干热岩作为优质的、储量巨大的、暂未开发的地热资源,其高效开发利用已成为世界范围内的研究热点。利用深部干热岩体天然裂缝系统构建储留层会大幅简化储留层施工流程,降低施工难度和开发成本,提高水-岩热交换的效率。因此本文提出利用裂缝充填花岗岩体自身结构特性建造干热岩储留层并以此开采干热岩地热能的新研究方向。针对这一崭新课题,本文进行了一系列研究,并得出如下结论:（1）通过现场勘察研究深部干热岩体天然裂缝系统特征,发现深层花岗岩体构造裂缝后期被岩浆或热液充填是普遍地质现象。通过偏光显微镜观察发现受充填体高温和热液作用,裂缝充填花岗岩热破裂裂缝数量变化按照距胶结界面距离的不同可分为三个区域:充填体内裂缝数量平缓波动区、母岩内裂缝数量剧烈增加区和母岩内裂缝数量波动减小区。热破裂裂缝数量最大值位于距胶结界面一定距离的母岩中,该最大值与充填体厚度呈指数关系,其出现位置也与充填体厚度有关。此外,裂缝充填花岗岩母岩内热破裂裂缝分布符合分形规律。裂缝充填体赋存的普遍性及其热作用对花岗岩母岩体的大范围影响,导致花岗岩母岩体内形成了巨大的弱面结构。该弱面结构极有可能成为干热岩地热开发中天然的储留层,或采用水力压裂建造人工储留层时易于破裂的位置,利于人工储留层建造。（2）利用高温高压岩体三轴试验机进行了高温（100-400℃）三轴应力下中国山西芦芽山花岗岩（粗粒花岗岩）及中国山东鲁灰花岗岩（细粒花岗岩）的热、力学特性差异研究,讨论了晶体颗粒尺寸对花岗岩性质的影响。试验得出,粗粒花岗岩热膨胀系数随温度升高呈线性增加,其热膨胀系数平均为细粒花岗岩的1.52倍,且在400℃时二者差值最大。粗粒花岗岩弹性模量随温度升高先缓慢增加后快速减小,其弹性模量随温度变化的阈值温度为300℃。此外,细粒花岗岩弹性模量为粗粒花岗岩的1.4-2.6倍,并且两者的差异会随着温度及围压的升高而增加。由400℃,25 MPa静水压力破坏试验可知,粗粒花岗岩峰值强度、弹性模量和弹性模量随温度变化的阈值温度更小,峰值应变更大,更易发生弹-塑性转变。在200-400℃,4 MPa静水压力下,粗粒花岗岩渗透率为细粒花岗岩渗透率的2.2-4.3倍,两者差距基本上随着温度升高而逐渐增大。经显微观测可知,粗粒花岗岩更大的晶体颗粒及其极端的非均质性导致了粗粒花岗岩更大的热变形以及更加劣化的力学性质,进而使得粗粒花岗岩在高温高压条件下拥有更高的渗透性。（3）利用高温高压岩体力学三轴试验机进行了高温（最高温度500℃）高压（围压25 MPa）条件下母岩（Ⅰ类花岗岩）、热液充填体（Ⅱ类花岗岩）、充填体与母岩胶结界面横向贯通试件花岗岩（Ⅲ类花岗岩）和充填体与母岩胶结界面纵向贯通试件花岗岩（Ⅳ型花岗岩）的变形及渗透试验。由四类花岗岩的变形实验可知,在100-500℃内,四类花岗岩的热膨胀系数随温度变化可分为三个阶段:1)低温缓慢波动段;2)中低温快速增加段;3)中高温快速减小段。此外,四类花岗岩弹性模量随温度变化的阈值温度分别为300℃、200℃、250℃以及300℃。以阈值温度为界,四类花岗岩弹性模量先小幅增加后迅速减小。Ⅱ类花岗岩内部的蜂窝型溶蚀孔隙结构导致其弹性模量最低,而在500℃三轴应力条件下,由于胶结界面结构的存在,Ⅲ、Ⅳ类花岗岩的抗压强度低于Ⅱ类花岗岩的抗压强度,并且Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类花岗岩抗压强度皆低于Ⅰ类花岗岩的抗压强度。随后本文得出了裂缝充填花岗岩高温三轴应力下的破坏模型,发现除了常规剪切破裂面外,裂缝充填花岗岩还会在母岩内粗晶体颗粒边界处、充填体内部溶蚀孔隙处以及胶结界面处产生破裂面。胶结界面处的破裂面沿胶结界面方向扩展,且该处破裂面对岩体抗压强度影响最大。由四类花岗岩的渗透实验可知,随着温度升高,四类花岗岩渗透率随温度变化的阈值温度分别为300℃,200℃,300℃和250℃。从阈值温度到最高试验温度,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ及Ⅳ类花岗岩渗透率分别提高了1,2,2及3个量级,分别达到了10-6 D,10-4 D,10-5 D及10-4 D。细观结构显微观测结果表明非均质岩体的热破裂现象是导致Ⅰ,Ⅲ类花岗岩渗透率增加的原因;溶蚀作用导致的自身较低的强度及劣化的力学性能是致使Ⅱ类花岗岩渗透率大幅超过Ⅰ,Ⅲ类花岗岩的主要原因;极端非均质性及充填体劣化的力学性能共同导致Ⅳ类花岗岩成为渗透率最大的花岗岩类型。在裂缝充填花岗岩中利用水力压裂建造储留层过程中,压裂水沿垂直于胶结界面方向流动是受限的。但当储层温度超过250℃时,胶结界面附近因胶结作用强化的充填体会恢复弱面结构特征;当储层温度超过400℃时,胶结界面附近的热致裂缝会沿胶结界面方向相互连通,形成渗透通道。因此,压裂水很容易沿胶结界面流动。（4）利用真三轴岩体力学试验机进行了裂缝充填花岗岩高温（最高温度400℃）高压（最高静水压力25 MPa）条件下的水力压裂试验,并利用声发射系统实时监测试验过程,定性地分析了水力压裂过程的破裂特征。发现在400℃以内及25 MPa静水压力下,无论充填体与母岩的胶结界面在裂缝充填花岗岩体内走向如何,裂缝充填花岗岩始终会在胶结界面处起裂,而且水力压裂裂缝会沿胶结界面方向以及在充填体内部扩展。此外,裂缝充填花岗岩的起裂压力随着温度的升高呈负对数规律变化。当温度超过300℃时,水力压裂过程中的热冲击作用便会导致花岗岩沿胶结界面方向形成可供压裂液渗流的渗透通道,大幅减小花岗岩的起裂压力。在轴压25MPa、围压10 MPa条件下,水力压裂裂缝扩展方向不是垂直于最小主应力方向而是沿胶结界面方向,这表明裂缝充填体的存在使得裂缝充填花岗岩不再受应力条件的限制。水力压裂过程中会在充填体内部产生明显的高频度、高持续性的声发射信号。室温条件下,只有当压力达到起裂压力时才会有明显的声发射信号产生。200-400℃条件下,声发射信号会经历以下四阶段:1)声发射信号小幅突增段;2)声发射信号平静段;3)声发射信号迅速增强段;4)声发射信号缓慢减弱段。压裂液压力达到起裂压力时声发射信号强度同步达到最大值,此时不同温度下的声发射振铃数、持续时间基本相同,但温度越高,声发射能量越低。（5）在深入研究天然干热岩体结构特性的基础上,提出了裂缝充填干热岩地热开发方案。该方案通过利用天然裂缝充填带以及花岗岩母岩内裂缝增多区域等天然弱面结构建造大体积储留层,取消了水平井施工,大大降低了施工成本和提取干热岩地热能的难度,为大规模、高效率、低成本建造高渗透干热岩储留层提供了新的理论和技术。