郑州地象科技有限公司 寇伟
前言：地热资源是近几年国家倡导大力开发利用的可再生能源，很多人对于地热资源的概念、来源、分类、开发利用等还不够了解。郑州地象科技有限公司作为VCT成像深部地热构造探测仪的研制厂家，有义务为大家系列介绍有关地热资源的知识、助推地热能的加速开发利用。
一、地热资源概念
地热是地热资源的简称，常指能够经济地为人类所利用的地球内部的热能量资源。地球内部蕴藏有由放射性物质衰变作用等原因所产生巨大的热，地核本身就是一个由地壳和地幔层包裹着的大热球，时时刻刻通过各种方式向地球表面传播热量并散发到大气中。地球表面上可看到的火山喷出的熔岩温度高达1200oC～1300oC，天然温泉的温度大多在60 oC以上，有的甚至高达100 oC～140 oC。这足以说明地球内部是一个庞大的热库，蕴藏着巨大的热能。这种热能传播到地表或传至人们可以采集到的地壳上层，就形成了人类可以开发利用的地热资源。
地热能是蕴藏在地球内部的一种自然热能，传播到人类可以开发利用的地壳深度以上就成为了地热资源。和煤、石油、天然气及其它传统矿产资源不一样，地热能与太阳能、风能等都属于可再生能源，相对而言都是取之不尽用之不竭的。而且，地热能不受时间和地域限制，随时都在、到处都有。地热能作为一种清洁能源、可再生能源，其开发前景十分广阔。
二、地热来源假说
关于地热的来源，有多种假说。主流假说认为，地热主要来源于地球内部放射性元素蜕变产生热能，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5万亿亿卡路里。还有一种假说认为，地热来源于地球自转产生的旋转能以及重力分异、化学反应，岩矿结晶释放的热能等。除此之外，在地球形成过程中，这些热能的总量超过地球散逸的热能，当形成巨大的热储量上升到低温、刚硬的岩石圈底部时，受到岩石圈的阻挡而逐渐积累起来，使地壳局部熔化形成岩浆作用、变质作用，从而导致该部位最终形成温度高达1300 oC以上的软流层。
三、地热异常的定义
现已基本测算出，地核的温度达6000 oC，地壳底层的温度达900－1000 oC，地表常温层（距地面约15～30米）以下的地温随深度增加而增高。不同地区的地热增温率有一定差异，一般定义国内的地热平均增温率约为3 oC /100米，接近平均增温率的称正常温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。
人们通常所说的地热大部分是以水为介质从地下将其带到地面上的。一般定义：温度高于 150℃的地热称为高温地热，温度在90～150℃之间的称为中温地热，温度在25～90℃之间的称为低温地热。水的临界温度为374.15℃，由于不同地区地下各深度层的压强、温度、构造都不同，地壳深部水升至地表后的温度差异也会很大，所形成的地热资源类型亦不相同。
四、地热资源的分类
根据地热资源的性质和赋存状态可将其分为：水热型、地压型、干热岩型和岩浆型四类。水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源，它是指地下储有大量热能的蓄水层，是现在开发利用的主要地热资源。地压型地热资源是指以高压水的形式储存于地表以下2000～3000米深的沉积盆地中、并被不透水页岩所封闭的巨大热水体，其除热能之外往往还贮存有甲烷之类的化学能及高压所致的机械能，能量潜力巨大但尚未被人们充分认识。干热岩型地热资源是指地下普遍存在的没有水或蒸汽的热岩石，其温度介于150℃～650℃之间；岩浆型资源是指蕴藏在熔融状和半熔状岩浆中的巨大热能，其埋藏部位最深，温度高达600℃～1500℃。后两类比前两类的热能更为巨大，开发难度亦更大，属今后可考虑大量开发利用的潜在地热资源。
五、水热型地热资源的生成
我们可以把地球看作是平均半径约为6371公里的多层实心球体，由外向内分别为地壳、地幔和地核，在地壳与上地幔之间还有一层充满高温岩浆的软流层，其距离地表的厚度各处很不均一，由几公里到70公里不等，其中大陆壳较厚，海洋壳较薄。地表距离软流层越近地温就越高，在陆地盆地坳陷处的地温就明显高于其它地区的地温。
地热资源的生成与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系，特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看，大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞带、板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。
六、地热资源的温度分级
国内各级政府颁布的地热资源管理条例，对于地热资源的定义基本上一致为：是指由地质作用形成、蕴藏在地壳内部或者溢出地表、达到国家规定的25℃以上温度、以水和岩石等为载体的热能资源。按照水热型地热资源的温度进行分级：
1、高温地热资源，温度范围大于150℃，可用于发电、烘干；
2、中温地热资源，温度范围90～150℃，可用于工业用途、烘干、发电；
3-1、低温地热资源--热水，温度范围60～90℃，可用于采暖、工艺流程；
3-2、低温地热资源--温热水，温度范围40～60℃，可用于医疗、洗浴、温室；
3-3、低温地热资源--温水，温度范围25～40℃，可用于农灌、养殖、土壤加温。
七、板块边缘地热资源的形成与特征
一般分来讲高温地热多分布在地壳各板块的边缘地带，其分布与板块内的活动性断裂及沉积盆地的发育演化有关。地壳至少有十几个板块在运动，板块交界面存在着扩张、隐没、互撞、平移四种不同的运动形态，板块运动的结果使其边缘地带断裂深大、热能集中，进而产生火山活动及火成岩侵入到地表浅层。这些地区的地温异常值显著增高，有火山活动带地区的地温异常值一般会高于正常值的3倍左右、地温梯度约为9℃；没有火山活动带、仅为板块活动带地域范围会较大、地温异常值不会太高，地温梯度一般在4～6℃。
八、板块内沉积盆地型地热资源的形成与特征
板内沉积盆地型中低温地热资源一般属于层状热储分布范围较大的地热田型地热异常区。根据我国地热资源分布规律，中、低温地热田资源分布于活动断裂带及凹陷盆地内，在凹陷盆地中心地带地势低陷，地壳厚度明显低于陆地的平均值，一般距莫霍面深度小于 30公里，即使是没有岩浆囊、岩浆房等特殊热源的直接影响，但由于地壳厚度较小，受深部地温场的影响较大，致使区内地温异常，地温梯度均高于3 ℃/100米。全国面积在10万平方公里以上的中、新生代沉积盆地就有9个，还有许多面积较小的新生代沉积盆地，在这些盆地深部，多形成沉积盆地型中低温地热资源。这类地热资源的主要特征：一是属于层状热储分布，二是面积相对较大，三是多为中低温地热资源。
九、板块内深大断裂型地热资源的形成与特征
从全球构造看，中国的大部分地区都处在板块内部地壳隆起区和地壳沉降区，板内除了沉降盆地型地热资源之外，大多数为断裂构造型地热资源，由深大断裂产生的地热构造则具有不同于一般断裂型地热构造的特点。深大断裂型地热资源是指地壳隆起区沿构造断裂带展布的呈带状分布的地热密集带。深大断裂型地热带的规模主要受构造断裂带的规模大小、延伸长度和宽度的控制，深大断裂带可能会长达几百公里、宽度几公里，小的断裂带可能只有几公里、宽度几百米。断裂地热带的形成特点是：断裂带成为热储和热流的通道，一方面大气降水和地表水通过断裂带入渗到深部，成为地热水的主要补给源；另一方面经过深部热岩的不断循环加热，在某一地势低凹处沿断裂带上涌至地表或浅部，或出露成温泉，或显示出地热异常。
十、板块内中小断裂构造型地热资源的形成与特征
岩体受构造应力作用发生变形，一旦超过其可承受强度就会使岩体的连续性和完整性遭到破坏，进而产生各种大大小小的断裂，形成断裂构造。断裂构造是地壳中最常见的构造形式，在地壳中分布很广，无论是高山深谷还是丘陵平原，地表显露的无论是新生界还是早至太古界地层，都有断裂构造的存在，只不过断裂构造的大小不同、深浅不一。在这些断裂构造中只有张性和张扭性断裂构造的断裂面属于张开的，有可能沟通地表径流和风化壳中的地下水，成为地热流体通过循环流动通道，并在断裂深部富集地下热水。一般而言，断裂破碎带越宽、破碎岩石块越大，透水量和蓄水量就会越大；断裂延伸的深度越深、热水循环量越大，打出地热水的温度就越高。
十一、低温传导型地热资源的形成与特征
地热资源按其属性可分为三种类型；大于150℃的高温对流型地热资源， 90℃～150℃的中温及小于90℃的低温对流型地热资源，小于90℃低温传导型地热资源。国内除了板块边缘型、沉积盆地型、深大断裂型等地热资源之外，大部分地区的地热资源都属于断裂构造形成的中低温传导型地热资源。按照地球的物理结构，太阳对地温的影响只能深及30米以内，在30米深度以下，地温只受地热影响。在不存在中高温地热资源构造的地区，一般来讲每向地球内部深入100米地温升高2～3℃。 若是按照200米深度含水层的水温相对稳定在15～17℃左右来计算，至1000米深度含水层的水温就约为32～40℃，至2000米深度含水层的水温就约为52～60℃，至3000米深度含水层的水温就约为72～90℃。只要是断裂构造相对发育、地表水能够沿裂隙向下渗透较深的地方，一般地区只要取得深度达到1000米含水层的水，水温都会达到30 ℃以上，满足国家规定出口温度达到25℃以上为地热水资源的标准。
十二、浅层地热资源及开发利用
浅层地热是指地表恒温带以下一定深度内地层中储存的热量。地表常温层一般距地面约15～30米，在地球内部热能的作用下，地表常温层以下的地温随着深度的增加而增高。浅层地热资源的特点是：遍布各地，资源量丰富，取之不尽、用之不竭；相对于太阳能和风能的不稳定性，地热能是较为稳定可靠的可再生能源，可以作为煤炭、天然气和核能的最佳替代能源；地热能是较为理想的清洁能源，在使用过程也会明显减少碳排放；易开采，投入少，风险低、见效快。
当前主要通过热泵技术利用浅层地热资源。热泵包括水源热泵和地源热泵，是把地温能（地下水或介质层中的地热能）作为夏季制冷的低温冷却源、冬季采暖供热低温热源的空调系统。因为地热能系统不受外界空气温度的影响，在寒冷天气里，热泵系统可以直接利用地下温水或通过温暖的土壤为热泵热转换液体进行加热；需要制冷时，地热系统就就可以直接利用地下冷水或相对低温的土壤为热泵热转换液体进行降温。空调系统制热或制冷时使冷凝器输入与蒸发器输出的温差缩小，就会大大提高换热器的热效率，从而达到节约用电量、有效减少电费开支的效果。
十三、结语
* 地热资源产生于地球内部地热能，与地球同在，是取之不尽用之不竭的；
* 因断裂形成地下储有大量热能蓄水层热水型地热资源，是当前开发利用的主要地热资源；
* 板块边缘和板内沉积盆地形成的地热资源区域受限、范围不大、应用有限；
* 在地壳浅层断裂构造无处不有、分布很广，只是断裂构造的大小不同、深浅不一而已；
* 根据地热产生地温梯度2～3℃/100米，只要取到足够深度的水就是地热水；
* 板内找地热水就是要找相对较大较深的含水张性断裂构造和深部含水层；
* 地温能是无处不在的浅层地热资源，将会通过热泵技术成为开发利用的热点。
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