[科普中國(guó)]-地?zé)崽?

構(gòu)成

無(wú)論經(jīng)歷了多么長(zhǎng)的歷史時(shí)期以及多么復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程，地?zé)岬臒崃磕軌蚋患谝黄?，和其他礦產(chǎn)一樣若能構(gòu)成一個(gè)“田”，就必須具備三個(gè)要素。即：有大量熱輸出的天然熱源、有滲通性良好的熱儲(chǔ)層(含水層)和致密的蓋層。

1、熱源。

一般公認(rèn)熱源是地殼里發(fā)生的巖漿侵入活動(dòng)，其深度通常在7~15km，其溫度約在600-900℃。當(dāng)前，世界各地所有著名的“商業(yè)性開(kāi)發(fā)”熱田都位處中新世到第四紀(jì)有過(guò)火山活動(dòng)或現(xiàn)在仍然有火山活動(dòng)的地區(qū)。有的熱田如日本、墨西哥中部分布的熱田，實(shí)際上就位于或者接近于火山，但另有一些熱田，如意大利的拉德瑞羅與近代火山活動(dòng)中心沒(méi)有直接的區(qū)位聯(lián)系，盡管如此，拉德瑞羅熱田還是位于巨大的第勒尼安火山的北部范圍內(nèi)。因此，蒸汽田不是位于活火山區(qū)就是位于休眠火山區(qū)。

在活火山區(qū)，巖漿通過(guò)深大斷裂系統(tǒng)侵人地表。簡(jiǎn)單地說(shuō)，堅(jiān)硬巖石的斷裂為上升巖漿流提供了通道，而塑性巖石如黏土等則可能通過(guò)重力作用流入斷層空隙，并從上方使之封閉。巖漿侵入的能量足以穿透堅(jiān)硬巖石中的斷層系統(tǒng)，但它不能穿透塑性巖石構(gòu)成的覆蓋層。在這種情況下，巖漿可能侵入至堅(jiān)硬巖石與塑性巖石間的交接面而止步。這種潛火山作用可能在沒(méi)有近代火山活動(dòng)的地區(qū)發(fā)生，同時(shí)更有可能在巨厚層塑性巖層的構(gòu)造單元中，如濁流巖系（復(fù)理巖、硬砂巖）中發(fā)現(xiàn)，拉德瑞羅和蓋瑟爾斯兩個(gè)主要的干蒸汽田均屬此狀。

巖漿侵入而未形成現(xiàn)代噴發(fā)活動(dòng)，在酸性巖火山區(qū)普見(jiàn)，也可能在基性巖火山區(qū)出現(xiàn)。這樣的巖漿侵入為位于火山之上或其附近的中部熱田提供了熱源。

2、儲(chǔ)熱層(簡(jiǎn)稱熱儲(chǔ))。

能夠富集和儲(chǔ)存地?zé)崮?，并使載熱流體做對(duì)流運(yùn)動(dòng)的地下場(chǎng)所。如果儲(chǔ)存的熱流體為蒸汽，則稱蒸汽儲(chǔ)，如果是熱水，則可稱熱水儲(chǔ)。熱儲(chǔ)的底部就是加熱帶的頂部。加熱帶一般都是具有強(qiáng)大而持續(xù)的傳導(dǎo)熱流為補(bǔ)充源。

任何透水的巖性均可作為良好的地下熱儲(chǔ)，巖石類型并不存在專屬性。蓋瑟爾斯熱儲(chǔ)層是具有裂隙透水性的硬砂巖；拉德瑞羅熱田是具有巖溶透水性的碳酸鹽巖；懷拉開(kāi)熱田是上覆有流紋巖及浮石角礫巖的裂隙熔結(jié)凝灰?guī)r；大岳熱田是透水的火山凝灰?guī)r等。

3、蓋層。

指儲(chǔ)熱層或含水層之上所覆蓋的不透水或弱透水巖層，它在熱田構(gòu)成中主要起隔熱隔水的圈閉作用。所有產(chǎn)出蒸汽的地?zé)崽锒加猩w層，有的熱田蓋層由原生的不透水層構(gòu)成，如懷拉開(kāi)熱田的休卡湖相的構(gòu)造，塞羅普列埃托熱田的三角洲黏土等。也有一些熱田原來(lái)無(wú)蓋層，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的水熱活動(dòng)，使上覆松散的沉積物發(fā)生水熱蝕變，或熱水所含的礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，使松散沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌杆娜z巖層，形成自我封閉的蓋層。1

形成原因地?zé)崽锏男纬墒墙?jīng)過(guò)一系列的地質(zhì)作用，諸如火山作用、巖漿活動(dòng)、斷裂活動(dòng)及沉積作用等因素綜合影響的結(jié)果，同時(shí)也受地質(zhì)、水文地質(zhì)、地球熱狀態(tài)等因素的控制。

地?zé)崽镄纬商卣骱蜅l件分布在環(huán)球地?zé)釒У乃械責(zé)崽?，在形成過(guò)程中都具有很多共性特征及條件，那就是：

(1)地?zé)崽锏臏\部，存在著正在冷卻的火山物質(zhì)和侵入的巖漿體等，構(gòu)成熱田強(qiáng)大的熱源；

(2)地?zé)崽锏谋聿?，有致密的火山巖等或塑性巖石所形成具有很強(qiáng)的隔熱保溫蓋層書；

(3)蓋層之下具有透水性良好的孔隙、裂隙或巖溶熱儲(chǔ)；

(4)基底有裂隙發(fā)育的構(gòu)造斷裂帶，為地下熱水和地?zé)嵴羝仙\(yùn)移提供良好通道；

(5)地?zé)崽锼诘貐^(qū)的熱流和地溫梯度都明顯高于地殼的平均值，一般要高出幾倍，甚至十幾倍；

(6)地?zé)崽镄孤﹨^(qū)出露的水熱活動(dòng)不僅溫度高而且強(qiáng)烈，大量的沸泉、噴氣孔、硫質(zhì)氣孔、間歇泉、冒汽地面、沸泥塘以及硅質(zhì)泉華、強(qiáng)烈水熱蝕變現(xiàn)象于泉區(qū)內(nèi)普見(jiàn)；

(7)地?zé)崽锏乃|(zhì)主要為氯化物及硫酸鹽型，并富含硅酸、氟以及偏硼酸、砷，鋰等元素為特征。氣體組分主要以二氧化碳和硫化氫為主，個(gè)別有甲烷存在。大部分熱水水質(zhì)的酸堿度呈酸性或強(qiáng)酸性反應(yīng)。物質(zhì)組分主要來(lái)源于水一巖反應(yīng)中的溶濾作用及熱力變質(zhì)作用，也有來(lái)自上地幔的噴氣作用；

(8)根據(jù)氫氧同位素測(cè)量的地球化學(xué)證據(jù)，證實(shí)地?zé)醿?chǔ)中至少有90%的水是來(lái)源于大氣降水，當(dāng)然也不排除為量不多的巖漿蒸汽穿過(guò)基巖的斷裂和裂隙滲入到儲(chǔ)熱層來(lái)，這一部分水的含量不超過(guò)5%；

(9)伴生礦床及現(xiàn)代成礦作用主要有汞、硫磺、黃鐵礦、輝銻礦等。

分類地?zé)崽镉袩崴?、濕蒸汽地?zé)崽铩⒏烧羝責(zé)崽锏戎帧?/p>

1、熱水田

熱水田屬水熱型地?zé)崽?，產(chǎn)出非飽和態(tài)地下熱水的地?zé)崽?，為含有溫?0~100℃的熱水儲(chǔ)地?zé)崽?。這類熱田中的增溫梯度變化范圍，可從正常的每公里33℃到正常值的兩倍或更高。熱水田的地質(zhì)情況與冷的地下水系統(tǒng)很相似，其不同之處在于前者是靠地?zé)崽荻戎翟鰷爻蔁崴?。熱水田有封閉型(自流型)，也有開(kāi)放型(沒(méi)有蓋層)。低溫?zé)崴锸制者z。值得從事生產(chǎn)性開(kāi)發(fā)研究的地區(qū)所具備的條件應(yīng)是:

(1)深度小于2000m，水溫至少60℃。熱水儲(chǔ)層大的地區(qū)；

(2)熱流值至少在2.2HFU(約高于全球平均值1. 5HFU的60%)；

(3)單井涌水量大。

2、濕蒸汽地?zé)崽?/p>

濕蒸汽地?zé)崽飳偎疅嵝蜔崽?，即高溫?zé)崴锘蛞砸簯B(tài)水為主的熱田。熱田一般含有的承壓熱儲(chǔ)的水溫超過(guò)100℃，是適于經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)最一般的熱田。

目前世界上已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)開(kāi)發(fā)的新西蘭懷拉開(kāi)、墨西哥塞羅普列埃托、冰島的雷克雅未克地區(qū)、美國(guó)索爾頓湖、日本大岳等均屬這類熱田。當(dāng)高溫?zé)崴畯你@井中上升到地面時(shí)，其壓力迅速下降，一部分熱水?dāng)U容汽化成蒸汽，因此井口流體將是處于飽和狀態(tài)下的水占優(yōu)勢(shì)的汽水混合物。不同熱田的汽水比各異，甚至同一熱田內(nèi)的生產(chǎn)井比例也不一樣，具體取決于深部流體的焓和井口的壓力。濕蒸汽田主要用于發(fā)電。

3、干蒸汽地?zé)崽铩?/p>

又稱干飽和蒸汽地?zé)崽锘蚝?jiǎn)稱干汽田。系指在井口產(chǎn)出壓力超過(guò)大氣壓的不含液態(tài)水的干飽和蒸汽地?zé)崽?。濕蒸汽熱田?jīng)歷大規(guī)模開(kāi)采后，由于壓力漏斗形成，在含水層的頂部往往形成擴(kuò)容空間，水面以上出現(xiàn)干飽和蒸汽，在這種情況下，濕蒸汽田便轉(zhuǎn)變?yōu)楦烧羝麩崽铩?/p>

目前，被開(kāi)發(fā)的有拉德瑞羅(意大利)、蓋瑟爾斯(美國(guó))以及松川(日本)等熱田均屬此類型。這類熱田也主要用于地?zé)岚l(fā)電。2

全球地?zé)崽镔Y源的分布在一定地質(zhì)條件下的“地?zé)嵯到y(tǒng)”和具有勘探開(kāi)發(fā)價(jià)值的“地?zé)崽铩倍加兴陌l(fā)生、發(fā)展和衰亡過(guò)程，絕對(duì)不是只要往深處打鉆，到處都可發(fā)現(xiàn)地?zé)?。作為地?zé)豳Y源的概念，它也和其它礦產(chǎn)資源一樣，有數(shù)量和品位的問(wèn)題。就全球來(lái)說(shuō)，地?zé)豳Y源的分布是不平衡的。明顯的地溫梯度每公里深度大于30℃的地?zé)岙惓^(qū)，主要分布 在板塊生長(zhǎng)、開(kāi)裂-大洋擴(kuò)張脊和板塊碰撞，衰亡-消減帶部位。環(huán)球性的地?zé)釒е饕邢铝?個(gè)：

（1）環(huán)太平洋地?zé)釒?它是世界最大的太平洋板塊與美洲、歐亞、印度板塊的碰撞邊界。世界許多著名的地?zé)崽?，如美?guó)的蓋瑟爾斯、長(zhǎng)谷、羅斯福；墨西哥的塞羅、普列托；新西蘭的懷臘開(kāi)；中國(guó)的臺(tái)灣馬槽；日本的松川、大岳等均在這一帶。

（2）地中海一喜馬拉雅地?zé)釒?它是歐亞板塊與非洲板塊和印度板塊的碰撞邊界。世界第一座地?zé)岚l(fā)電站意大利的拉德瑞羅地?zé)崽锞臀挥谶@個(gè)地?zé)釒е小Ｖ袊?guó)的西藏羊八井及云南騰沖地?zé)崽镆苍谶@個(gè)地?zé)釒е小?/p>

（3）大西洋中脊地?zé)釒?這是大西洋海洋板塊開(kāi)裂部位。冰島的克拉弗拉、納馬菲亞爾和亞速爾群島等一些地?zé)崽锞臀挥谶@個(gè)地?zé)釒А?/p>

（4）紅海一亞丁灣一東非裂谷地?zé)釒?它包括吉布提、埃塞俄比亞、肯尼亞等國(guó)的地?zé)崽铩?除了在板塊邊界部位形成地殼高熱流區(qū)而出現(xiàn)高溫地?zé)崽锿猓诎鍓K內(nèi)部靠近板塊邊界部位，在一定地質(zhì)條件下也可形成相對(duì)的高熱流區(qū)。其熱流值大于大陸平均熱流值1.46熱流單位，而達(dá)到1.7～2.0熱流單位。如中國(guó)東部的膠、遼半島，華北平原及東南沿海等地。

我國(guó)的地?zé)崽镔Y源中國(guó)開(kāi)發(fā)利用地?zé)崽锏挠信_(tái)灣、西藏、云南、廣東、北京、天津、河北等地。其中西藏羊八井地?zé)崽锼尫诺哪芰扛哌_(dá)10000千卡/秒，溫度140—172℃，最大蒸氣田的熱顯示區(qū)達(dá)21萬(wàn)平方公里，發(fā)電10000千瓦，已成為拉薩的穩(wěn)定電源。

1988年元月，中國(guó)地礦部門又在西藏拉薩附近的羊應(yīng)鄉(xiāng)打出了201.8℃、工作壓力為9.1個(gè)大氣壓的高溫地?zé)崃黧w井，單井發(fā)電潛力高達(dá)5000—6000千瓦，是中國(guó)迄今打出的第一眼超過(guò)200℃的高溫地?zé)峋?。羊?yīng)鄉(xiāng)地?zé)崽锞嘌虬司髂?5公里，海拔4500米。西藏地處歐亞板塊和印度板塊的碰撞邊界，巖漿活動(dòng)、地震活動(dòng)和水熱活動(dòng)十分強(qiáng)烈，形成了世界著名的喜馬拉雅地?zé)釒А?/p>

羊應(yīng)鄉(xiāng)大于200℃地?zé)崃鞯目碧匠晒?，不僅為西藏能源建設(shè)提供了一個(gè)新的后備基地，而且也是整個(gè)“地中?！柴R拉雅地?zé)釒А钡厍蚩茖W(xué)研究的重要突破。它將促使科學(xué)家們重新認(rèn)識(shí)喜馬拉雅地?zé)釒е械責(zé)嵯到y(tǒng)的機(jī)制，揭開(kāi)地?zé)崽飪?nèi)部活動(dòng)的奧秘。

河北懷來(lái)縣后郝夭地?zé)崽镆惨延脕?lái)作為小型發(fā)電。京、津、唐平原地?zé)豳Y源也比較豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在50000平方公里；范圍內(nèi)圈定了四個(gè)熱異常區(qū)，面積約6800平方公里；其中3000米以淺的地?zé)豳Y源總量為1.2兆千卡，相當(dāng)171億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量，而2000米以淺為0.72兆千卡，相當(dāng)102億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。

牛駝凸起、雄縣、新城、固安、永清一帶（均位于京、津、唐平原的中部）530—2000米的深度內(nèi)，單井出水量達(dá)400—1000立方米/日以上，水溫70—85℃。地下熱水一般可分為五級(jí)，即：極高溫（>100℃）、高溫（80—100℃）、中高溫（60—80℃）、中溫（40—60℃）、低溫（25—40℃）。2