板块构造论的统一地质学概念对地质过程进行了全面的概括,地质过程使得热能从地壳深处向可钻探的深度处集中。读者可以根据Keary和Vine的观点[6]对全球地质构造进行讨论。热量可能与岩浆在地壳中的运动有关,尤其与最近的火山活动或者断层活动区的深水环流有关。全球大部分的地热能开发集中在主要板块交界处(见图12.1),因为目前大部分的地球火山活动都发生在靠近与扩展中心和潜没带有关的板块边界处。
岩石圈(地壳以及上地幔)上裂开的移动板块由岩石圈下方的塑性岩石对流所驱动。对流引起地壳板块破碎,并向热物质上涌区域相反的方向移动。向上涌入缝隙的岩浆带来了大量的热能。但是,大部分的扩展区在海洋盆地里,因此不适合进行地热开发。冰岛是值得注意的一个例外。最近与中大西洋海岭扩展相关的火山活动为冰岛提供了丰富的地热资源,这些地热资源既适合发电也适合直接利用。
在大陆板块里也可能发生地壳开裂。人们比较熟知的两个例子是东非大裂谷和在新墨西哥的里约大裂谷。这些裂谷包含有新的火山活动和一些地热系统。
在大陆板块汇集的地方,这些板块挤压形成褶皱。喜马拉雅山就是一个例子,由印度板块和亚洲板块碰撞而成。更加常见的是,一个大陆板块和一个海洋板块通过潜没过程趋近,海洋板块的密度大所以会被挤入或者潜没到大陆板块的下方。这个潜没过程会使靠近被潜没板块的前缘熔化。结果,在上驮板块内的火山轮廓线与板块的边缘平行,关于这个方面的最显著的例子是环太平洋的活火山带。
平移板块的边界,也就是板块朝着彼此平行的方向滑动的位置,可以形成外延的海槽,即所谓的拉分盆地,如加利福尼亚南部的索尔顿海槽[6]。和索尔顿海槽相关的火山在索尔顿海域、塞罗普列托以及与山谷地热区域产生地热能。圣安地列斯最北部的张力特征和圣安地列斯断层在北美板块和太平洋板块之间形成了贯穿于加利福尼亚的边界,也可能是火山活动的主要原因。这些火山为旧金山北部大约90英里[2]的间歇地热田提供热资源。
火山活动最终在远离板内边界的地方产生了高温热资源。这些被称为“热点”的火山中心位于对流地幔柱的上方。然而,这些热点的成因仍旧不确定。与最近的和热点相关的火山活动有关的几个重要的地热系统是:美国黄石,亚述尔群岛以及冰岛可能存在的地热场。
地热资源也会出现在没有明显活跃火山的异常高温地区,比如土耳其西部的盆地和山脉地貌以及在美国西部的盆地和山脉地貌。尽管还没有完全掌握盆地和山脉地貌的构造框架,但是该地区的高热流很可能是由比平均大陆地壳薄的地壳承受向外扩散的张力所引起的。内华达州开发的许多地热场就是利用了沿近期活跃断层的高热流和深循环。尽管没有中层地壳岩浆活动的证据,但是也不能排除这种可能性。(www.xing528.com)
世界上地热潜能分布的区域如图12.2所示。大部分地热潜能分布的地区都与由潜没和地壳扩展引起的火山活动有关。
图12.1 世界主要地质板块
(粗黑线是外延边界线,晕滃线是衔接区,虚线表示平移或扩散板块边界)
图12.2 全球范围内具有地热能源发电潜能的地区
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