地干热岩盖层厚1.78 km，青海共和盆地干热岩盖层厚1.35 km[9,57]。考虑干热岩盖层条件时应首先考虑岩性，其次考虑厚度，以上典型干热岩资源富集区盖层厚度均大于1 km。因此，将盖层岩性和厚度条件作为特征指标划分为3级，Ⅰ级为厚度大于1 km的沉积岩，Ⅱ级为厚度小于等于1 km的沉积岩，Ⅲ级为其他岩类。
2.2 评价方法
模糊层次综合评价法（FAHP）是由美国运筹学T.L. Saaty教授提出的，是一种定性与定量相结合的系统分析法，能够处理具有不确定性和模糊性的决策问题[58]。它通过分解问题层次，采用多个评价指标对被评对象进行全面评价，将多个指标进行量化并赋予相应的权重，计算出一个可以反映被评价指标整体性的综合评价值。干热岩资源富集控制因素较为复杂，评价指标中既有定量的也有定性的，具有模糊性。因此，干热岩有利区评价适合采用模糊层次综合评价法。实际评价时，由于不同地区资料丰富程度有所差异，可结合模糊层次综合法灵活确定指标权重，以获得评价结果。
2.2.1 建立评价指标集合
首先根据干热岩有利区评价体系构建评价指标集合，在本文中共分U和u 2个级别。
$U=\left\{ {{U}_{1}},{{U}_{2}},{{U}_{3}},{{U}_{4}} \right\}\text{ }$
$u=\left\{ {{u}_{1}},{{u}_{2}},\cdots,{{u}_{11}} \right\}\text{ }$
2.2.2 确定指标权重
根据评价指标数据集，采用层次分析法建立指标权重判断矩阵。使用标度1~9对同级别同隶属关系各指标两两因素之间的相对重要性进行比较评分，标度数值越大代表指标越重要（见表2 ）。
表2 指标相对重要性维度划分 |
| 标度 | 含义（aij为比较因素i与j的标度） |
|---|---|
| 9 | 两指标进行比较，i比j绝对重要 |
| 7 | 两指标进行比较，i比j强烈重要 |
| 5 | 两指标进行比较，i比j明显重要 |
| 3 | 两指标进行比较，i比j稍微重要 |
| 1 | 两指标进行比较，i比j同等重要 |
| 2，4，6，8 | 两相邻判断的中间值 |
| 倒数 | 若因素i与因素j重要性之比为aij，那么因素j与因素i重要性之比为aji=1/aij |
通过求取权重判断矩阵最大特征根和相应的特征向量，得到归一化后的权重向量，权重判断矩阵需要通过一致性检验。
重复该步骤，计算U级和u级评价指标的权重向量，随后将u级指标权重与其对应U级权重相乘，得到合成权重向量：
$W=\left( {{w}_{1}},{{w}_{2}},\cdots,{{w}_{11}} \right)\text{ }$
2.2.3 建立指标评判矩阵
把各类指标分为3个等级，分别为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级，构成评语集合V，该评语集和干热岩有利区评价指标体系等级对应（见表1 ）。
$V=\left\{ {{V}_{1}},{{V}_{2}},{{V}_{3}} \right\}$
确定隶属度函数：
${{A}_{\text{l}}}(x)=\left\{ \begin{align} & 1\text{ }x\le {{a}_{1}}\text{ } \\ & \frac{{{a}_{2}}-x}{{{a}_{2}}-{{a}_{1}}}\text{ }{{a}_{1}}x{{a}_{2}} \\ & 0\text{ }x\ge {{a}_{2}}\text{ } \\ \end{align} \right.$
${{A}_{\text{m}}}(x)=\left\{ \begin{align} & 0\text{ }x\le {{a}_{1}},x\ge {{a}_{3}}\text{ } \\ & \frac{x-{{a}_{1}}}{{{a}_{2}}-{{a}_{1}}}\text{ }{{a}_{1}}x{{a}_{2}} \\ & \frac{{{a}_{3}}-x}{{{a}_{3}}-{{a}_{2}}}\text{ }{{a}_{2}}x{{a}_{3}}\text{ } \\ \end{align} \right.$
${{A}_{\text{h}}}(x)=\left\{ \begin{align} & 0\text{ }x\le {{a}_{1}}\text{ } \\ & \frac{x-{{a}_{1}}}{{{a}_{2}}-{{a}_{2}}}\text{ }{{a}_{1}}x{{a}_{2}}\text{ } \\ & 1\text{ }x\ge {{a}_{2}}\text{ } \\ \end{align} \right.$
依据评语集合（分级阈值）和隶属度函数（见表1 、（5）—（7）式）计算属于各个评价等级的隶属度，即确定评价指标的实际状态与评价标准等级之间的符合程度，符合为1，不符合为0，建立指标评判矩阵：
$R=\left[ \begin{matrix} {{r}_{1,1}} & {{r}_{1,2}} & {{r}_{1,3}} \\ {{r}_{2,1}} & {{r}_{2,2}} & {{r}_{2,3}} \\ \vdots & \vdots & \vdots \\ {{r}_{11,1}} & {{r}_{11,2}} & {{r}_{11,3}} \\\end{matrix} \right]$
2.2.4 综合评价
将合成权重向量W与指标评判矩阵R相乘，得到每个目标的综合评价向量：
$B=WR=\left( {{w}_{1}},{{w}_{2}},\cdots,{{w}_{11}} \right)\left[ \begin{matrix} {{r}_{1,1}} & {{r}_{1,2}} & {{r}_{1,3}} \\ {{r}_{2,1}} & {{r}_{2,2}} & {{r}_{2,3}} \\ \vdots & \vdots & \vdots \\ {{r}_{11,1}} & {{r}_{11,2}} & {{r}_{11,3}} \\\end{matrix} \right]=\left( {{b}_{1}},{{b}_{2}}\text{,}{{b}_{3}} \right)$
式中，${{b}_{i}}$表示在考虑所有指标的前提下，对应区域被评判为${{V}_{j}}$级的可能性。每个评价目标的综合评价分数为：
$D=B{{C}^{T}}=\left( {{b}_{1}},{{b}_{2}},{{b}_{3}} \right){{[\begin{matrix} 9 & 6 & 3 \\\end{matrix}]}^{T}}$
式中，CT为分级打分矩阵，分值与Ⅰ类区、Ⅱ类区、Ⅲ类区分别对应，为${{[\begin{matrix} 9 & 6 & 3 \\\end{matrix}]}^{T}}$。根据D值对评价对象进行排序。
3 内蒙古中部地区干热岩有利区评价
3.1 指标权重确定
利用以上有利区评价方法，对内蒙古中部地区干热岩资源进行评价，评价区域包含锡林郭勒盟和赤峰市及其周边地区，合计评价面积约29×104 km2（见图2 ）。该地区缺乏地温梯度、莫霍面深度、居里面深度、地震等级与震源深度参数的详细资料，因此，根据表1 中各评价指标，选取熔融体或岩浆囊深度、岩浆和火山活动时间、大地热流、地表热异常、深大断裂分布、热储埋深、盖层类型和厚度7个指标进行评价。基于该地区干热岩地质特征研究和专家经验法，建立本地区各指标判断矩阵，计算得到各指标的权重值，所有权重均通过一致性检验（见表3 ）。
3.2 评价指标特征
根据大地电磁资料，锡林浩特和赤峰地区发育低阻高导层，表明两个地区存在深部熔融体或岩浆囊，其中，锡林浩特地区熔融体或岩浆囊深度为7~9 km，赤峰地区熔融体或岩浆囊深度为8~10 km[61]。因此，这两个地区熔融体或岩浆囊深度指标属于Ⅰ级，其余地区属于Ⅲ级。
内蒙古中部地区从始新世到更新世（距今时间0.11~36.40 Ma）存在强烈火山和岩浆活动，发育阿巴嘎火山群、达里诺尔火山群和赤峰火山群等新生代火山群。研究区火山活动时间较晚，部分地区保存条件较好，岩浆热量尚未消失。根据干热岩评价指标体系，阿巴嘎火山群、达里诺尔火山群和赤峰火山群及其周边岩浆和火山活动时间属于Ⅰ级。
根据油田钻井和地热钻井资料计算大地热流，二连盆地吉尔嘎朗图凹陷和洪浩尔舒特凹陷，赤峰盆地的克什克腾旗、宁城县及敖汉旗地区存在大地热流高值分布。其中二连盆地吉尔嘎朗图凹陷和洪浩尔舒特凹陷的大地热流值为80~100 mW/m2，平均值约为87 mW/m2；赤峰盆地周边热水镇和热水汤村的大地热流值为100~140 mW/m2，平均值约为113 mW/m2，均高于全球平均水平，为研究区存在高温干热岩资源的有力证据。以上地区大地热流指标等级为Ⅰ级，其他地区依据表1 确定大地热流指标等级（见图3 ）。
内蒙古中部地区存在多个明显地表热异常区。锡林浩特北部地表水地球化学地热温标对应的热储温度可达72.6 ℃[62]，二连盆地吉尔嘎朗图凹陷油气试井资料表明，钻井JH1埋深440 m地层温度达62 ℃。赤峰地区出露多处温泉点，西北部克什克腾旗热水汤镇埋深200 m的地热水井KH1水温达80 ℃，东南部宁城县热水镇埋深300 m的地热水井NH1水温高达96 ℃，敖汉旗热水汤埋深700 m地热水井AH1水温高达90 ℃。以上证据可推断本区深部存在高温干热岩地热资源。因此，克什克腾旗热水塘镇、宁城县热水镇地表热异常指标为Ⅰ级，锡林浩特北部、吉尔嘎朗图凹陷和敖汉旗热水汤村为Ⅱ级，其他地区为Ⅲ级。
研究区发育多条深大断裂，二连—贺根山断裂带、西拉木伦河断裂带及锡林浩特断裂带为沟通上地壳和上地幔岩石圈的深大断裂。次级断裂可能间接沟通高温热源，对研究区地热活动有明显影响[60]，如嫩江—八里罕断裂穿过赤峰市宁城县，且处于化德—赤峰东西向深大断裂南部处；克什克腾旗热水塘镇位于索伦敖包—阿鲁科尔沁旗深大断裂带上；敖汉旗热水汤村位于化德—赤峰近东西向深大断裂南侧影响带的次级断裂带上（见图2 ）。因此，宁城县深大断裂分布指标为Ⅰ级，克什克腾旗热水塘镇、敖汉旗热水汤村为Ⅱ级，其他区域为Ⅲ级。
根据钻井数据及大地热流数据计算内蒙古中部地区180 ℃等深线，锡林浩特地区的热储埋深总体大于赤峰地区。吉尔嘎朗图凹陷处部分热储埋深为4~5 km，洪浩尔舒特凹陷内部少部分热储埋深为4~5 km，赤峰地区克什克腾旗和敖汉旗地区热储埋深为2~3 km，赤峰地区宁城县热储埋深仅为1~2 km，以上区域热储埋深指标为Ⅰ级，依据表2 确定其他区域热储埋深指标等级（见图4 ）。
研究区二连盆地主要发育白垩系、新近系和第四系沉积岩层，白垩系主要以泥岩和砂岩等沉积岩为主，第四系主要以粉砂质泥岩和黏土为主，厚度为1 400~2 500 m。赤峰盆地主要发育白垩系和第四系沉积岩层，白垩系主要以灰色—灰黄色砾岩、砂砾岩及薄层泥岩为主，第四系主要由粉砂质黏土和砂砾石等松散沉积物构成，厚度为700~1 300 m。白垩系、新近系碎屑岩沉积岩层及第四系松散沉积物导热能力较差，具有良好的保温能力，可作为干热岩热储区域性盖层。根据评价标准，二连盆地盖层类型和厚度指标为Ⅰ级，赤峰盆地为Ⅱ级，其他地区为Ⅲ级。
基于上述单因素分析，应用干热岩有利区评价指标体系，对内蒙古中部吉尔嘎朗图凹陷、洪浩尔舒特凹陷等10个重点地区开展干热岩有利目标综合评价。根据权重向量和基于评价指标特征构建的评判矩阵相乘，得到综合评价结果（见表4 ）。
表4 二连盆地及周缘重点地区干热岩评分依据表 |
| 干热岩 评价区 | 毗邻的 火山群 | 指标参数 | 综合评价分数（D） | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 深部熔融体或 岩浆囊 | 岩浆和火山活动时间 | 大地热流/ （mW·m-2） | 地表热异常 | 深大断裂分布 | 热储 深度/km | 盖层类型和厚度 | ||||
| 吉尔嘎朗图凹陷 | 阿巴嘎火山群和达里诺尔火山群 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度7~9 km | 第四纪 | 80~100 | 存在火山、温泉 | 二连—贺根山断裂带和锡林浩特断裂带直接沟通熔融体或岩浆囊 | 4~5 | 厚度1 400~2 100 m；岩性以泥岩、砂岩和黏土为主 | 9.10 | |
| 宁城县 热水镇 | 赤峰 火山群 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度8~10 km | 新近纪 | 大于100 | 火山、温泉密集分布 | 赤峰—白云鄂博断裂直接沟通熔融体或岩浆囊 | 1~2 | 厚度900~1 300 m；岩性以砂砾岩、泥岩及黏土为主 | 8.95 | |
| 克什克腾旗热水 塘镇 | 达里诺尔火山群和赤峰火山群 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度8~10 km | 第四纪和新近纪 | 大于100 | 火山、温泉密集分布 | 温都尔庙—西拉木伦断裂直接沟通熔融体或岩浆囊 | 2~3 | 厚度710~850 m；岩性以砂砾岩、薄层泥岩及松散沉积物为主 | 8.90 | |
| 敖汉旗 热水汤村 | 赤峰 火山群 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度8~10 km | 新近纪 | 大于100 | 火山、温泉密集分布 | 八里罕—嫩江断裂直接沟通熔融体或岩浆囊 | 2~3 | 厚度800~1 000 m；岩性以砂砾岩、泥岩及黏砂土为主 | 8.75 | |
| 洪浩尔舒特凹陷 | 阿巴嘎火山群和达里诺尔火山群 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度7~9 km | 第四纪 | 80~90 | 存在火山、温泉 | 二连—贺根山断裂带和锡林浩特断裂带直接沟通熔融体或岩浆囊 | 4~5 | 厚度1 500~2 500 m;岩性以泥岩、砂岩和黏土为主 | 8.45 | |
| 西乌珠穆沁旗贺根山地区 | 无火山 活动 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度10~20 km | 50~60 | 无明显火山、温泉 | 查干敖包—阿荣旗断裂间接沟通熔融体或岩 浆囊 | 大于8 | 厚度大于3 km；岩性主要以流纹岩、玄武岩及砂岩为主 | 4.30 | ||
| 苏尼特左旗满都拉图镇 | 阿巴嘎 火山群 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度30~50 km | 第四纪 | 40~50 | 无明显火山、温泉 | 二连—贺根山断裂间接沟通熔融体或岩浆囊 | 大于8 | 厚度大于3 km；岩性以流纹岩、凝灰岩及砂泥岩为主 | 3.60 | |
| 赤峰市 翁牛特旗 | 赤峰 火山群 | 存在深部熔融体或岩浆囊，深度15~30 km | 新近纪 | 50~60 | 无明显火山、温泉 | 隐伏断裂间接沟通熔融体或岩浆囊 | 大于8 | 厚度大于3 km；岩性主要以凝灰岩、安山岩及松散沉积物为主 | 3.45 | |
| 赤峰市 林西县 | 赤峰 火山群 | 深部无熔融体或岩浆囊 | 新近纪 | 50~60 | 无明显火山、温泉 | 发育林西断裂，但不沟通熔融体或岩浆囊 | 大于8 | 厚度大于3 km；岩性以砂岩、砾岩及凝灰岩 为主 | 2.95 | |
| 二连 浩特市 | 无火山 活动 | 深部无熔融体或岩浆囊 | 50~60 | 无明显火山、温泉 | 发育贺根山断裂，但不沟通熔融体或岩浆囊 | 大于8 | 厚度大于3 km；岩性以安山岩、流纹岩及砂泥岩为主 | 2.80 | ||
3.3 评价结果
评价结果可分为3个等级，0~3分为Ⅲ类区，代表存在干热岩资源可能性较小，3~6分为Ⅱ类区，代表可能存在干热岩资源，6~10分为Ⅰ类区，有较大可能存在干热岩资源。内蒙古中部地区干热岩资源Ⅰ类区面积约为494 km2，Ⅱ类区面积约为5.7×104 km2，表明区内存在丰富的干热岩资源。其中，二连盆地吉尔嘎朗图凹陷和洪浩尔舒特凹陷，赤峰地区的克什克腾旗热水塘、宁城县热水镇及敖汉旗热水汤为内蒙古中部地区干热岩Ⅰ类重点勘探区域（见图5 ）。
从内蒙古中部地区干热岩有利区评价结果可以看出，优质干热岩资源的分布区在大地构造背景影响下受多因素控制，通常该类地区新生代以来发生过岩浆或火山活动，至今地下仍然存在高温熔融体或岩浆囊，为干热岩的形成提供重要热源。同时，有深大断裂与之直接沟通作为热量向浅部传递的高效通道，从而为浅部热储源源不断的输送热量。与之匹配的是，热储上方发育厚层的沉积岩层，为热储中热量的保存提供盖层条件。在以上条件综合影响下，该类地区地表会出现热异常显示或存在地温梯度和大地热流异常。因此，干热岩有利区综合评价方法的建立和在内蒙古中部地区的应用，为其他干热岩资源勘探开发目标区优选提供了理论和方法支撑。
4 结论
从干热岩形成的主控因素出发，采用模糊层次分析综合评价法建立了定量的干热岩有利区评价体系和标准。该评价体系以热源、热通道、热储和盖层4类指标为主体，包含莫霍面深度、居里面深度、熔融体或岩浆囊深度、岩浆和火山活动时间、大地热流、地温梯度、地表热异常、地震等级与震源深度、深大断裂分布、热储埋深、盖层类型与厚度共11项评价指标，每项指标分为3个等级。
将该方法在内蒙古中部地区干热岩有利区评价中进行了应用。结果表明，该地区干热岩Ⅰ类有利区面积约494 km2，有较大可能发现干热岩资源。Ⅱ类有利区面积约5.7×104 km2，有可能发现干热岩资源。其中，二连盆地吉尔嘎朗图凹陷和洪浩尔舒特凹陷，赤峰市克什克腾旗热水塘镇、宁城县热水镇及敖汉旗热水汤村为内蒙古中部地区干热岩资源Ⅰ类有利区。
从内蒙古中部地区干热岩有利区分布规律可以看出，优质干热岩资源通常发育在新生代以来发生过岩浆或火山活动，至今地下仍然存在高温熔融体或岩浆囊的地区，同时，有深大断裂与之直接沟通作为热量向浅部传递的高效通道，热储深度较浅且上覆厚层沉积岩层提供盖层条件。
符号注释：
Al（x），Am（x），Ah（x）——成本型、中间型和效益型隶属度函数；a1，a2，a3——隶属度函数中的不同阈值，与等级划分标准对应；B——综合评价向量；D——评价分数值；i，j——比较因素编号；R——指标评判矩阵；r——通过隶属度函数和指标等级确定的隶属度；U——一级评价指标集合；U1，U2，…，U4——4个一级评价指标；u——二级评价指标集合；u1，u2，…，u11——11个二级评价指标；V——指标评语集合；W——合成权重向量；w1，w2，…，w11——11个指标对应的权重；x——评价对象的实际参数值。