地质人，你真的了解地热吗

什么是地热?

地热(英文名称：geotherm)是指地球熔岩向外的自然热流，是来自地球内部的一种热能资源。地球本身象一个大锅炉，深部蕴藏着巨大的热能。在地质因素的控制下，这些热能会以热蒸汽、热水、干热岩等形式向地壳的某一范围聚集，如果达到可开发利用的条件，便成了具有开发意义的地热资源。

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地热形成原因

地球可以看作是平均半径约为6371km的实心球体。它的构造就像是一个半熟的鸡蛋，主要分为三层。地球的外表相当于蛋壳，这部分叫做“地壳”，它的厚度各处很不均一，由几千米到70km不等，其中大陆壳较厚，海洋壳较薄。地壳的下面是“中间层”，相当于鸡蛋白，也叫“地幔”，它主要是由熔融状态的岩浆构成，厚度约为2900km。地壳的内部相当于蛋黄的部分叫做“地核”，地核又分为外地核和内地核。

地球每一层的温度很不相同。从地表以下平均每下降100米，温度就升高3 ℃，在地热异常区，温度随深度增加的更快。根据各种资料推断，地壳底部和地幔上部的温度约为1100 ℃~1300 ℃，地核约为2000 ℃～5000 ℃。

地壳内部的温度产生的热量，它的热量是哪里来的呢。一般认为，是由于地球物质中所含的放射性元素衰变产生的热量。有人估计，在地球的历史中，地球内部由于放射性元素衰变而产生的热量，平均为每年5万亿亿卡(即卡路里)。这是多么巨大的热源啊。

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地热的分类

高温地热一般存在于地质活动性强的__板块的边界，即火山、地震、岩浆侵入多发地区，著名的冰岛地热田、新西兰地热田、日本地热田以及我国的西藏羊八井地热田、云南腾冲地热田、台湾大屯地热田都属于高温地热田。

中低温地热田广泛分布在板块的内部，我国华北、京津地区的地热田多属于中低温地热田。

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__地热分布

在一定地质条件下的“地热系统”和具有勘探开发价值的“地热田”都有它的发生、发展和衰亡过程，绝对不是只要往深处打钻，到处都可发现地热。作为地热资源的概念，它也和其它矿产资源一样，有数量和品位的问题。就__来说，地热资源的分布是不平衡的。明显的地温梯度每公里深度大于30℃的地热异常区，主要分布在板块生长、开裂-大洋扩张脊和板块碰撞，衰亡-消减带部位。

1、地热带分布

环太平洋地热带

它是世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界。世界许多著名的地热田，如美国的盖瑟尔斯、长谷、罗斯福;墨西哥的塞罗、普列托;新西兰的怀腊开;中国的台湾马槽;日本的松川、大岳等均在这一带。

地中海一喜马拉雅地热带

它是欧亚板块与非洲板块和印度板块的碰撞边界。世界__座地热发电站意大利的拉德瑞罗地热田就位于这个地热带中。中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田也在这个地热带中。

大西洋中脊地热带

这是大西洋海洋板块开裂部位。冰岛的克拉弗拉、纳马菲亚尔和亚速尔群岛等一些地热田就位于这个地热带。

红海一亚丁湾一东非裂谷地热带

它包括吉布提、埃塞俄比亚、肯尼亚等国的地热田。

除了在板块边界部位形成地壳高热流区而出现高温地热田外，在板块内部靠近板块边界部位，在一定地质条件下也可形成相对的高热流区。其热流值大于大陆平均热流值1.46热流单位，而达到1.7～2.0热流单位。如中国东部的胶、辽半岛，华北平原及东南沿海等地。

2、主要地热田分布

拉德瑞罗地热田：世界地热发电的先驱

拉德瑞罗地热田位于意大利罗马西北面约180公里处，开发面积大约100平方公里。该地热田由8个地热区组成。拉德瑞罗地热田储集层内蒸汽的最高温度为310℃。拉德瑞罗地热电厂的总装机容量为38.06万千瓦，名列世界第四。

盖瑟斯地热田：__地热田之冠

盖瑟斯地热田是目前所知世界最大的地热田，位于美国加州旧金山北面约120公里处，面积超过140平方公、里，储集层蒸汽温度最高达280℃。1988年，该地热田电厂的总装机容量达到204.3万千瓦，真正称得上世界__。

怀拉基地热田：新西兰的地热之星

怀拉基地热田位于新西兰北岛中部陶波湖的东北侧。它是世界上__个成功开发的大型热水田，利用热水发电的方法和经验从这里开始。该地热田热水温度最高达到265℃。

菲律宾地热田：地热田中的后来居上者

菲律宾目前共有地热田和地热区30处，其中已发电者4处，具有开发潜力的6处，正在钻探和开发的9处，其余11处仍在进行地面研究。1995年菲律宾地热发电的总装机容量达到122.7万千瓦，21世纪以来，更是接近200万千瓦，仅次于美国，居世界第二。

冰岛地热田：大西洋中脊上的地热奇苑

冰岛已知高温地热田和地热区共21处，全部分布在新火山活动带(距今70万年以内)之内，其中勘探与开发较多的地区大部分集中在冰岛西南、首都雷克雅未克的附近，以及东北的克拉夫和诺马夫雅克;雷克雅未克附近已开发的地热田包括雷克雅未克市区范围内以及市区东北约15公里的雷克低温热水田、斯瓦勤格高温热水田，以及尼斯雅维勒和魁瓦歌帝高温热水田。

前二者所产630℃~128℃的热水全部供首都地区13万居民的生活用水和房屋供暖之用，后二者所产高温热水(260℃-38O℃)除一部分准备将来供应首都地区供暖外，其余将用于发电。

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中国的地热分布

通过地质调查，全国已发现地热异常3200多处，其中进行地热勘查的并已对地热资源进行评价的地热田有50多处。全国已打成地热井2000多眼。

发现高温地热系统255处，经过评估总发电潜力5800MW·30a，主要分布在西藏南部和云南、四川的西部。在西藏羊八井地热田ZK4002孔，孔深2006m，已探获329.8℃的高温地热流体。

羊八井地热田

发现中低温地热系统2900多处，据调查，总计天然放热量约为1.04×1014kJ/a，相当于每年360万吨标准煤当量。主要分布在东南沿海诸省区和内陆盆地区，如松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地以及众多山间盆地区。这些地区1000—3000m深的地热井，可获80—100℃的地热水。

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地热资源的开发利用

150℃以上的高温地热和150℃-90℃的中温地热，主要用于发电、烘干等工业领域(如西藏的羊八井地热田);90℃以下的低温地热(如北京的地下热矿水)，由于其温度适宜、清洁无污、富含多种对人体有益的矿物质而用途十分广泛。低温地热可以在以下方面进行开发：

1)、地热直接供暖

燃煤锅炉的大量使用是造成空气受到严重污染的重要原因。目前，北京市政府已明令规定在主要城区取消燃煤锅炉，代之以燃油或燃气，以减小大气污染程度。但燃气和燃油前期投入和运行成本都十分昂贵。而地热资源的开发为这个问题的解决提供了一条可行之路。大力提倡与推广地热供暖，将对环保事业作出重要的贡献。

2)、浴疗保健

北京地区的地热水属于中低温热矿水，富含锂、氟、氡、偏硼酸、偏硅酸等多种矿物质，有一定的医疗、保健、养生作用。经常用热矿水进行洗浴，对高血压、冠心病、心脑血管、风湿病、皮肤病等有一定疗效。热矿水入室，无疑会大大提高居民的生活质。

3)、娱乐、旅游

依托温泉浴疗，可以开发游泳馆、嬉水乐园、康乐中心、会议中心、疗养中心、温泉饭店、温泉度假村、高级宾馆等一系列娱乐旅游项目。

4)、种植、养殖

可以依托地热井，建造温泉温室，种植名优花卉、特种蔬菜(供给大的饭店、宾馆、酒楼之需)等，也可以用来发展旅游农业。

热水养殖，可以大大缩短多种水生物的孵化期和生长周期。可以依托地热资源发展高产鱼类养殖业等养殖产业。

5)、余热供暖

用于洗浴、娱乐等方面的地热水在使用后，热水温度依然很高，仍含有大量的热能，如果能有效的加以利用，就会带来巨大的经济效益和社会效益。最近，北京市地质勘察技术院与清华同房合作实验成功了环保型地温热泵供暖系统，它可以从热水，甚至冷水中提取热能供暖，使地热能的综合利用率提高到了80%左右，其运行成本低于燃气和燃油。这套系统的实验成功为地热水的余热供暖开辟了广阔的天地。

正因为地热水有如此广泛的用途，它近年来才受到了众多开发商的青睐，成为一个新的经济增长点。

为了充分利用资源，创造更多的价值，对地热资源开发应做到一水多用、综合利用。例如，如果条件合适，可以先用热水直接供暖，供暖后的水用于洗浴保健，洗浴保健后的水经处理后用来进行种植、养殖或者余热供暖。

地下热水补给途径长，补给慢。因此对每一口地热井，都应设专人管理，节约用水，合理开发利用。另外，地下热矿水的氟、硫含量一般偏高，用后要妥善处理，以免对地下水源造成污染。

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地热勘查方法

地热资源蕴藏于地下深处，资源勘查藉助于地质调查、地球物理、地球化学、地热钻探、产能测试、分析与动态监测等综合勘查技术手段查明其分布、资源量、品质及开发利用条件。

地热地质调查

地热地质调查是地热地质工作者依据地质理论及常规的地质调查方法进行地热资源勘查的基本手段。一般在地热资源勘查的初期在较大的范围内进行，普遍的作法是：

1)、对调查区及相邻地区的航卫片进行地质解释，初步判断地热地质条件、地表热显示及有利的地热资源分布区;

2)、对地调查区的主要地质构造、地质分层、地表热异常及热显示现象进行实地调查分析，选定进一步开展地热勘查工作的耙区。对于有地表热显示的地区, 地热地质调查重点围绕热显区开展调查，确定热异常范围及热异常形成的地质条件;

3)、对于平原区的隐伏地热地热地质调查，则是通过相邻区地质调查分析及浅井测温调查，找出相对的浅部热异常区，确定进一步实施勘查工作地区。

地球物理勘查

地球物理勘查是深部地热地质勘查的重要手段，一般在地质调查之间及投入地热钻探之前进行，是深部地热钻井前必须采用的一种勘查手段，藉助物探仪器探测地表以下各地层的物性(重力、磁性、电性等)差异，划分地层、确定热储埋藏深度并对地质构造作出判断，为地热钻井提供设计依据。地球物理勘查常采用的物探方法有：电法、磁法、重力法、人工地震等。

地球化学调查

通常与地质调查同步进行或作为地质调查的一个组成部份。主要是对深部热活动对地下水、地表岩石引起的化学变化的调查分析，包括地表水、地下水样采集与测试分析对比、岩石水热蚀变矿物的调查分析等，从水化学及岩石的细微差异变化中，确定地热异常区分布，判断地热活动特征及其演化历史。

地热钻探

地热钻探是地热资源勘查最重要投入人、财、物最多的一种手段，但也是地热勘查最具决定意义的手段。依据地质调查、地球物理、地球化学调查所选定和设计的在一定深度内有可能开采出地热的地段上进行，通过地热钻探查明地层结构、岩性特征、各岩层的埋藏深度，地温变化梯度，热储的渗透性，地热流体压力及其物理性质与化学组分，为地热资源评价提供依据。地热钻进应满足地热井产能测试、生产或动态监测的需要。地热钻井深度目前一般小于4000m，选用钻井能力略大于设计井深的钻机实施钻井。

产能测试

地热钻井普遍采取探采结合的方式进行， 即一旦地热勘查钻井取得成功即可能作为地热开采井投入使用， 钻井成功后均应进行产能测试， 确定地热井的流体压力、产量、温度、热储的渗透性等，为地热资源评价提供实测资料;为地热井生产提供依据。产能测试包括降压试验、放喷试验和回灌试验等。

地热流体与岩土实验分析

主要是对地热流体的化学组分、微量元素、放射性元素、气体含量等进行分析测定;选择代表性岩土样测定其密度、比热、热导率、渗透率、孔隙率等或进行磨片鉴定，为地热地质条件的分析、资源评价与开发利用提供依据。

地热动态监测

勘查开发地热资源应对地热流体的天然动态与开采动态进行监测，掌握其变化规律，为地热资源评价、地热开发管理、研究与地热田开发有关的环境地质问题提供依据和基础资料。动态监测内容包括地热流压力、产量、温度及化学成分，应保持动态监测的连续性，真实反映地热开发的历史性变化。

可行性论证

地热资源开发的投资高、风险大，投入地热资源开发前一般都进行钻井前期的可行性论证。可行性论证工作由地热资源开发单位委托对当地地热地质条件了解的专业地质勘查单位进行。论证报告对地热资源开发的可能性、风险因素作出论证;推荐合适的钻井位置，提出钻井深度、开采热储层位及钻井结构建议;预测井的产水量、水温和水质。

论证报告应在地质调查，深部地球物理勘查及充分利用已有的的地质调查、地球物探地球化学及深部地热钻井资料的基础上进行，在缺少深部钻井地质资料的地区，应采用有效的深部地球物理勘查方法，对断裂构造位置、地层结构、主要热储埋深、地温梯度等有基本认识后再行编制。地热资源开发新区及开发风险大的地区的论证报告应组织有经验的专家评审后，再申报主管部门作为钻井开发地热的依据。

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地热能的前景

随着石油、天然气和煤炭资源可采储量的减少及价格的上涨,世界各国皆加大了地热这一绿色可再生能源的勘查和开发利用力度。据2005年土耳其世界地热大会统计, 2004年__直接利用地热能达72622GW·h, 比2000年增长了40%。按用途划分, 热泵占33% , 洗浴游泳和疗养29% , 供暖20% , 温室715% ,工业4% , 养殖4%, 其他用途215%。2004年__直接利用的地热能相当于每年节约了11232亿桶, 即1840万t石油; 同时, 减少CO2 排放量5933万t, 社会、经济及环境效益显著。

中国地热能的发展预测：根据我国地热开发利用现状、资源潜力评估和国家、地区经济发展预测，地热产业规划目标、任务初期，中期，远期三个阶段。

初期目标与任务：

高温地热发电，主要在羊八井地热电站，对现有地热发电装备进行完善、优化，稳发25MW;力争利用ZK4001孔高温地热流体，增发、满发、达到总装机30MW;努力完成滇西腾冲高温地热井施工，打出250℃地热流体，力争发电潜力达到12MW。

地热采暖达到950万㎡主要在京津地区、京九沿线的山东西部，松辽盆地的大庆地区，完善、优化已有地热供热工程，选点建立示范区。总之，至2010年地热开发利用总量：地热发电装机达到75~100MW，地热采暖达到2500㎡。热能利用总计约相当于1500万吨标煤当量。

中期目标与任务:

高温地热发电装机达到40~50MW，主要在西藏羊八井开发利用已有深部高温热储，使ZK4001地热井得以利用(温度250℃以上，发电10MW);积极建设西藏羊易地热电站，拟定装机12MW;在滇西腾冲高温地热田力争完成250℃以上1~2口地热生产井施工，发电潜力12MW以上。

地热采暖达到1500万㎡主要在京津冀，京九沿线的山东西部，松辽盆地的大庆地区建立地热示范区。单井地热采暖达10~15万㎡，单个地热采暖区50~100万㎡。在已开发的地热田建立生产回灌系统。

长期目标与任务：

高温地热发电装机达到75～100MW ，主要藏滇高温地热勘探开发200～250℃以上深部热储。力争单井地热发电潜力达到10MW以上，单机发电10MW以上。

地热采暖达到2200~2500㎡，主要在北方京、津、冀地区，环渤海经济区、京九产业带、东北松辽盆地、陕中盆地、宁夏银川平原地区发展地热采暖、地热高科技农业，建立地热示范区。单井地热采暖工程力争达到15万㎡。

存在的障碍：地热管理体制和开发利用工程、项目的适合市场经济的运行机制没有建立起来，旧的计划经济管理体制、运行机制还没有完成改变，影响地热产业快速健康发展; 

地热资源的勘探、开发具有高投入、高风险和知识密集的新兴产业，化解风险的机制和社会保障制度尚未建立起来，影响投资者、开发者的信心、影响了地热产业发展;