地热与中国大地热流

2.热量：
Q = W + ∆δ
3.热流量：表示单位时间内通过地球表面流出的热量
φ = Q /t
4.热流密度：表示单位时间内通过地球表面单位面积
流出的热量
q = −(φ / A)n°
岩石热物理性质
1.热导率（ｋ） ：表示传热物质的属性
q = − kg ra d T
ห้องสมุดไป่ตู้
2.比热容（C）：单位质量的物质温度升高一度所吸收
地热与中国大地热流
第一节 概述
地热学：研究地壳及整个地球热状态， 热源，温度，热流分布规律及有关物理性 质的现象的科学。
研究意义:
①研究地球深部，地球动力学，地球起源 ②区域地质，构造地质，地震成因 ③资源（地热， 油气，矿物），环境
地热学常用物理量
1.温度：
5 5 {T}k = {T}°C + 273.15 = ({t}°F − 32) + 273.15 = {t}°R 9 9
热对流 热辐射
一、热传导
∂T 基本方程： ρ c = k ∇ 2T + A0 ∂t
二、热对流
１．形式：自然对流，强迫对流 ２．基本定律：牛顿冷却定律 3．热传导+热对流方程：
A0 ∂T k 2 = ∇T+ − v∆T ∂t ρ c ρc
三、热辐射 规律： ①大于绝对零度物体皆可，电磁波形式 ②大部分为红外光，少部分为可见光
中温
90≤t＜150
热水
60≤t＜90
采暖、工艺流程
温热水
40≤t＜60
医疗、洗浴、温室
温水
25≤t＜40
农业灌溉、养殖、土壤加工
地热资源规模分类
高温地热田
中、低温地热田
电能（兆 瓦）
能利用年限 计算年限
电能（兆瓦）
能利用年限 计算年限
大型
＞50
30
＞50
100
中型
10-50
30
10-50
100
小型
二、大地构造背景
从全球地质构造观点来看： 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 大于150℃的高温地热资源带主要出现 150℃ 在地壳表层各大板块的边缘， 在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞 板块开裂部位和现代裂谷带。 带，板块开裂部位和现代裂谷带。 小于150℃的中、 小于150℃的中、低温地热资源则分布于 150℃的中 板块内部的活动断裂带、 板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地 地区。 地区。
三、地球热平衡 地球的总散热量略大于地球内部的总 生热量，基本处于热平衡状态。
第四节 地壳的内热及属性
一、地表热场（大地热流密度）
1. 定义：地球表面能直接量测到的热流场， 是地球内热在地表最为直观的显示。
dT q = −k dz
2. 热流测量:
k --实验室测得；
dT dz
--实测；
图1 地面热流分布图
的热量。
C = Q m ⋅∆t
3.热扩散率（D）：热导率与密度和定压质量热容乘积
的比值
D = k
ρ c
4.生热率（A）：
A =
Q V ⋅t
第二节 热传递方式
介质 传递方式 热传导 固体 非金属晶体：分子振动 热交换 金属晶体：自由电子扩散 能量交换 流体 各部分相对位移 热量转换 不需 电磁波形式发射
三、地表热场（热流密度） 分布规律：强烈的区域性
基本特点： 1.海洋与大陆平均热流值近于相等 2.热场分布与现代地壳运动： 洋中脊，洋中隆 高热流； 海沟，海盆 地热流； 陆地活动 高热流； 3.热场与大陆构造活动性： 古老稳定地区，热流值低；年轻活动性 强地区，热流值高。
第五节
地球内部温度分布
地球内部的热物理参数
①岩石导热系数或热导率
Q/ ∆τ λ= ⋅ S ⋅τ ∆l
②岩石热阻系数或热阻率 ③岩石比热
C = ∆Q P∆t
ξ =
1
λ
④岩石温度传导系数或温度传导率
a =
λ
C ⋅ρ
二、 地壳热属性 １．各种岩石的热导率 ２．岩石密度、含水量与热导率 ３．温度与热导率 ４．压缩与热导率，比热与热扩散率
2．岩浆型
• 在现代大陆板块碰撞边界附近，埋藏在地表以下 6─10km，隐伏着众多的高温岩浆，成为高温地 热资源的热源。如在我国西藏南部高温地热田， 均沿雅鲁藏布江即欧亚板块与印度板块的碰撞边 界出露，就是这种成生模式的较典型的代表。西 藏羊八井地热田ZK4002孔，在井深1500─2000m 处，探获329.8℃的高温地热流体；羊易地热田 ZK203孔，在井深380m处，探获204℃高温地热流 体。
中国大地热流的分布特征
图5 中国大陆1°×1°网格平均热流值分布图 （引自陈墨香等，1994）
三、成因类型
• • • • • 现（近）代火山型 岩浆型 断裂型 断陷盆地型 坳陷盆地型
1．现（近）代火山型
• 现（近）代火山型地热资源主要分布在台湾 北部大屯火山区和云南西部腾冲火山区。 北部大屯火山区和云南西部腾冲火山区。腾 冲火山高温地热区是印度板块与欧亚板块碰 撞的产物。 撞的产物。台湾大屯火山高温地热区属于太 平洋岛弧之一环， 平洋岛弧之一环，是欧亚板块与菲律宾小板 块碰撞的产物。在台湾已探到293℃高温地 块碰撞的产物。在台湾已探到 ℃ 热流体，并在靖水建有装机3MW地热试验电 热流体，并在靖水建有装机 地热试验电 站。
＜10
30
＜10
100
五、地热田地质勘查研究程度要求 • 1. 地热田地质
• a.研究地热田的地层、构造、岩浆(火出)活动 a.研究地热田的地层、构造、岩浆(火出) 研究地热田的地层 及地热显示等特点 等特点， 及地热显示等特点，以阐明控制地热田的地质 条件，确定热储、益层、导水和控热构造。 条件，确定热储、益层、导水和控热构造。 热储 • b.对于受断裂按制的地热田，要着重研究断裂 b.对于受断裂按制的地热田 要着重研究断裂 对于受断裂按制的地热田， 等特点， 的形态、规模、产状、组合配套关系等特点 的形态、规模、产状、组合配套关系等特点， 阐明断裂系统与地热的关系。 阐明断裂系统与地热的关系。
• c.对于层控的地热田，应详细划分地层，确定 c.对于层控的地热田，应详细划分地层， 对于层控的地热田 地层时代，区分储层和盖层。着重研究热储结 地层时代，区分储层和盖层。着重研究热储结 热储的岩性、厚度及其分布范围， 构、热储的岩性、厚度及其分布范围，以及热 储的孔隙、裂隙或岩溶发育情况等影响地热流 储的孔隙、裂隙或岩溶发育情况等影响地热流 体储存、运移、富集的地质因素。 体储存、运移、富集的地质因素。 • d.对地热田的外围有关地区应进行必要的地质 d.对地热田的外围有关地区应进行必要的地质 调查和地球物理、地球化学工作。 调查和地球物理、地球化学工作。探索地热田 的形成，地热流体的补给来源和循环途径。 的形成，地热流体的补给来源和循环途径。
2. 地温场
地温及地温梯度的空间变化 • 查明地热田内的地温及地温梯度的空间变化， 查明地热田内的地温及地温梯度的空间变化， 圈定地热异常范围 计算热流密度， 异常范围、 圈定地热异常范围、计算热流密度，推算热 储温度，并对地热异常的成因 成因、 储温度，并对地热异常的成因、热储结构特 控热构造及可能存在的热源做出合理的 及可能存在的热源 征、控热构造及可能存在的热源做出合理的 分析推断。 分析推断。
4．断陷、坳陷盆地型
• 主要分布在板块内部巨型断陷、坳陷盆地之内， 如华北盆地、松辽盆地、江汉盆地等。地热资源 主要受盆地内部断块凸起或褶皱隆起控制，该类 地热源的热储层常常具有多层性、面状分布的特 点，单个地热田的面积较大，几十平方公里，甚 至几百平方公里，地热资源潜力大，有很高的开 发价值。
四、温度分级与规模分类
3.
热储
• 查明热储分布面积、岩性与厚度变化、埋深及 查明热储分布面积 岩性与厚度变化、 分布面积、 边界条件，查明热储结构、 边界条件，查明热储结构、各热储间的关系及 渗透性能、 温度、 热储内的渗透性能 地热流体的温度 压力、 热储内的渗透性能、地热流体的温度、压力、 产量及其变化规律，测定热储的孔隙率 孔隙率、 产量及其变化规律，测定热储的孔隙率、渗透 系数、传导系数、给水度(弹性释水系数) 系数、传导系数、给水度(弹性释水系数)和压 缩系数等 为储量计算提供依据。 缩系数等，为储量计算提供依据。
• 根据地热勘查国家标准GB11615─89规定，地热 资源按温度分为高温、中温、低温三级，按地热 田规模分为大、中、小三类（见表4-2、4-3）。 • 地热资源的开发潜力主要体现在具体地热田的规 模大小。
地热资源温度分级
温度分级 高温
温度t界限℃ t≥150
主要用途 发电、烘干 工业利用、烘 干、发电、制 冷
4.
地热流体
• 一般应测定地热流体的化学成分、同位素组成、 一般应测定地热流体的化学成分 同位素组成、 化学成分、 有用组分以及有害成分等 有用组分以及有害成分等。分析地热流体与大 气降水、地表水和常温地下水的关系， 气降水、地表水和常温地下水的关系，查明地 热流体的来源及其补给 储集、运移、 来源及其补给、 热流体的来源及其补给、储集、运移、排泄条 对高温地热田还应查明地热流体的相态 相态、 件；对高温地热田还应查明地热流体的相态、 地热并排放的汽水比例 蒸汽干度、 汽水比例、 地热并排放的汽水比例、蒸汽干度、不凝气体 成分， 成分，为地热资源开发利用与环境影响评价提 供依据。 供依据。
三、地核的温度 肯尼迪假说， 博齐假说
图3 普端斯和西弗尔推断的地球内部温度分布
图4
斯梅斯洛夫综合的地球内部温度分布曲线
地球的热历史
两种假说： ①高温起源说 ②地温起源说
第六节 地热能源的综合利用