地?zé)崮芮鍧嵎€(wěn)定、潛力巨大，它的開發(fā)利用如何做到既高效又環(huán)保，能源系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)，都離不開智能化數(shù)值模擬技術(shù)的加持。近年來(lái)，地?zé)衢_發(fā)利用技術(shù)和場(chǎng)景更加多元化，更多的先進(jìn)模擬技術(shù)得到應(yīng)用。然而，基于這些新技術(shù)的數(shù)值模擬軟件流程復(fù)雜、操作難度大，建模要靠高度專業(yè)化人員來(lái)開展，而許多一線工程技術(shù)人員被擋在了地?zé)釘?shù)值模擬的門檻之外，這種情況限制了數(shù)值模擬新技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用。

為了改變這個(gè)不利局面，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地?zé)釄F(tuán)隊(duì)聯(lián)合多位國(guó)內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了“地?zé)嵊?jì)算器”數(shù)值模擬軟件。該軟件具有以下特點(diǎn)：

1. 基于應(yīng)用場(chǎng)景，將繁復(fù)的模擬流程整合起來(lái)，包括概念模型、數(shù)值模型剖分、目標(biāo)優(yōu)化等均交給計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。地?zé)崮M變得像使用“傻瓜相機(jī)”一樣簡(jiǎn)單——一線工程師也能上手就用。同時(shí)，軟件集成研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)自主開發(fā)的多個(gè)計(jì)算模塊（孔彥龍等，2017；Kong et al., 2017; Chen et al., 2019; Pan et al., 2020; Ren et al., 2023; Tian et al., 2024; Cai et al., 2025)于軟件之中，將研發(fā)的新技術(shù)，以菜單操作的便利方式呈現(xiàn)在用戶面前，轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的計(jì)算能力。

2.突破傳統(tǒng)的思維模式，提出兩種設(shè)計(jì)范式，首先是“基于場(chǎng)景模擬（scenario-based modeling）”范式。由每次執(zhí)行單次正向模擬（forward simulation），發(fā)展為內(nèi)置多種地?zé)峒夹g(shù)應(yīng)用場(chǎng)景模塊（井距優(yōu)化、資源評(píng)價(jià)、換熱量計(jì)算等），可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)化掃描以實(shí)現(xiàn)連續(xù)多次模擬。例如，在優(yōu)化地?zé)釋?duì)井間距時(shí)，用戶只需設(shè)置儲(chǔ)層基礎(chǔ)物性參數(shù)、開采時(shí)間等信息，軟件便會(huì)自動(dòng)完成在不同井距下所有參數(shù)組合的模擬計(jì)算，并直接輸出如最優(yōu)井距、水位變化、溫度變化等工程決策所需的計(jì)算結(jié)果。這相當(dāng)于為地?zé)釘?shù)值模擬建立了一條“自動(dòng)化流水線”，將工程師從重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來(lái)，極大地提升了不確定性量化分析和參數(shù)優(yōu)化的效率。其次是“免手動(dòng)建模（physical model-free）”的設(shè)計(jì)思路。這并不是說(shuō)模擬過(guò)程中不需要地質(zhì)模型，而是針對(duì)許多工程場(chǎng)景（如均質(zhì)儲(chǔ)層井距優(yōu)化、地埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)），軟件內(nèi)部預(yù)置了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、標(biāo)準(zhǔn)化的地質(zhì)模型模板。用戶只需輸入核心的工程參數(shù)（如巖石屬性、初始溫度、井控條件等），即可獲得仿真結(jié)果。這種設(shè)計(jì)極大地簡(jiǎn)化了操作流程，使得非數(shù)值建模背景的技術(shù)人員也能快速上手，進(jìn)行可靠的工程技術(shù)評(píng)估與方案優(yōu)化比選。

3. 為了覆蓋從產(chǎn)業(yè)實(shí)踐到前沿科研的全鏈條需求，“地?zé)嵊?jì)算器”針對(duì)性地開發(fā)了“基礎(chǔ)版”與“專業(yè)版”，分別發(fā)布。其中，基礎(chǔ)版集成了八大“開箱即用”的模塊，涵蓋井距優(yōu)化、資源評(píng)價(jià)、淺層地?zé)帷⒅猩顚油S地埋管換熱、中深層U型井換熱、靜態(tài)地層溫度預(yù)測(cè)、碳減排量計(jì)算、ORC地?zé)岚l(fā)電等豐富的地?zé)釕?yīng)用場(chǎng)景（圖1），它面向企業(yè)工程師，追求極致的易用性與解決問(wèn)題的高效性。而專業(yè)版則面向高校和科研機(jī)構(gòu)，允許用戶導(dǎo)入精細(xì)的地質(zhì)模型、構(gòu)建離散裂縫網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行高分辨率的水-熱耦合模擬，以解決地質(zhì)非均質(zhì)性、裂縫內(nèi)流體流動(dòng)等復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題。

4. 地?zé)嵊?jì)算器的可靠性經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格驗(yàn)證，其模擬結(jié)果與國(guó)際公認(rèn)的解析解及野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合度好，例如中深層同軸地埋管的模擬誤差僅為2.2%，證明了其在追求“易用”的同時(shí)并未犧牲模型的精度 (Cai et al., 2025)。

圖1 地?zé)嵊?jì)算器原理、架構(gòu)與應(yīng)用示意圖

研究成果發(fā)表于國(guó)內(nèi)綜合學(xué)術(shù)期刊The Innovation（孔彥龍*，田小明*，黃永輝，蔡皖龍，于淼，孟博言，陳超凡，劉昌為，王中鵬，龔宇烈，邵亥冰，龐忠和，汪集暘.GeothermalKits for modeling geothermal energy: A scenario-based and physical model-free simulation platform [J].The Innovation, 2026, 7(5): 101350. DOI: 10.1016/j.xinn.2026.101350.）。

• 基礎(chǔ)版下載地址：https://xiaomingtian-1.github.io/archives/

• 專業(yè)版下載地址：https://doi.org/10.5281/zenodo.17231957

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