[科普中国]-地热田

构成

无论经历了多么长的历史时期以及多么复杂的地质过程，地热的热量能够富集在一起，和其他矿产一样若能构成一个“田”，就必须具备三个要素。即：有大量热输出的天然热源、有渗通性良好的热储层(含水层)和致密的盖层。

1、热源。

一般公认热源是地壳里发生的岩浆侵入活动，其深度通常在7~15km，其温度约在600-900℃。当前，世界各地所有著名的“商业性开发”热田都位处中新世到第四纪有过火山活动或现在仍然有火山活动的地区。有的热田如日本、墨西哥中部分布的热田，实际上就位于或者接近于火山，但另有一些热田，如意大利的拉德瑞罗与近代火山活动中心没有直接的区位联系，尽管如此，拉德瑞罗热田还是位于巨大的第勒尼安火山的北部范围内。因此，蒸汽田不是位于活火山区就是位于休眠火山区。

在活火山区，岩浆通过深大断裂系统侵人地表。简单地说，坚硬岩石的断裂为上升岩浆流提供了通道，而塑性岩石如黏土等则可能通过重力作用流入断层空隙，并从上方使之封闭。岩浆侵入的能量足以穿透坚硬岩石中的断层系统，但它不能穿透塑性岩石构成的覆盖层。在这种情况下，岩浆可能侵入至坚硬岩石与塑性岩石间的交接面而止步。这种潜火山作用可能在没有近代火山活动的地区发生，同时更有可能在巨厚层塑性岩层的构造单元中，如浊流岩系（复理岩、硬砂岩）中发现，拉德瑞罗和盖瑟尔斯两个主要的干蒸汽田均属此状。

岩浆侵入而未形成现代喷发活动，在酸性岩火山区普见，也可能在基性岩火山区出现。这样的岩浆侵入为位于火山之上或其附近的中部热田提供了热源。

2、储热层(简称热储)。

能够富集和储存地热能，并使载热流体做对流运动的地下场所。如果储存的热流体为蒸汽，则称蒸汽储，如果是热水，则可称热水储。热储的底部就是加热带的顶部。加热带一般都是具有强大而持续的传导热流为补充源。

任何透水的岩性均可作为良好的地下热储，岩石类型并不存在专属性。盖瑟尔斯热储层是具有裂隙透水性的硬砂岩；拉德瑞罗热田是具有岩溶透水性的碳酸盐岩；怀拉开热田是上覆有流纹岩及浮石角砾岩的裂隙熔结凝灰岩；大岳热田是透水的火山凝灰岩等。

3、盖层。

指储热层或含水层之上所覆盖的不透水或弱透水岩层，它在热田构成中主要起隔热隔水的圈闭作用。所有产出蒸汽的地热田都有盖层，有的热田盖层由原生的不透水层构成，如怀拉开热田的休卡湖相的构造，塞罗普列埃托热田的三角洲黏土等。也有一些热田原来无盖层，经过长期的水热活动，使上覆松散的沉积物发生水热蚀变，或热水所含的矿物质发生沉淀，使松散沉积物转变为不透水的泉胶岩层，形成自我封闭的盖层。1

形成原因地热田的形成是经过一系列的地质作用，诸如火山作用、岩浆活动、断裂活动及沉积作用等因素综合影响的结果，同时也受地质、水文地质、地球热状态等因素的控制。

地热田形成特征和条件分布在环球地热带的所有地热田，在形成过程中都具有很多共性特征及条件，那就是：

(1)地热田的浅部，存在着正在冷却的火山物质和侵入的岩浆体等，构成热田强大的热源；

(2)地热田的表部，有致密的火山岩等或塑性岩石所形成具有很强的隔热保温盖层书；

(3)盖层之下具有透水性良好的孔隙、裂隙或岩溶热储；

(4)基底有裂隙发育的构造断裂带，为地下热水和地热蒸汽上升运移提供良好通道；

(5)地热田所在地区的热流和地温梯度都明显高于地壳的平均值，一般要高出几倍，甚至十几倍；

(6)地热田泄漏区出露的水热活动不仅温度高而且强烈，大量的沸泉、喷气孔、硫质气孔、间歇泉、冒汽地面、沸泥塘以及硅质泉华、强烈水热蚀变现象于泉区内普见；

(7)地热田的水质主要为氯化物及硫酸盐型，并富含硅酸、氟以及偏硼酸、砷，锂等元素为特征。气体组分主要以二氧化碳和硫化氢为主，个别有甲烷存在。大部分热水水质的酸碱度呈酸性或强酸性反应。物质组分主要来源于水一岩反应中的溶滤作用及热力变质作用，也有来自上地幔的喷气作用；

(8)根据氢氧同位素测量的地球化学证据，证实地热储中至少有90%的水是来源于大气降水，当然也不排除为量不多的岩浆蒸汽穿过基岩的断裂和裂隙渗入到储热层来，这一部分水的含量不超过5%；

(9)伴生矿床及现代成矿作用主要有汞、硫磺、黄铁矿、辉锑矿等。

分类地热田有热水田、湿蒸汽地热田、干蒸汽地热田等之分。

1、热水田

热水田属水热型地热田，产出非饱和态地下热水的地热田，为含有温度60~100℃的热水储地热田。这类热田中的增温梯度变化范围，可从正常的每公里33℃到正常值的两倍或更高。热水田的地质情况与冷的地下水系统很相似，其不同之处在于前者是靠地热梯度值增温成热水。热水田有封闭型(自流型)，也有开放型(没有盖层)。低温热水田十分普遗。值得从事生产性开发研究的地区所具备的条件应是:

(1)深度小于2000m，水温至少60℃。热水储层大的地区；

(2)热流值至少在2.2HFU(约高于全球平均值1. 5HFU的60%)；

(3)单井涌水量大。

2、湿蒸汽地热田

湿蒸汽地热田属水热型热田，即高温热水田或以液态水为主的热田。热田一般含有的承压热储的水温超过100℃，是适于经济开发最一般的热田。

目前世界上已经进入商业开发的新西兰怀拉开、墨西哥塞罗普列埃托、冰岛的雷克雅未克地区、美国索尔顿湖、日本大岳等均属这类热田。当高温热水从钻井中上升到地面时，其压力迅速下降，一部分热水扩容汽化成蒸汽，因此井口流体将是处于饱和状态下的水占优势的汽水混合物。不同热田的汽水比各异，甚至同一热田内的生产井比例也不一样，具体取决于深部流体的焓和井口的压力。湿蒸汽田主要用于发电。

3、干蒸汽地热田。

又称干饱和蒸汽地热田或简称干汽田。系指在井口产出压力超过大气压的不含液态水的干饱和蒸汽地热田。湿蒸汽热田经历大规模开采后，由于压力漏斗形成，在含水层的顶部往往形成扩容空间，水面以上出现干饱和蒸汽，在这种情况下，湿蒸汽田便转变为干蒸汽热田。

目前，被开发的有拉德瑞罗(意大利)、盖瑟尔斯(美国)以及松川(日本)等热田均属此类型。这类热田也主要用于地热发电。2

全球地热田资源的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。就全球来说，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。环球性的地热带主要有下列4个：

（1）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。

（2）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。世界第一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。

（3）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。

（4）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。

我国的地热田资源中国开发利用地热田的有台湾、西藏、云南、广东、北京、天津、河北等地。其中西藏羊八井地热田所释放的能量高达10000千卡/秒，温度140—172℃，最大蒸气田的热显示区达21万平方公里，发电10000千瓦，已成为拉萨的稳定电源。

1988年元月，中国地矿部门又在西藏拉萨附近的羊应乡打出了201.8℃、工作压力为9.1个大气压的高温地热流体井，单井发电潜力高达5000—6000千瓦，是中国迄今打出的第一眼超过200℃的高温地热井。羊应乡地热田距羊八井西南45公里，海拔4500米。西藏地处欧亚板块和印度板块的碰撞边界，岩浆活动、地震活动和水热活动十分强烈，形成了世界著名的喜马拉雅地热带。

羊应乡大于200℃地热流的勘探成功，不仅为西藏能源建设提供了一个新的后备基地，而且也是整个“地中海——喜马拉雅地热带”地球科学研究的重要突破。它将促使科学家们重新认识喜马拉雅地热带中地热系统的机制，揭开地热田内部活动的奥秘。

河北怀来县后郝夭地热田也已用来作为小型发电。京、津、唐平原地热资源也比较丰富，据统计，在50000平方公里；范围内圈定了四个热异常区，面积约6800平方公里；其中3000米以浅的地热资源总量为1.2兆千卡，相当171亿吨标准煤的能量，而2000米以浅为0.72兆千卡，相当102亿吨标准煤的能量。

牛驼凸起、雄县、新城、固安、永清一带（均位于京、津、唐平原的中部）530—2000米的深度内，单井出水量达400—1000立方米/日以上，水温70—85℃。地下热水一般可分为五级，即：极高温（>100℃）、高温（80—100℃）、中高温（60—80℃）、中温（40—60℃）、低温（25—40℃）。2