1、地 热 学1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。2研究意义:研究地球深部，地球动力学，地球起源区域地质，构造地质，地震成因资源（地热，油气，矿物），环境3地热学常用物理量1.温度：55 273.15(32)273.1599kCFRTTtt2.热量：3.热流量：表示单位时间内通过地球表面流出的热量 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 QW/Qt(/)qA n 4岩石热物理性质1.热导率（）：表示传热物质的属性qkgradT 2.比热容（C）：单位质量的物质温度升高一度所吸收的热量。3.热扩散率（D）：热导率与密
2、度和定压质量热容乘积的比值 4.生热率（A）：QCmt kDcQAVt5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热对流流体各部分相对位移热量转换热辐射不需电磁波形式发射6一、热传导20TckTAt基本方程：7二、热对流基本定律：牛顿冷却定律形式：自然对流，强迫对流 3热传导+热对流方程：20ATkTv Ttcc 8三、热辐射大于绝对零度物体皆可，电磁波形式规律：大部分为红外光，少部分为可见光9第三节 地球热能源与损耗一、地球热能源：（一）外部热源：1.太阳辐射热 2.潮汐摩擦热 3.其他：宇宙射线，陨石坠落（二）内部热源：1.放射性衰变热
3、：2.重力分异热：3.其他：地球转动热，外成生物作用热，地球残余热10二、地球热损耗：1.大地热流向地表传递2.火山热损耗3.温泉、地热的热损耗4.地震11三、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。12第四节 地壳的内热及属性一、地表热场（大地热流密度）dTqkdz 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。2.热流测量:-实验室测得；-实测；kdTdz13图1 地面热流分布图14地球内部的热物理参数岩石导热系数或热导率/QSl 岩石热阻系数或热阻率岩石比热岩石温度传导系数或温度传导率1QCPtaC15二、地壳热属性各种岩石的热导
4、率岩石密度、含水量与热导率温度与热导率压缩与热导率，比热与热扩散率16三、地表热场（热流密度）分布规律：强烈的区域性171.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：基本特点：古老稳定地区，热流值低；年轻活动性强地区，热流值高。18第五节地球内部温度分布19一、地壳温度地壳浅层温度：恒温带，增温带 影响因素：太阳辐射，地球内部热传递，地形，水文。地壳深层温度 影响因素：放射热源 形式：热传导20二、地幔的温度形式：热对流，热辐射研究方法：计算法实验法求取电导率，转为温度岩石学研究21图2 一条横贯欧
5、洲的温度深度剖面图22三、地核的温度肯尼迪假说，博齐假说23图3 普端斯和西弗尔推断的地球内部温度分布24图4 斯梅斯洛夫综合的地球内部温度分布曲线25地球的热历史两种假说：高温起源说地温起源说26第六节 地热能源的综合利用27一、地热资源概念一、地热资源概念 地热资源是指在当前技术经济和地质环境地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。量及其伴生的有用组分。地热资源按其在地下的赋存状态，可以分地热资源按其在地下的赋存状态，可以分为水热
6、型、干热岩型和地压型地热资源；为水热型、干热岩型和地压型地热资源；其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸其中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。汽型和热水型地热资源。28 从技术经济角度，目前地热资源勘查的深从技术经济角度，目前地热资源勘查的深度可达到地表以下度可达到地表以下5000m，其中，其中2000m以以浅为经济型地热资源，浅为经济型地热资源，2000m至至5000m为为亚经济型地热资源。亚经济型地热资源。总体上我国是以中低温地热资源为主。资总体上我国是以中低温地热资源为主。资源总量为；可供高温发电的约源总量为；可供高温发电的约5800MW以以上，可供中低温直接利用的约上
7、，可供中低温直接利用的约2000亿吨亿吨标标煤当量以上。煤当量以上。29二、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：大于大于150150的高温地热资源带主要出现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。带，板块开裂部位和现代裂谷带。小于小于150150的中、低温地热资源则分布于的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。地区。30中国大地热流的分布特征 图5 中国大陆11网格平均热流值分布图 （引自陈墨香等，1994）31
8、三、成因类型三、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321现（近）代火山型 现（近）代火山型地热资源主要分布在台湾现（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。腾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冲火山高温地热区是印度板块与欧亚板块碰撞的产物。台湾大屯火山高温地热区属于太撞的产物。台湾大屯火山高温地热区属于太平洋岛弧之一环，是欧亚板块与菲律宾小板平洋岛弧之一环，是欧亚板块与菲律宾小板块碰撞的产物。在台湾已探到块碰撞的产物。在台湾已探到293高温地高温地热流体，并在靖水建有装机热流体，并在靖水建有
9、装机3MW地热试验电地热试验电站。站。332岩浆型 在现代大陆板块碰撞边界附近，埋藏在地表以下610km，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15002000m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。343断裂型 主要分布在板块内侧基岩隆起区或远离板块边界由断裂形成的断层谷地、山间盆地，如辽宁、山东、山西、陕西以及福建、广东等。这类地热资源的成生和分布主要受活动性的断裂构造控制，
10、热田面积一般几平方公里，甚至小于1平方公里。热储温度以中温为主，个别也有高温，单个地热田热能潜力不大，但点多面广。354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。36四、温度分级与规模分类四、温度分级与规模分类 根据地热勘查国家标准GB1161589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
11、潜力主要体现在具体地热田的规模大小。37地热资源温度分级 温度分级温度t界限主要用途高温t150发电、烘干中温90t150工业利用、烘干、发电、制冷热水60t90采暖、工艺流程温热水40t60医疗、洗浴、温室温水25t40农业灌溉、养殖、土壤加工38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503050100中型10-503010-50100小型10301010039五、地热田地质勘查研究程度要求 1.地热田地质地热田地质 a.a.研究地热田的研究地热田的地层、构造、岩浆地层、构造、岩浆(火出火出)活动活动及地热显示及地热显示等特
12、点，以阐明控制地热田的地质等特点，以阐明控制地热田的地质条件，确定条件，确定热储、益层、导水和控热构造。热储、益层、导水和控热构造。b.b.对于受断裂按制的地热田，要着重研究对于受断裂按制的地热田，要着重研究断裂断裂的形态、规模、产状、组合配套关系的形态、规模、产状、组合配套关系等特点，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。40 c.c.对于层控的地热田，应详细划分地层，确定对于层控的地热田，应详细划分地层，确定地层时代，区分储层和盖层。着重研究地层时代，区分储层和盖层。着重研究热储结热储结构、热储的岩性、厚度及其分布范围，以及热构、热储的岩性、厚度及其分布范围，以及热储
13、的孔隙、裂隙或岩溶发育情况储的孔隙、裂隙或岩溶发育情况等影响地热流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.d.对地热田的外围有关地区应进行必要的地质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。探索地热田调查和地球物理、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。412.2.地温场 查明地热田内的查明地热田内的地温及地温梯度地温及地温梯度的空间变化，的空间变化，圈定地热圈定地热异常范围、计算热流密度，推算热异常范围、计算热流密度，推算热储温度储温度，并对地热异常的，并对地热异常的成
14、因、热储结构特成因、热储结构特征、控热构造征、控热构造及可能存在的及可能存在的热源热源做出合理的做出合理的分析推断。分析推断。423.3.热储热储 查明热储查明热储分布面积、岩性与厚度变化、埋深及分布面积、岩性与厚度变化、埋深及边界条件边界条件，查明热储结构、各热储间的关系及，查明热储结构、各热储间的关系及热储内的热储内的渗透性能渗透性能、地热流体的、地热流体的温度、压力、温度、压力、产量及其变化规律产量及其变化规律，测定热储的，测定热储的孔隙率、渗透孔隙率、渗透系数、传导系数、给水度系数、传导系数、给水度(弹性释水系数弹性释水系数)和压和压缩系数缩系数等，为储量计算提供依据。等，为储量计算提
15、供依据。434.4.地热流体地热流体 一般应测定地热流体的一般应测定地热流体的化学成分、同位素组成、化学成分、同位素组成、有用组分以及有害成分有用组分以及有害成分等。分析地热流体与大等。分析地热流体与大气降水、地表水和常温地下水的关系，查明地气降水、地表水和常温地下水的关系，查明地热流体的热流体的来源及其补给、储集、运移、排泄条来源及其补给、储集、运移、排泄条件件；对高温地热田还应查明地热流体的；对高温地热田还应查明地热流体的相态相态、地热并排放的地热并排放的汽水比例汽水比例、蒸汽干度蒸汽干度、不凝气体不凝气体成分成分，为地热资源开发利用与环境影响评价提，为地热资源开发利用与环境影响评价提供依
16、据。供依据。445.5.勘查三阶段勘查三阶段（1 1）普查阶段普查阶段 a.a.主要是寻找主要是寻找地热异常区地热异常区或对已发现的地热异常区或对已发现的地热异常区开展地热地质普查。开展地热地质普查。b.b.初步查明初步查明地热田及其外围的地层、构造、岩浆地热田及其外围的地层、构造、岩浆(火火山山)活动情况活动情况，研究它们与地热显示、地热异常的关，研究它们与地热显示、地热异常的关系，推断地热田的系，推断地热田的热储、盖层、导水和控热构造热储、盖层、导水和控热构造。c.c.初步查明地热田的初步查明地热田的地表热显示特征地表热显示特征，测定地热流，测定地热流体的体的天然排放量及其化学成分天然排放
17、量及其化学成分，估算地热田的，估算地热田的热储温热储温度度和地热田的和地热田的天然热流量天然热流量，初步圈定地热异常的，初步圈定地热异常的范围范围，提出提出热储概念模型热储概念模型。d.d.探求探求D+ED+E级储量，估价地热田开发利用前景。提交级储量，估价地热田开发利用前景。提交普查报告，为是否须进行详查工作提供依据。普查报告，为是否须进行详查工作提供依据。45（2）详查阶段 a.a.在初步查明地热田的地球化学场、地球物在初步查明地热田的地球化学场、地球物理场及热储边界条件的基础上，对地热田是否理场及热储边界条件的基础上，对地热田是否具有开发价值以及近期内能否被开发利用，进具有开发价值以及近
18、期内能否被开发利用，进行详查工作。行详查工作。b.b.基本查明地热田及其外围的地层、构造、基本查明地热田及其外围的地层、构造、岩浆活动情况，初步查明地热田内的断裂及其岩浆活动情况，初步查明地热田内的断裂及其产状、各地层的孔隙、节理裂隙、岩溶及水热产状、各地层的孔隙、节理裂隙、岩溶及水热蚀变发育情况，划分热储、盖层、导水与控热蚀变发育情况，划分热储、盖层、导水与控热构造。构造。46 c.c.基本查明地热田内基本查明地热田内地温及地温梯度地温及地温梯度和和空间变化空间变化，进，进一步圈定地热一步圈定地热异常的范围异常的范围，计算，计算热储温度热储温度，分析推断，分析推断地热异常的地热异常的成因成因
19、。d.d.基本查明热储的基本查明热储的岩性、厚度、埋深及其边界条件岩性、厚度、埋深及其边界条件，各热储内地热流体的各热储内地热流体的温度、压力、产量及其变化关系温度、压力、产量及其变化关系，热储的热储的孔隙率孔隙率及及渗透性能渗透性能，圈定地热流体，圈定地热流体富集地段富集地段。e.e.基本查明热储中地热流体的基本查明热储中地热流体的相态相态、地热井排放的、地热井排放的汽汽水比例水比例、地热流体的、地热流体的化学成分化学成分、有用组分有用组分和和有害成分有害成分以及地热流体的以及地热流体的补给、运移、排泄条件补给、运移、排泄条件。建立热储理。建立热储理论参数模型。论参数模型。f.f.探求探求C
20、 C十十D D级储量，提交详查报告，为地热田开发级储量，提交详查报告，为地热田开发总体规划和是否转入勘探阶段提供依据。总体规划和是否转入勘探阶段提供依据。47（3 3）勘探阶段勘探阶段 a.a.一般应在经过详查工作证实具有开发价值的基础上一般应在经过详查工作证实具有开发价值的基础上进行，主要是对地热田开发经济效益高的地热流体富进行，主要是对地热田开发经济效益高的地热流体富集地段进行勘探。集地段进行勘探。b.b.详细查明地热田内的地层、构造、岩浆详细查明地热田内的地层、构造、岩浆(火山火山)活动活动和水热蚀变等特点。基本查明热储、导水、控热构造和水热蚀变等特点。基本查明热储、导水、控热构造的空间
21、展布及其组合关系。的空间展布及其组合关系。c.详细查明地热流体特征，包括地热流体在热储中的详细查明地热流体特征，包括地热流体在热储中的相态、温度、地热井排放时的汽水比例、蒸汽干度、相态、温度、地热井排放时的汽水比例、蒸汽干度、流体化学成分和同位素组成。阐明地热流体中不同用流体化学成分和同位素组成。阐明地热流体中不同用途的有用组分和有害成分、地热流体的来源、补给、途的有用组分和有害成分、地热流体的来源、补给、径流排泄条件以及地热流体运移过程中可能出现的相径流排泄条件以及地热流体运移过程中可能出现的相变和与冷水混合过程。变和与冷水混合过程。48 d.详细查明地热田内的详细查明地热田内的地温、地温梯
22、度地温、地温梯度及有关及有关物性参物性参数的空间分布及其变化规律数的空间分布及其变化规律。详细圈定地热流体的富。详细圈定地热流体的富集地段。集地段。e.详细查明地热田的详细查明地热田的热储结构热储结构，各热储的，各热储的分布面积、分布面积、厚度、产状、埋深及边界条件厚度、产状、埋深及边界条件，各热储内地热流体的，各热储内地热流体的温度、压力、产量的变化规律及各热储的相互关系温度、压力、产量的变化规律及各热储的相互关系。实测各项储量计算参数，实测各项储量计算参数，建立热储参数模型建立热储参数模型。探求。探求B+C级储量，提出合理开发方案并作出环境影响评价，级储量，提出合理开发方案并作出环境影响评价，提交勘探报告，为地热田开发利用提供依据。提交勘探报告，为地热田开发利用提供依据。49 地热学结束地热学结束50
