地热能的来源及分布特点

地球的内部是高温高压的,蕴藏着无比巨大的热能。假定地球的平均温度为2000℃,地球的质量为6×1024 kg,地球内部的比热容为1.045kJ/(kg·℃),那么整个地球内部的热含量大约为1.25×1031 J。即便是在地球表层10km厚这样薄薄的一层,所储存的热量就有1×1025 J。地球通过火山爆发、间歇喷泉和温泉等途径,源源不断地把它内部的热能通过导热、对流和辐射的方式传到地面上来。如果把地球上储存的全部煤炭燃烧时所放出的热量作为100%来计算,则石油的储量约为煤炭的8%,目前可利用的核燃料的储量约为煤炭的15%,而地热能的总储量则为煤炭的1.7亿倍。

地壳中的地热主要靠导热传输,但地壳岩石的平均热流密度低,一般无法开发利用,只有通过某种集热作用才能开发利用。例如,盐丘集热,盐比一般沉积岩的导热率大2～3倍。大盆地中深埋的含水层,也可大量集热,每当钻探到这种含水层,就会出过大量的高温热水,这是天然集热的常见形式。岩浆侵入地壳浅处,是地壳内最强的导热形式。侵入的岩浆体形成局部高强度热源,为开发地热能提供了有利条件。岩浆侵入后,冷却的时间相当长,一般受下列因素影响：

(1)侵入的岩浆总体积。

(2)侵入的深度或岩浆体顶面的埋深。

(3)侵入岩浆的性质,酸性岩浆温度较低,约650～850℃；基性岩浆温度较高,为1100℃左右。结晶潜热也有差异,酸性岩浆为272kJ/kg,碱性岩浆为335kJ/kg。

(4)侵入体的形状。(www.xing528.com)

(5)有无水热系统。

据推测,一个埋深为4km的酸性岩浆侵入体,体积为1000km3,初始温度为850℃,若要使侵入体的中心温度冷却到300℃,大约需几十万年。可见地热的扩散是非常慢的。若要利用这种热能则也是比较稳定的。一个天然温泉,长年不息地流出地热水,而且几百年温度变化不大。

在地壳中,地热的分布可分为3个带：可变温度带、常温带和增温带。可变温度带,由于受太阳辐射的影响,其温度有着昼夜、年份、世纪,甚至更长的周期性变化,其厚度一般为15～20m；常温带,其温度变化幅度几乎等于零,深度一般为20～30m；增温带,在常温带以下,温度随深度的增加而升高,其热量的主要来源是地球内部的热能。地球每一层次的温度状况是不相同的。在地壳的常温带以下,地温随深度增加而不断升高,越深越热。这种温度的变化,称为地热增温率。各地的地热增温率差别是很大的,平均地热增温率为每加深100m,温度升高8℃。到达一定的温度后,地热增温率由上而下逐渐变小。根据各种资料推断,地壳底部至地幔上部的温度大约为1100～1300℃,地核的温度大约在2000～5000℃。假如按照正常的地热增温率来推算,80℃的地下热水,大致是埋藏在2000～2500m的地下。

按照地热增温率的差别,把陆地上的不同地区划分为正常地热区和异常地热区。地热增温率接近3℃的地区,称为正常地热区；远超过3℃的地区,称为异常地热区。在正常地热区,较高温度的热水或蒸汽埋藏在地壳的较深处；在异常地热区,由于地热增温率较大,较高温度的热水或蒸汽埋藏在地壳的较浅部位,有的甚至露出地表。那些天然露出的地下热水或蒸汽称为温泉。温泉是在当前技术水平下最容易利用的一种地热资源。在异常地热区,除温泉外,人们也较易通过钻井等人工方法把地下热水或蒸汽引导到地面上来加以利用。

要想获得高温地下热水或蒸汽,就得去寻找那些由于某些地质原因,破坏了地壳的正常增温,而使地壳表层的地热增温率大大提高了的异常地热区。异常地热区的形成,一种是产生在近代地壳断裂运动活跃的地区,另一种则是主要形成于现代火山区和近代岩浆活动区。除这两种之外,还有由于其他原因所形成的局部异常地热区。在异常地热区,如果具备良好的地质构造和水文地质条件,就能够形成大量热水或蒸汽,热水田或蒸汽田统称为地热田。在目前世界上已知的一些地热田中,有的在构造上同火山作用有关,另外也有一些则是产生在火山中心地区的断块构造上。