第五章 地?zé)崮芘c可燃冰

第五章地?zé)崮芘c可燃冰1內(nèi)容提要地球上的地?zé)犸@示地球是龐大的熱庫中國地?zé)豳Y源豐富多彩如何找地?zé)豳Y源地?zé)豳Y源的利用中國地?zé)豳Y源利用現(xiàn)狀地?zé)豳Y源的保護(hù)可燃冰25.1地球上地?zé)岬娘@示（地?zé)岬谋憩F(xiàn)形式）5.1.1溫泉1）溫泉形成的三大要素?zé)嵩?、水源和地下與地面之間的通道2）溫泉的醫(yī)療效應(yīng)溫?zé)嶙饔?，靜壓作用，浮力作用，化學(xué)元素的作用（碳酸、碳酸氫根，硅酸鹽，氡氣，硫化氫，硫磺，硫酸根等）3）間歇性噴泉冰島大噴泉，美黃石公園老實(shí)泉，新西蘭地?zé)岢橇_托魯阿。5.1.2

水熱爆炸1）水熱爆炸的內(nèi)外因出現(xiàn)在高溫水熱區(qū)域內(nèi)，爆炸源的埋深很淺，爆炸區(qū)域地下熱儲溫度2000C左右2）發(fā)生水熱爆炸的國家地區(qū)

很少，只有中國（西藏，云南，臺灣等）、美國、冰島、日本、新西蘭和意大利等。35.1地球上地?zé)岬娘@示-地?zé)岬谋憩F(xiàn)形式5.1.3泉華1）泉華的形成溶解有礦物質(zhì)和礦物鹽的地下熱水和蒸汽，上升到地表形成化學(xué)沉淀物。它反應(yīng)泉水的化學(xué)成分，水熱系統(tǒng)深部和上行通道的重要地址、地球化學(xué)、地溫梯度等信息。2）泉華分類硫華、硅華（有的會形成玉髓，石英，瑪瑙等）、鈣華和鹽華。3）我國的泉華景色云南的蛤蟆嘴、獅子頭、泉華蘑菇等5.1.4水熱蝕變

1）水熱蝕變的形成高溫?zé)崴蛘羝貥?gòu)造運(yùn)動形成的通道運(yùn)移過程中，與圍巖巖體互相作用所產(chǎn)生的一系列復(fù)雜的重結(jié)晶、溶解和沉淀等相應(yīng)反應(yīng)，如熱水失去一些鉀，得到一些鈣，則圍巖發(fā)生方解石化，白云巖化，高嶺石化，沸石化等。45.1地球上地?zé)岬娘@示-地?zé)岬谋憩F(xiàn)形式5.1.5火山噴發(fā)1）火山的類型活火山、休眠火山、死火山之分。2）火山噴發(fā)的能量一次猛烈的火山噴發(fā)所釋放出的能量，比氫彈或者原子彈的爆炸釋放的能量大幾十甚至上百倍。55.2

地球是龐大的熱庫5.2.1

地球內(nèi)部的溫度1）地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)地殼、中間層和地核2）地球內(nèi)部的溫度分布變溫帶：地表的最上層部分，隨著日、季節(jié)、年及世紀(jì)而變化。常溫帶：變溫帶以下，溫度的變化幅度小于觀測誤差。

增溫帶：受地球內(nèi)部熱能影響的地帶，隨深度增加而增高。5.2.2地球內(nèi)部和外部熱源

1）地球的外部熱源太陽輻射熱：潮汐摩擦熱：月球、太陽對地球的吸引而釋放的熱量，約2x109J/a2）地球內(nèi)部熱源放射性衰變熱：地球內(nèi)部巖石和礦物中具有足夠豐度、生熱率較高、半衰期與地球年齡相當(dāng)?shù)姆派湫栽厮プ儠r(shí)產(chǎn)生的巨大能量。主要有鈾、釷和鉀等。地球轉(zhuǎn)動熱外成-生物作用熱（化學(xué)反應(yīng)熱）地球的殘余熱、地球物質(zhì)重力分異以及人類經(jīng)濟(jì)活動產(chǎn)生的熱。

65.3

中國地?zé)豳Y源豐富多彩5.3.1

地?zé)豳Y源的范圍1）地?zé)徇^程的全部產(chǎn)物天然蒸汽、熱水和熱鹵水2）人工鉆取的產(chǎn)物地?zé)釤醿χ械乃饣蚱渌黧w所產(chǎn)生的二次蒸汽和其他氣體、熱水和熱鹵水。3）上述產(chǎn)物帶出的副產(chǎn)品

與地?zé)崃黧w相伴生，并能夠?yàn)榱黧w所帶出的價(jià)值又比較高的礦物質(zhì)。5.3.2我國地?zé)豳Y源分布1）高溫地?zé)豳Y源分布喜馬拉雅地?zé)釒В簩俚刂泻５責(zé)釒У闹匾M成部分臺灣地?zé)釒В禾窖蟀鍓K和歐亞板塊的邊界2）地溫地?zé)豳Y源分布

a.板內(nèi)構(gòu)造隆起區(qū)東南沿海（太平洋與歐亞板塊交接帶），福建、廣東、海南等膠遼半島地?zé)釒?/p>

b.大陸構(gòu)造沉降區(qū)大型盆地，華北盆地、松遼盆地、塔里木盆地、四川盆地等。

75.3

中國地?zé)豳Y源豐富多彩5.3.3

中國地?zé)豳Y源的評價(jià)1）地?zé)嵯到y(tǒng)的分類

>1500C為高溫地?zé)嵯到y(tǒng)，90-1500C中溫,<900C地溫地?zé)嵯到y(tǒng)2）評價(jià)指標(biāo)地?zé)豳Y源基數(shù)：存在于某一特定地區(qū)之下的地殼里所含有的全部熱能起算的溫度為這個(gè)地區(qū)的多年年平均溫度?？砷_采地?zé)豳Y源底數(shù)：一部分賦存深度比較淺的熱能。井口有用功：

H,H0井口和尾水排放時(shí)焓值5.3.4我國地?zé)豳Y源量地?zé)豳Y源潛力占世界的7.9%我國地?zé)豳Y源儲量分布地區(qū)發(fā)電潛力/MW30a熱能量/億噸標(biāo)準(zhǔn)煤喜馬拉雅地帶5818-華北盆地-13鄂爾多斯盆地-2.28蘇北盆地-1.6松遼盆地-1.2685.4

如何找地?zé)豳Y源5.4.1

地?zé)豳Y源的標(biāo)志1）地名掛以溫泉、溫湯、湯山、熱水、熱泉、藥泉等字樣的。2）植物生態(tài)的標(biāo)志不同水質(zhì)水溫的地下水對植物生長有顯著影響。3）雪地中的綠洲

4）地方性病癥

5.4.2地質(zhì)-水文地質(zhì)調(diào)查1）地質(zhì)構(gòu)造控制是尋找地下熱水的關(guān)鍵具有開啟型的張性和張扭性斷裂構(gòu)造與地下熱水的賦存有直接關(guān)系。而擠壓和壓扭性斷裂構(gòu)造則是一個(gè)理想熱田應(yīng)有的隔水、隔熱條件。2）地層剖面的透水與不透水層、巖層化學(xué)成分、巖石蝕變和地下熱水礦物沉積特征等3）地震活動、地貌、第四紀(jì)地質(zhì)研究

第四系含水層劃分95.4

如何找地?zé)豳Y源5.4.3

地球化學(xué)勘探1）水文地球化學(xué)法圈定地?zé)岙惓^(qū)地下熱水不同于普通水的化學(xué)成分和氣體組成。2）利用汞指示元素圈定地?zé)岙惓^(qū)地?zé)釁^(qū)土壤中汞蒸汽含量級為10-12（pg）,而普通土壤中為10-9（ng）。另外含有氯離子的熱水溶解硫化汞的能力增大百倍以上。3）利用地球化學(xué)地?zé)釡貥?biāo)預(yù)測地下熱儲溫度地球化學(xué)溫標(biāo)：與地下熱儲溫度相關(guān)的熱水化學(xué)組分濃度或濃度比值SiO2地?zé)釡貥?biāo):地?zé)崃黧w中二氧化硅含量主要取決不同溫度、壓力條件下石英在水中的溶解度。鈉-鉀地?zé)釡貥?biāo)：水溫與Na/K摩爾比有關(guān)同位素地?zé)釡貥?biāo)：同位素分餾平衡與溫度的相關(guān)關(guān)系，一般用水和水溶硫酸根離子間的氧同位素分餾。

105.4

如何找地?zé)豳Y源5.4.4

地球物理勘探1）地表淺孔測溫

2）電法測量地下深處的電阻率，所測取的電阻率的變化與所探尋的埋藏于地下的熱流體的性質(zhì)有直接的聯(lián)系。3）重力勘探巖石的密度和產(chǎn)狀的不同，使大地重力正常場形成這樣或那樣的畸變，因而可以利用重力來探測地下地質(zhì)構(gòu)造，從而尋找地下熱水。4）微地震觀測5.4.5鉆探可獲得三個(gè)信息：從鉆井的巖屑和巖心中獲得地質(zhì)信息從回流的泥漿溫度與泥漿流量可獲得地下溫度信息從循環(huán)鉆液漏失量的多少克獲得巖層滲透率的信息115.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.1

世界地?zé)豳Y源的利用1）意大利世界上第一個(gè)利用地?zé)岚l(fā)電的國家，1904年2）美國地?zé)嵫b機(jī)和地?zé)岚l(fā)電量在全球獨(dú)占鰲頭。3）冰島首批利用地?zé)徇M(jìn)行采暖的國家，全球利用地?zé)嶙顝V泛的國家，地?zé)嵴颊麄€(gè)國家能源利用總量的55%。水電16%，石油26%，煤3%2003年聯(lián)合國把冰島列為3個(gè)最適合人類居住的國家之一冰島也是全球第二長壽國家5.5.2地?zé)岚l(fā)電1）地?zé)嵴羝l(fā)電

2）地?zé)崴l(fā)電減壓擴(kuò)容法：利用抽真空裝置，使進(jìn)入擴(kuò)容器的地下熱水減壓汽化，擴(kuò)容蒸汽再帶動汽輪機(jī)做功發(fā)電。

利用低沸點(diǎn)物質(zhì)：正丁烷、異丁烷等作為發(fā)電的中間介質(zhì)。125.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.2地?zé)岚l(fā)電2）地?zé)嵴羝l(fā)電利用背壓式汽輪機(jī)循環(huán)；利用凝汽式汽輪機(jī)循環(huán)：干蒸汽發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)、閃蒸蒸汽循環(huán)系統(tǒng)和雙元循環(huán)系統(tǒng)123背壓式汽輪機(jī)循環(huán)1-地?zé)峋?-凈化分離器

3-背壓式汽輪機(jī)過程：天然蒸汽首先經(jīng)過凈化分離器，除去蒸汽中挾帶的巖粉等固體雜質(zhì)后進(jìn)入汽輪機(jī)中膨脹作功，乏氣直接排往大氣。缺點(diǎn)：對含有（CO2、N2、H2S、O2等）嚴(yán)重污染環(huán)境。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行成本低135.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.2地?zé)岚l(fā)電2）地?zé)嵴羝l(fā)電利用背壓式汽輪機(jī)循環(huán)；利用凝汽式汽輪機(jī)循環(huán)：干蒸汽發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)、閃蒸蒸汽循環(huán)系統(tǒng)和雙元循環(huán)系統(tǒng)凝汽式汽輪機(jī)循環(huán)1-地?zé)峋?-汽水分離器3-汽輪機(jī)4-抽氣器5-冷凝器12345過程：蒸汽經(jīng)過清理，去掉內(nèi)含的泥沙后，用管道直接輸送到蒸汽渦輪機(jī)。由于地?zé)崽烊徽羝型ǔ稁в邢喈?dāng)多的不凝結(jié)氣體，它們隨蒸汽經(jīng)過汽輪機(jī)之后，往往積聚在凝氣器中，使汽輪機(jī)背壓升高，影響蒸汽的正常作功因此地?zé)崮诫娬径寂鋫溆斜瘸Ｒ?guī)火電站大的抽氣器。優(yōu)點(diǎn)：效率高缺點(diǎn)：管理要求高，系統(tǒng)復(fù)雜145.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.2地?zé)岚l(fā)電2）地?zé)嵴羝l(fā)電過程：由于天然蒸汽攜帶著各種雜質(zhì)和某些導(dǎo)致腐蝕的氣體，因此發(fā)電裝置的金屬設(shè)備會遭到CO2、H2S、O2等的強(qiáng)烈腐蝕，而某些鹽類還會引起蒸汽管道的結(jié)垢、腐蝕等，為此采用二次蒸汽循環(huán)。二次蒸汽循環(huán)1-地?zé)峋?-換熱器3-冷凝水罐4-汽輪機(jī)5-抽氣器6-冷凝器145623155.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.2地?zé)岚l(fā)電2）地?zé)崴l(fā)電閃蒸蒸汽系統(tǒng)閃蒸蒸汽循環(huán)系統(tǒng)a）熱水b）濕蒸汽1-地?zé)峋?-汽水分離器3-閃蒸器4-汽輪機(jī)5-冷凝器6-抽氣器13465124653165.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.2地?zé)岚l(fā)電2）地?zé)崴l(fā)電閃蒸蒸汽系統(tǒng)雙元循環(huán)系統(tǒng)1-地?zé)峋?-換熱器3-工質(zhì)泵4-汽輪機(jī)5-冷凝器14523175.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.3

地?zé)豳Y源直接利用1）地?zé)峁?/p>

采暖和生活用水2）地?zé)嵩诠I(yè)上的應(yīng)用造紙和木材的烘干紡織、印染、絲綢的熱水需求輕工業(yè)制鹽等地?zé)崃黧w中提取元素和礦物3）地?zé)嵩谵r(nóng)業(yè)上的應(yīng)用溫室種植

地?zé)狃B(yǎng)殖4）地?zé)嵩卺t(yī)療保健和旅游方面的應(yīng)用

陜西的華清池，北京的小湯山5）地?zé)釤岜?---高效節(jié)能的佼佼者固定投資：熱泵機(jī)組為6，燃?xì)鉃?，燃油鍋爐1.3，燃煤鍋爐為1運(yùn)行成本低：可在3.5年抵消多投入的設(shè)備費(fèi)（以燃油燃?xì)忮仩t參考）185.5

地?zé)豳Y源的利用5.5.3

地?zé)豳Y源直接利用5）地?zé)釤岜?---高效節(jié)能的佼佼者熱泵的制熱系數(shù)（COP）

2000年世界各國地?zé)釤岜美们闆r國家總裝機(jī)容量/MWt供熱量/GW.h/年美國48003334瑞士500550瑞典3771146加拿大360247德國344319195.6

中國地?zé)豳Y源利用現(xiàn)狀5.6.1

我國地?zé)豳Y源分布1）高溫地?zé)豳Y源（>1500C）藏南、川西、滇西和臺灣等2）中低溫資源全國各地5.6.2地?zé)岚l(fā)電世界屋脊上的一顆明珠----羊八井地?zé)岚l(fā)電站

1）地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)位于世界排名第14位

采暖和生活用水2）限制因素地?zé)岚l(fā)電熱源的制約：高溫?zé)嵩戳枯^少地?zé)豳Y源地理分布的制約：主要在偏遠(yuǎn)地區(qū)，輸電成本高地?zé)峥碧礁唢L(fēng)險(xiǎn)的制約：鉆探成井率低，耗資大地?zé)岚l(fā)電經(jīng)濟(jì)性：介于水力發(fā)電和火力發(fā)電之間205.6

中國地?zé)豳Y源利用現(xiàn)狀5.6.3

地?zé)嶂苯永矛F(xiàn)狀地?zé)岵膳娣e省份面積/萬平方米天津市900陜西200河北省100北京60山東60直接利用的示范----天津市蝶泉溫泉小區(qū)

年純收入186萬元等城市中的地?zé)嶂恰旖蚴?）地?zé)崦娣e大

占全市面積的77%2）供暖面積大地?zé)峁┡娣e達(dá)到全市總建筑面的1/10南方絲綢之路上的博物館—云南騰沖地?zé)崤c火山1）中國溫泉之鄉(xiāng)

2）將騰沖建設(shè)成世界級的地?zé)峄鹕焦珗@

215.7

地?zé)豳Y源的保護(hù)5.7.1

地?zé)崂卯a(chǎn)生的效應(yīng)1）熱儲壓力衰減

2）熱田內(nèi)的地面運(yùn)動效應(yīng)

具有強(qiáng)烈的垂直方向和水平方向運(yùn)動，關(guān)閉電站后，運(yùn)動時(shí)可逆的。例如新西蘭的懷拉基熱田

3）水熱爆炸

流體的連續(xù)抽去，造成地下水位的下降，形成天然擴(kuò)容空間，從而誘發(fā)爆炸。例如：西藏羊八井，曾報(bào)廢3口生產(chǎn)井5.7.2地?zé)崂卯a(chǎn)生的次要開發(fā)效應(yīng)1）處置廢氣產(chǎn)生的大氣污染

NO2,CO2,H2S,CH42）排放廢熱產(chǎn)生的熱污染，以及廢水所溶解的鹽類的造成的化學(xué)污染

Hg，鐳，硼等以及鹽類包括氟、砷、氯等。

225.7

地?zé)豳Y源的保護(hù)5.7.3

地?zé)峄毓嗍潜Ｗo(hù)資源的有效措施1）地?zé)峄毓嗄康臏p緩地?zé)嵛菜欧艑ι鷳B(tài)環(huán)境影響改善或恢復(fù)熱儲產(chǎn)熱能力保持熱儲儲層壓力2）回灌存在的問題

回灌井過近引起開采井的溫度或產(chǎn)氣量回灌堵塞問題，例如SiO2

結(jié)垢等5.7.2地?zé)崂卯a(chǎn)生的次要開發(fā)效應(yīng)1）處置廢氣產(chǎn)生的大氣污染

NO2,CO2,H2S,CH42）排放廢熱產(chǎn)生的熱污染，以及廢水所溶解的鹽類的造成的化學(xué)污染

Hg，鐳，硼等以及鹽類包括氟、砷、氯等。