[科普中国]-水热系统

传热机制

在水热系统中，主要传热方式是对流。对流运动使系统上部的温度升高，使加热带的温度下降。水热对流运动明显地干扰热传导作用产生的地热梯度。在水热系统中，近地表处的地热梯度往往很高，但随着深度的增加将很快地下降，一直达到水热系统的基底温度为止。

组成水热系统是由水源(包括初生水、岩浆水以及大气环流水等)、热源、热储层、冷热水环流通道以及在其中作对流循环的地热流体所构成的体系。2

分类根据水在对流系统中存在的状态，可以把水热对流系统分为五种类型。下图是水的沸腾曲线图。在地下，水的沸腾温度随着深度的加深而增加，曲线的位置就是地下某个深度发生沸腾的地方。在曲线的下方，水以液态方式存在，在曲线上方，水以气一液两相状态存在。

温水系统有的水热系统无论在地表，还是在深部，水都是以液态存在，也就是说不可能发生沸腾，这种水热系统就称为温水系统。世界上绝大部分温泉都可能是属于这种温水系统。它是在缺少年轻火成侵入体地区所发育的环流系统，它可以由大气降水在传导区域热流机制下的深循环过程产生。

形成这种系统的先决条件是存在足以使水发生循环的高渗透率的断层或破碎带。热水的温度主要取决于区域热流量的大小和深循环的深度。

热水系统如果水在地下深处以热水形式存在，只是当它上升到地表附近时，才发生沸腾，这时在地表也有沸泉出露。但是，他们的沸腾深度很浅，常常只有十几米，有时也可深达数百米，但是仅发生在井管之中或热储层的顶部，整个热储层含有的还是液态的水，这种水热系统就称为热水系统。两者的差别在于后者出现于活火山附近。我国西藏羊八井地热田就是一个热水系统，其地下的沸腾深度，在热田南部仅有十多米，往北才逐渐加深。

两相系统如果地下沸腾带比较深，那么，储热层中不仅含有热水，也含有大量的水蒸气，这种水热系统就称为两相系统。在世界上许多已开发的高温地热田都属于两相系统。它们沸腾带的深度可达上千米深。沸腾带愈深，含水蒸气的量愈大。因此压力也比较大。沸腾带的深度不同，热田的特征也不同。

蒸气系统如果在储热层中所含的全部是干蒸汽，则可以称为蒸汽系统。目前，在世界上已确定的蒸汽系统为数不多，它们是意大利的拉德瑞罗(245℃)，美国的盖瑟尔斯(245℃)和印度尼西亚的卡瓦卡玛江。在235℃时的水蒸气具有最高的热焓值，达到669．8kCal/kg。另外，有人认为日本的松川地热田也属于这一类。

地压系统当沉积盆地具有深埋的、充满水的渗透层，它们被后来的细粒沉积物严密地封闭起来，渗透层埋得很深，可达4 000—5 000米，水温只有150℃～180℃，压力却极高，典型孔隙压力值大体等于100MPa，所以称为地压系统。在地压系统中的地热流体，除了含有大量的热能和机械能以外，还含有大量的甲烷。地压系统首先是在墨西哥湾勘探石油时发现的，目前还没有开发，主要是工程问题还没有解决。如果能解决的话，它们就会成为美国的重要地热资源。1