淺談地熱資源的類型與開發利用

李心玉　張文國

摘要：地熱資源是可為人們開發利用的地球熱能，是一項清潔可再生能源。本文分別從溫度、埋藏深度和賦存狀態劃分了地熱類型，并介紹了地熱資源在發電、直接利用和淺層地溫能方面的開發利用。合理、可持續開發利用地熱資源不僅節約能源，對保護環境有著重要意義。

隨著全球經濟的快速發展，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、發展清潔可再生能源，以改變嚴重依賴煤炭、石油等能源結構。地熱資源是與太陽能、風能、潮汐能并列的一種清潔可再生能源，地熱資源的合理開發和循環利用，不僅可以改善能源結構，而且對保護全球環境有著至關重要作用。

1.地熱資源概述

地球內部蘊藏著巨大的熱能，如果這些熱能在巖漿、火山、構造等地質因素控制下向地殼一定范圍內富集，并達到可開發利用的條件，便可成為地熱資源。即地熱資源是指在當前技術條件下能夠為人類開發利用的地球內部熱能，包括地熱流體及其伴生的有用部分。

目前地熱資源主要來源有三方面：一是地球內部放射性元素衰變產生的熱量；二是地球熔融巖漿加熱作用；三是太陽的熱輻射。

2.地熱資源的類型

地熱資源有多種分類方法，一般按溫度、埋藏深度、賦存狀態等可劃分為不同的類型。

2.1按溫度分

根據溫度，地熱資源可分為高溫、中溫和低溫三類：其中高溫地熱資源溫度大于等于150℃，中溫地熱資源溫度小于150℃且大于等于90℃，以及低溫地熱資源溫度小于90℃。

高溫地熱資源主要出現在地質活動性強的各大板塊邊，即如板開裂部分、板塊的碰撞帶等。著名的冰島地熱田，日本和新西蘭的地熱田，我國西藏羊八井地熱田，都屬于高溫地熱資源。中、低溫地熱資源則分布在板塊內部，如活動斷裂帶、斷陷谷和坳陷盆地地區。

2.2按埋藏深度分

根據地下埋藏深度可分為埋藏深度為200m以上的深層地熱資源和埋藏深度200m以下的淺層地熱資源。如云南的騰沖、西藏的那曲等地熱田，都屬于淺層地熱資源。

2.3按賦存狀態

地熱資源根據其在地下賦存的狀態，主要可分為水熱型地熱資源，地壓型地熱資源和干熱型地熱資源。

（1）水熱型地熱資源

水熱型地熱資源是地下熱儲以蒸汽為主或以熱水為主地熱資源的統稱，是目前國內外地熱資源開發利用的重點。

蒸汽型地熱是以溫度較高的熱蒸汽為主，摻雜少量其他氣體，含有很少或不含水分，可以直接開發利用，但受地區和地質條件的限制，資源量很少。

熱水型地熱包括噴出地面時呈現的熱水及其水汽混合的濕蒸汽，資源分布廣，儲量豐富。

（2）地壓型地熱資源

地壓型地熱資源是存在于地表以下2km～3km的新近紀濱海盆地碎屑沉積物中的高壓熱水。因為不透水的覆蓋層封閉了熱能，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260℃。地壓型熱水除了高壓、高溫的特點外，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開發的一種新型熱田就是地壓型地熱田。

（3）干熱型地熱資源

干熱型地熱資源是干熱巖型地熱資源和巖漿型地熱資源的統稱。

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。雖然其溫度可達數百攝氏度，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部的熱量。目前可通過人工激發將干熱巖轉化為水熱型地熱，即通過高壓水力破碎，化學爆炸破碎等方法，使干熱巖體產生透水裂隙，然后將地表水通過鉆孔送入其中汽化，從而提取高溫蒸汽，用于地熱發電和綜合利用。干熱巖資源豐富，具有巨大的開采潛力。

巖漿巖型地熱資源是指蘊藏在熔融狀或半熔融狀巖漿中的巨大熱能，溫度可達數百至1000℃以上，但在當前的技術條件下直接開發利用巖漿型地熱資源還是比較困難的。

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問題進行了大量勘測、試驗研究，取得初步成果。

3.地熱資源開發利用

作為一種新型能源的地熱資源，由于具有無污染、價值高，且可直接利用等許多優點，開發利用地熱資源已得到國內外普遍重視。目前，地熱資源的開發利用主要有三個方面：地熱發電、地熱直接利用和淺層地溫能開發。

3.1地熱發電

地熱發電就是以地熱資源作為一次能源生產電能的過程，是地熱利用的最重要方式。地熱發電一般不需要燃料，發電成本較低，且發電穩定不受天氣、氣候影響，對環境污染少。

高溫地熱資源是地熱發電主要利用的資源，發電后所排出的熱水還可進行多用途利用。1904年在意大利的拉德瑞羅地熱田建立了世界上第一座蒸汽地熱發電站。我國高溫地熱資源主要分布在滇西、藏南和川西地區，我國興建的第一座地熱發電站就是著名的羊八井地熱田。

在特定地區，中低溫發電在經濟上是可行的，如2006年美國阿拉斯加一個電站利用74℃的地熱資源進行發電，且發電功率可達到200kw。我國任丘油田的中低溫地熱資源很豐富，其地熱溫度為90℃～150℃，可建2000mw以上的地熱電站。

3.2地熱直接利用

直接利用地熱資源是僅次于地熱發電的一種地熱利用方式，主要用于地熱供暖、溫泉洗浴、醫療保健、旅游休閑、農業養殖和工業利用等。

（1）地熱在采暖方面的利用

利用傳統的燃料供暖會產生大量溫室氣體和其他有害氣體，造成空氣受到嚴重污染，而且前期投入和運行成本都很高。地熱資源開發利用方式簡單，可以保持室內舒適溫度，也可以節約燃料，避免環境污染。因此，近年來越來越多的國家開始重視利用地熱供暖。冰島是世界上第一個開發利用地熱供暖的國家；此外，美國、法國、新西蘭等國也廣泛利用地熱采暖。我國的地熱采暖有了很大增長，特別在北京、天津等北方地區地熱采暖已成為地熱利用中的最普遍方式。

（2）地熱在醫療、旅游方面的利用

地熱水具有較高的溫度，還富含有多種對人體有益的礦物質以及一些特殊的化學元素如鋰、氟、氡、偏硼酸、偏硅酸等，在一些地熱區附近還常常積有礦泥，具有一定的醫療和保健作用，這些地熱水稱為醫療熱礦泉水。其中還有一些地溫地熱水，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利用。如果可以經常用地熱水進行洗浴，對關節炎、高血壓、冠心病、神經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，可以調節胃酸、平衡人體酸堿度或治療缺鐵貧血癥。

依托地熱資源這一特有的醫療保健功能，在地下熱水出露地區常常建立療養院或礦泉理療機構，同時這些地區伴有特殊的地質、地貌景觀，具有很大了旅游開發價值。在我國有不少既有醫療礦水資源，又有溫泉旅游資源的地區，已成為著名的礦泉旅游療養勝地，如北京小湯山、廣東從化、江西廬山、重慶南溫泉等地。

（3）地熱在農林牧副漁方面的利用

世界上大部分地熱資源分布在農村或偏遠地區，沒有辦法直接發電或供暖給城市，所以，因地制宜，人們將地熱資源廣泛利用于農林牧副漁方面。可以利用地熱建立溫室，種植特種果蔬、名優花卉等農作物；可以利用地熱發展養殖業，進行培養菌種、禽類孵化以及各種魚蝦的熱水養殖等；利用地熱給沼氣加溫，提高沼氣的產量；還可以用于農田灌溉或給土壤加溫，可使農作物早熟增產；還可以利用地熱電站排出的大量熱水進行地熱溫室的擴建。

（4）地熱在工業方面的利用

目前主要用于紡織印染、制革、造紙等。有些地區的地熱水中含有大量的鹽類（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、化工工業、原子能工業等不可缺少的原料。

3.3淺層地溫能的利用

淺層地溫能通常是指蘊藏在地表以一定深度范圍內（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利用價值的低溫熱能，溫度小于25℃。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，利用價值大的地熱資源。淺層地溫能主要采用熱泵系統進行開發利用，不但可以為建筑物供暖和制冷，同時也直接降低了排放污染，有利于保護環境。我國淺層地溫能的開發利用雖然起步晚，但發展較快，已經走在世界前列。

4.結論

隨著高新技術的快速發展，人們將能更精確地查明更多的地熱資源，地熱可通過更深的鉆井從地層深處取出，因此地熱利用也必將進入一個飛速發展的階段。雖然地熱資源屬于清潔、可再生的能源，但同時又是有限的資源，其補給過程是極其緩慢的。所以地熱資源的開發和利用，要以保護地熱資源、實現地熱資源可持續利用為目的，在開發中保護，保護中開發，做到科學規劃，有序開發與合理利用。