淺談地?zé)豳Y源的類型與開發(fā)利用

李心玉　張文國

摘要：地?zé)豳Y源是可為人們開發(fā)利用的地球熱能，是一項(xiàng)清潔可再生能源。本文分別從溫度、埋藏深度和賦存狀態(tài)劃分了地?zé)犷愋?，并介紹了地?zé)豳Y源在發(fā)電、直接利用和淺層地溫能方面的開發(fā)利用。合理、可持續(xù)開發(fā)利用地?zé)豳Y源不僅節(jié)約能源，對保護(hù)環(huán)境有著重要意義。

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源需求不斷增長，供需矛盾日益凸顯，人類開始尋求新型能源、發(fā)展清潔可再生能源，以改變嚴(yán)重依賴煤炭、石油等能源結(jié)構(gòu)。地?zé)豳Y源是與太陽能、風(fēng)能、潮汐能并列的一種清潔可再生能源，地?zé)豳Y源的合理開發(fā)和循環(huán)利用，不僅可以改善能源結(jié)構(gòu)，而且對保護(hù)全球環(huán)境有著至關(guān)重要作用。

1.地?zé)豳Y源概述

地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著巨大的熱能，如果這些熱能在巖漿、火山、構(gòu)造等地質(zhì)因素控制下向地殼一定范圍內(nèi)富集，并達(dá)到可開發(fā)利用的條件，便可成為地?zé)豳Y源。即地?zé)豳Y源是指在當(dāng)前技術(shù)條件下能夠?yàn)槿祟愰_發(fā)利用的地球內(nèi)部熱能，包括地?zé)崃黧w及其伴生的有用部分。

目前地?zé)豳Y源主要來源有三方面：一是地球內(nèi)部放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量；二是地球熔融巖漿加熱作用；三是太陽的熱輻射。

2.地?zé)豳Y源的類型

地?zé)豳Y源有多種分類方法，一般按溫度、埋藏深度、賦存狀態(tài)等可劃分為不同的類型。

2.1按溫度分

根據(jù)溫度，地?zé)豳Y源可分為高溫、中溫和低溫三類：其中高溫地?zé)豳Y源溫度大于等于150℃，中溫地?zé)豳Y源溫度小于150℃且大于等于90℃，以及低溫地?zé)豳Y源溫度小于90℃。

高溫地?zé)豳Y源主要出現(xiàn)在地質(zhì)活動性強(qiáng)的各大板塊邊，即如板開裂部分、板塊的碰撞帶等。著名的冰島地?zé)崽?，日本和新西蘭的地?zé)崽?，我國西藏羊八井地?zé)崽铮紝儆诟邷氐責(zé)豳Y源。中、低溫地?zé)豳Y源則分布在板塊內(nèi)部，如活動斷裂帶、斷陷谷和坳陷盆地地區(qū)。

2.2按埋藏深度分

根據(jù)地下埋藏深度可分為埋藏深度為200m以上的深層地?zé)豳Y源和埋藏深度200m以下的淺層地?zé)豳Y源。如云南的騰沖、西藏的那曲等地?zé)崽?，都屬于淺層地?zé)豳Y源。

2.3按賦存狀態(tài)

地?zé)豳Y源根據(jù)其在地下賦存的狀態(tài)，主要可分為水熱型地?zé)豳Y源，地壓型地?zé)豳Y源和干熱型地?zé)豳Y源。

（1）水熱型地?zé)豳Y源

水熱型地?zé)豳Y源是地下熱儲以蒸汽為主或以熱水為主地?zé)豳Y源的統(tǒng)稱，是目前國內(nèi)外地?zé)豳Y源開發(fā)利用的重點(diǎn)。

蒸汽型地?zé)崾且詼囟容^高的熱蒸汽為主，摻雜少量其他氣體，含有很少或不含水分，可以直接開發(fā)利用，但受地區(qū)和地質(zhì)條件的限制，資源量很少。

熱水型地?zé)岚▏姵龅孛鏁r(shí)呈現(xiàn)的熱水及其水汽混合的濕蒸汽，資源分布廣，儲量豐富。

（2）地壓型地?zé)豳Y源

地壓型地?zé)豳Y源是存在于地表以下2km～3km的新近紀(jì)濱海盆地碎屑沉積物中的高壓熱水。因?yàn)椴煌杆母采w層封閉了熱能，使熱水壓力，即流體壓力超過了凈水壓力，而且溫度一般為150℃～180℃，更深處可達(dá)260℃。地壓型熱水除了高壓、高溫的特點(diǎn)外，還溶有大量的甲烷以及少量的乙烷、丙烷等烷烴氣體。在美國墨西哥灣地區(qū)開發(fā)的一種新型熱田就是地壓型地?zé)崽铩?/p>

（3）干熱型地?zé)豳Y源

干熱型地?zé)豳Y源是干熱巖型地?zé)豳Y源和巖漿型地?zé)豳Y源的統(tǒng)稱。

干熱巖是一種沒有熱水或蒸汽的高溫巖體，普遍埋藏于地表以下2km～6km的深處，一般溫度在150℃～650℃之間。雖然其溫度可達(dá)數(shù)百攝氏度，但由于地表缺乏大氣降水或有上覆隔水蓋層，而且其本身的透水能力太差，所以很難直接提取巖體內(nèi)部的熱量。目前可通過人工激發(fā)將干熱巖轉(zhuǎn)化為水熱型地?zé)?，即通過高壓水力破碎，化學(xué)爆炸破碎等方法，使干熱巖體產(chǎn)生透水裂隙，然后將地表水通過鉆孔送入其中汽化，從而提取高溫蒸汽，用于地?zé)岚l(fā)電和綜合利用。干熱巖資源豐富，具有巨大的開采潛力。

巖漿巖型地?zé)豳Y源是指蘊(yùn)藏在熔融狀或半熔融狀巖漿中的巨大熱能，溫度可達(dá)數(shù)百至1000℃以上，但在當(dāng)前的技術(shù)條件下直接開發(fā)利用巖漿型地?zé)豳Y源還是比較困難的。

冰島、美國、日本等國家已先后對提取干熱巖和巖漿巖熱能有關(guān)問題進(jìn)行了大量勘測、試驗(yàn)研究，取得初步成果。

3.地?zé)豳Y源開發(fā)利用

作為一種新型能源的地?zé)豳Y源，由于具有無污染、價(jià)值高，且可直接利用等許多優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)利用地?zé)豳Y源已得到國內(nèi)外普遍重視。目前，地?zé)豳Y源的開發(fā)利用主要有三個方面：地?zé)岚l(fā)電、地?zé)嶂苯永煤蜏\層地溫能開發(fā)。

3.1地?zé)岚l(fā)電

地?zé)岚l(fā)電就是以地?zé)豳Y源作為一次能源生產(chǎn)電能的過程，是地?zé)崂玫淖钪匾绞?。地?zé)岚l(fā)電一般不需要燃料，發(fā)電成本較低，且發(fā)電穩(wěn)定不受天氣、氣候影響，對環(huán)境污染少。

高溫地?zé)豳Y源是地?zé)岚l(fā)電主要利用的資源，發(fā)電后所排出的熱水還可進(jìn)行多用途利用。1904年在意大利的拉德瑞羅地?zé)崽锝⒘耸澜缟系谝蛔羝責(zé)岚l(fā)電站。我國高溫地?zé)豳Y源主要分布在滇西、藏南和川西地區(qū)，我國興建的第一座地?zé)岚l(fā)電站就是著名的羊八井地?zé)崽铩?/p>

在特定地區(qū)，中低溫發(fā)電在經(jīng)濟(jì)上是可行的，如2006年美國阿拉斯加一個電站利用74℃的地?zé)豳Y源進(jìn)行發(fā)電，且發(fā)電功率可達(dá)到200kw。我國任丘油田的中低溫地?zé)豳Y源很豐富，其地?zé)釡囟葹?0℃～150℃，可建2000mw以上的地?zé)犭娬尽?/p>

3.2地?zé)嶂苯永?/p>

直接利用地?zé)豳Y源是僅次于地?zé)岚l(fā)電的一種地?zé)崂梅绞?，主要用于地?zé)峁┡厝丛?、醫(yī)療保健、旅游休閑、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖和工業(yè)利用等。

（1）地?zé)嵩诓膳矫娴睦?/p>

利用傳統(tǒng)的燃料供暖會產(chǎn)生大量溫室氣體和其他有害氣體，造成空氣受到嚴(yán)重污染，而且前期投入和運(yùn)行成本都很高。地?zé)豳Y源開發(fā)利用方式簡單，可以保持室內(nèi)舒適溫度，也可以節(jié)約燃料，避免環(huán)境污染。因此，近年來越來越多的國家開始重視利用地?zé)峁┡?。冰島是世界上第一個開發(fā)利用地?zé)峁┡膰遥淮送?，美國、法國、新西蘭等國也廣泛利用地?zé)岵膳?。我國的地?zé)岵膳辛撕艽笤鲩L，特別在北京、天津等北方地區(qū)地?zé)岵膳殉蔀榈責(zé)崂弥械淖钇毡榉绞健?/p>

（2）地?zé)嵩卺t(yī)療、旅游方面的利用

地?zé)崴哂休^高的溫度，還富含有多種對人體有益的礦物質(zhì)以及一些特殊的化學(xué)元素如鋰、氟、氡、偏硼酸、偏硅酸等，在一些地?zé)釁^(qū)附近還常常積有礦泥，具有一定的醫(yī)療和保健作用，這些地?zé)崴Q為醫(yī)療熱礦泉水。其中還有一些地溫地?zé)崴?，因其來源深部，未受污染并含有鋰、鍶、溴、碘、鋅、硒等微量元素，可作為飲用天然礦泉水開發(fā)利用。如果可以經(jīng)常用地?zé)崴M(jìn)行洗浴，對關(guān)節(jié)炎、高血壓、冠心病、神經(jīng)衰弱及皮膚病等有一定的治療效果；或如飲用含有碳酸或鐵的礦泉水，可以調(diào)節(jié)胃酸、平衡人體酸堿度或治療缺鐵貧血癥。

依托地?zé)豳Y源這一特有的醫(yī)療保健功能，在地下熱水出露地區(qū)常常建立療養(yǎng)院或礦泉理療機(jī)構(gòu)，同時(shí)這些地區(qū)伴有特殊的地質(zhì)、地貌景觀，具有很大了旅游開發(fā)價(jià)值。在我國有不少既有醫(yī)療礦水資源，又有溫泉旅游資源的地區(qū)，已成為著名的礦泉旅游療養(yǎng)勝地，如北京小湯山、廣東從化、江西廬山、重慶南溫泉等地。

（3）地?zé)嵩谵r(nóng)林牧副漁方面的利用

世界上大部分地?zé)豳Y源分布在農(nóng)村或偏遠(yuǎn)地區(qū)，沒有辦法直接發(fā)電或供暖給城市，所以，因地制宜，人們將地?zé)豳Y源廣泛利用于農(nóng)林牧副漁方面?？梢岳玫?zé)峤厥遥N植特種果蔬、名優(yōu)花卉等農(nóng)作物；可以利用地?zé)岚l(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，進(jìn)行培養(yǎng)菌種、禽類孵化以及各種魚蝦的熱水養(yǎng)殖等；利用地?zé)峤o沼氣加溫，提高沼氣的產(chǎn)量；還可以用于農(nóng)田灌溉或給土壤加溫，可使農(nóng)作物早熟增產(chǎn)；還可以利用地?zé)犭娬九懦龅拇罅繜崴M(jìn)行地?zé)釡厥业臄U(kuò)建。

（4）地?zé)嵩诠I(yè)方面的利用

目前主要用于紡織印染、制革、造紙等。有些地區(qū)的地?zé)崴泻写罅康柠}類（如氯化鈉、氯化鉀等）和許多許多貴重的稀有元素、放射性元素、稀有氣體和化合物，如：碘、溴、硼、鉀、氦、重水等，這些鹽類和有用元素是國防工業(yè)、化工工業(yè)、原子能工業(yè)等不可缺少的原料。

3.3淺層地溫能的利用

淺層地溫能通常是指蘊(yùn)藏在地表以一定深度范圍內(nèi)（一般為恒溫帶至200米埋深）的土壤、砂石和地下水中具有開發(fā)利用價(jià)值的低溫?zé)崮?，溫度小?5℃。其熱源主要是太陽輻射和地球梯度增溫，是一種分布廣、儲量大、再生迅速，利用價(jià)值大的地?zé)豳Y源。淺層地溫能主要采用熱泵系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)利用，不但可以為建筑物供暖和制冷，同時(shí)也直接降低了排放污染，有利于保護(hù)環(huán)境。我國淺層地溫能的開發(fā)利用雖然起步晚，但發(fā)展較快，已經(jīng)走在世界前列。

4.結(jié)論

隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展，人們將能更精確地查明更多的地?zé)豳Y源，地?zé)峥赏ㄟ^更深的鉆井從地層深處取出，因此地?zé)崂靡脖貙⑦M(jìn)入一個飛速發(fā)展的階段。雖然地?zé)豳Y源屬于清潔、可再生的能源，但同時(shí)又是有限的資源，其補(bǔ)給過程是極其緩慢的。所以地?zé)豳Y源的開發(fā)和利用，要以保護(hù)地?zé)豳Y源、實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)利用為目的，在開發(fā)中保護(hù)，保護(hù)中開發(fā)，做到科學(xué)規(guī)劃，有序開發(fā)與合理利用。