正文 第二章 認識地熱能(上)(3 / 3)

(1)中酸性侵入岩。中酸性侵入岩主要在冀中坳陷的廊固凹陷、牛駝鎮凸起等地區分布,它和閃長岩、花崗閃長岩、花崗岩及石英二長岩是存在於一個地方的,它們的構造理論很相似。黃驊坳陷沿滄東斷裂帶有花崗岩侵入,天津市境內出露的四個侵入岩體(盤山花崗岩、朱耳峪正長岩、石臼花崗岩、別山正長斑岩)均分布在薊縣山區,不過在這些眾多的岩石中,要數盤山花崗岩的麵積最大,侵入的地層有長城係高於莊組、薊縣係楊莊組和霧迷山組。另外,在覆蓋區還發現了三個隱伏的侵入岩體。從整體上來說,岩漿侵入和深大斷裂有著密不可分的關係,它們的分布特點是這樣的,沿北東和北西向斷裂分布的特點就是它的分布特點,燕山期是這些岩漿活動時期中最主要的一個,而且它的活動很不穩定。

(2)火山岩。火山岩主要是在冀中坳陷的許多鑽井中均鑽遇過中基性噴發岩,岩性以安山玄武岩、玄武岩為主。在黃驊坳陷鑽遇的中酸性噴發岩以安山岩、流紋岩為主,噴發時期主要為喜馬拉雅期。還有就是薊縣山區有中元古代大紅峪期火山岩的分布,晚古生代海西期、中生代燕山期和新生代喜馬拉雅期以玄武岩為主的火山岩這些岩也在平原地區存在。從地質發展簡史上看,有太古宙到第四紀,天津地區地質發展這一過程、超過了30億年,經過了三個大地構造發展階段,即地台基底形成階段、地台蓋層發育階段和大陸邊緣活動帶階段。呂梁期和印支期是這些時期的重要轉折點。

如果從地溫場演化角度的方麵看,它的特點有新近係、第四係岩層導熱率小、導熱性差的特點,起到一種隔熱保溫的作用,使得近、晚期岩漿活動所產生的熱量和來自於地殼深部的地球內熱消失得很慢,保存下來的也就隻是一部分,這一部分就是那些熱容量較大的地層中的熱量,熱岩層就是在這一狀態下形成的。

華北地熱的一部分也就是天津地區地熱資源不可分割的一部分,主要為傳導成因的中低溫沉積盆地熱田,其分布位置、範圍、形態和展布方向,均明顯受基岩構造和熱儲層岩性的控製和影響。以岩石熱傳導為主的方式就是地熱傳導方式,地熱儲集層的地熱能是在較長的深部花崗岩,上地幔的熱流儲集是在地質曆史時期接受其下岩石傳導而形成的。

4、對天津地區幹熱岩資源作最初的估算

天津地區幹熱岩對地質背景進行分析的話,天津地區高熱流區域屬於構造帶附近,據目前的勘探成果分析,滄縣隆起上白塘口西斷裂東側大蘆北口一帶和團泊東南地層深處埋藏著分布範圍較大的基性火成岩體,之所以說這些岩體具有廣泛的存在性,還是在於天津地區有著這樣的條件,這個條件就是幹熱岩地熱資源形成的特殊地質構造條件。天津的一些高溫背景區是存在一些優勢的,預計它的地表以下3000~4000米的岩體溫度的範圍是110℃~150℃,幹熱岩地熱資源在這個範圍內分布很多。

由先前的區域地質基礎資料可以看出,最先得到的結果是天津地區蓋層平均地溫梯度麵積大約為2400平方米的10個地熱異常區內,埋藏深度大約為3000~4000米、厚度大約為550~600米、溫度高達100℃~150℃的熱岩體所儲存的地熱資源為1、72×1020焦耳,相當於58、17×108噸標準煤的熱量,估算每平方千米產熱量可達7.15×1016焦耳。雖然說這部分潛在的能源由於受到之前技術條件的阻礙,至今未被人們完全開發和利用,不過這豐富的大自然贈禮怎能不會令現在生活在能源日益緊張的人們垂涎呢?

第二節 人造地熱能

人造地熱能盡管有著簡單的原理,不過因為它所需井深極深,都在5千米以上,又要通過許多堅硬花崗岩地殼,傳統衝鑽法需磨損數百具高價鑽頭,成本太大,所以說不是很容易掌握地底的狀況,鑽出水汽不能流通的廢井也就大有可能了。

地熱能是一種由地殼抽取的天然熱能,這種能量主要來自地球內部的熔岩,它的存在形式是熱力,其能量足以引致火山爆發及地震的發生。地球內部的溫度高達攝氏7000度,而在80~100千米的深,溫度會降至攝氏650度至1200度。在地下水的流動和熔岩的驅使下湧至離地麵1~5千米的地殼。其實,地熱能早在很久以前就被人們利用了,像利用溫泉沐浴、醫療,利用地下熱水取暖、建造農作物溫室、水產養殖及烘幹穀物等都是地熱能利用的例子。不過直到20世紀中葉的時候人們才真正開始利用地熱資源,並掀起地熱開發的熱潮。

在前麵已經知道,地熱能的利用有地熱發電和直接利用兩大類。也知道了地熱能是來自地球深處的可再生熱能。它起源於地球的熔岩漿和放射性物質的衰變。地熱能的儲量比目前人們所利用的總量多很多倍,而且集中分布在構造板塊邊緣一帶,該區域也是火山和地震多發區。如果熱量提取的速度不超過補充的速度,那麼地熱能便是可再生的。地熱能在世界很多地區應用相當廣泛。有很多資料顯示,世界範圍內的地熱資源非常豐富,有著喜人的資源利用成果。但是有一點是必須知道的,相對於其他的資源,地熱能的分布一般比較分散,對它的開發是需要一定的技術作為基礎的。

一、分布狀況

根據美國的研究人員在1990年的研究結果可以知道,在世界上總共有18個國家有地熱發電,這些國家的地熱發電的總裝機容量是582755兆瓦,裝機容量在100兆瓦以上的國家有美國、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。中國的地熱資源也很豐富,但是開發利用程度很低。主要分布在雲南、西藏、河北等省區。地熱資源不光是利用於我們的生活中常見的那些用途,從它的資源中還可提取鹽類、有益化學組分和硫磺等一些物質。

二、人造地熱能

新興科技,像水熱鑽機、電漿鑽機的概念早就被提出來了。需要指出的是鑽井成本在未來的階段可能會很快下降,屆時地熱能不受位置和氣候影響,能提供24小時穩定基載電量的特性,建設時間、成本和大眾疑慮又遠低於核能。這一方案是人們看好的很有競爭力的綠色能源和全球暖化的一種方法。

在某個城市的公路兩旁載滿了挺拔的大樹,不過它的公路上行駛的汽車都是一種新型的車,新型就在於它們都是用混合燃料發動的,不像以前那種汽油型的汽車開起來既要燃油,又汙染空氣。工廠和居民的用電也是用風能、太陽能等來發電。一個嶄新的能源利用法展現在我們的眼前。如果“能源”這個詞語一直在我們麵前,進行著各種各樣的宣傳。那麼你會有什麼想法呢?有的人會說“能源”這個詞再熟悉不過了。

其實,地球是宇宙爆炸的產物。地球一炸出來就有著眾多豐富的能源。化工燃料、太陽能、核能、水能、石油、生物燃料等等。說了這麼多,到底什麼是能源呢?能源就是能產生能量的物質。能源種類有很多:一次能源、二次能源、可再生能源、非再生能源等。一次能源是直接來自自然界未經加工轉換的能源,此類能源有:化石燃料、太陽能、核能、生物燃料、水能等等。二次能源是在一次能源的基礎上產生的,它是通過直接或間接轉化的方式出現的能源,電能、煤氣、汽油、沼氣、氫能等都是這種能源的代表。可再生能源是不隨其本身的轉化或被人類利用而減少的能源,太陽能、風能、地熱能等屬於這種能源。非再生能源是隨其本身的轉化或被人類利用減少的能源,這種能源還包括化石燃料、核燃料等。舉例說明一下,我們習以為常的傳統能源有原煤、天然氣、汽油、煤油、熱力、電力、石油氣、柴油等。生活中的能源用於建築以及其他的工程有很多,像三峽大壩和葛洲壩用水能、火箭發射升空用氫燃料、秦山核電站用原子能發電,這些都是用了地熱資源的。大量的能源使用使我們成為了“石油”能源的“俘虜”,而我們現在在節約能源的基礎上,開發了新的能源,擺脫了對石油能源的依賴性。首先可以利用風能和太陽能發電取消電網送電。其次能用混合燃料發動汽車,利用氫能源、生物直接將太陽轉化為氫,利用海浪發電,開發垃圾燃氣來對生活中的能源市場進行開發,這樣一來我們會更有效地利用能源,環保就有了保障,我們生活的環境就有了一個更好的空間。

或許讀了上麵的文字,我們更加了解了能源,也使一部分人更加有興趣地去開發新能源,但願更多的有誌之士去合理地開發能源,這樣不僅對我們這一代的人們有幫助,還會惠及我們的子孫後代。其實,我們生活的地球像極了一個大熱水瓶,具有外涼內熱的特性,同時它是越往裏麵溫度越高。因此,人們把來自地球內部的熱能,叫地熱能。地球通過火山爆發和溫泉等途徑,將它內部的熱能源源不斷地輸送到地麵,人們所熱衷的溫泉浴,就是人類很早開始利用的一種地熱能。不過,現在對地熱能大規模的開發利用僅僅是剛剛起步,從這點來說地熱能是一種新能源一點也不為過。

地熱資源一般在離地麵25~50千米的地球深處的地方,它的溫度範圍是200℃~1000℃;假如深度深到離地麵6370千米也就是通常所說的地心深處時,溫度會升到4500℃。

有研究發現,假如根據世界動力消耗速度的話,隻是全部消耗地下熱能,這樣一來使用4100萬年後,地球的溫度也僅僅就是比原來的溫度降低1℃。由此可見,在地球內部蘊藏著多麼豐富的熱能。溫度分布是很規律的。通常,在地殼最上部的十幾千米範圍內,地層的深度每增加30米,溫度便升高約1℃;在地下15~25千米之間,深度每增加100米,溫度上升1.5℃;在25千米以下的地方,如果深度增加100米的話,溫度也就是上升了0.8℃;再往後深到一定的深度,這時溫度就穩定了,而且一直恒定不變。

為什麼地球深層會儲存著如此多的熱能呢?它們都來自哪裏呢?這個問題的答案,人們現在還一直在努力地探索著。不過,大多數學者認為,這是由於地球內部放射性物質自然發生蛻變的結果。在核反應的過程中,放出了大量的熱能,再加上處於封閉、隔斷的地層中,天長日久,經過逐漸的積聚,就形成了現在的地熱能。最重要的一點是,我們已經知道了地熱資源是一種可再生能源,人們隻要在它的地熱資源的再生範圍內,符合它的規律,它就會得到補充而進行再生。

一般情況下,人們把地熱資源分為以下四類:

水熱資源。水熱資源是一種儲存在地下蓄水層的大量的地熱資源,它有兩種,一種是地熱蒸汽;一種是地熱水。地熱蒸汽容易開發利用,但含量很少,僅占已探明的地熱資源總量的0.5%。不過,地熱水的儲量一般是很大的,它相當於已探明的地熱資源的10%,它的溫度範圍可以從接近室溫一直延伸到390℃。

地壓資源。我們把處於地層深處沉積岩中的含有甲烷的高鹽分熱水就叫做地壓資源。由於上部的岩石覆蓋層把熱能封閉起來,在這樣的條件下,熱水的壓力要比水的靜壓力大,溫度的範圍是150℃~260℃,它的儲量相當於已發現的地熱資源總量的20%。

幹熱岩在地層深處的溫度範圍大約是150℃~650℃,它也是一種熱岩層,它所儲存的熱能大約相當於地熱資源總量的30%。

熔岩究竟是一種什麼樣的物質呢?它的埋藏部位一般是最深的,它是一種可以完全熔化的熱熔岩,溫度範圍是650℃~1200℃。熔岩儲藏的熱能比其他幾種都多,大約相當於已經發現的地熱資源總量的40%左右。

迄今為止,人們進行水熱資源的開發是利用地熱資源的一個重要表現。近年來,一些國家開始進行幹熱岩的開發研究和試驗,開鑿人造熱泉就是幹熱岩的具體應用之一。不過,現在有兩種資源仍在努力探索,這兩種資源是地壓資源和熔岩資源。

地熱在世界上的地熱資源是非常廣泛的。像美國阿拉斯加的“萬煙穀”就是世界上非常著名的地熱集中地。在24平方千米的範圍內,有數萬個天然蒸汽和熱水的噴孔,噴出的熱水和蒸汽最低溫度為97℃,高溫蒸汽達645℃。每秒噴出2300萬公升的熱水和蒸汽,每年從地球內部帶往地麵的熱能相當於600萬噸標準煤。現在新西蘭大約有70個地熱田和一千多個溫泉。這裏有著眾多的溫泉類型,高溫熱泉的溫度範圍一般是200℃~300℃。有時斷時續的間歇噴泉,還有沸騰的泥漿地。還有一個地熱帶,它就是橫跨歐亞大陸的地中海——喜馬拉雅地熱帶,它是從地中海北岸的意大利、匈牙利經過土耳其、獨聯體的高加索、伊朗、巴基斯坦和印度的北部、中國的西藏、緬甸、馬來西亞,在印度尼西亞與環太平洋地熱帶它們有了一個美好的結合。

曾經有人預算過,除了全世界火山爆發和地震釋放的能量,以及熱岩層所儲存的能量之外,隻是地下熱水和地熱蒸汽儲存的熱能總量,就相當於地球上全部儲藏量的1、7億倍。在地下三公裏內,目前可供開采的地熱能,相當於29,000億噸煤燃燒時釋放的全部熱量。從以上所說到的來看,人們進行地熱能的開發與利用具有廣闊的發展前景,是一件非常有意義的事情。

地熱能的開發與利用有著悠久的曆史,其實早在1904年意大利建成世界第一座地熱發電站就可以看成是地熱能的起始了,從那時到現在大約有90年的曆史了。然而,就是在最近的二三十年來地熱能的開發和利用才一點一點地被世界各國的人們看重,而且把它當成一種新能源。

有人曾經對它作過估計,現在世界上的120多個國家和地區已經發現的打出地熱泉與地熱井總共有7500多處,地熱能就是在這些地方的開發和利用中得到不斷擴大的。地熱能的利用,當前主要是在采暖、發電、育種、溫室栽培、洗浴等方麵。之前美國一所大學有三口深600米的地熱水井,的水溫一般是89℃,它們能滿足總麵積達46,000多平方米的校舍供暖需求,每年大約有25萬美元的暖氣費是不用開支的。法國在2000年利用地熱為80萬套住宅單元供暖,每年節省燃油一百多萬噸。冰島盡管分布在寒冷地帶,不過它的地熱資源卻是非常豐富的,現在它超過70%的人口已采用地熱供暖設施。利用地熱能發電,具有許多獨特的優點:建造電站的投資少,通常低於水電站。水電、火電和核電站發電設備的發電成本在利用時數方麵都比地熱發電的設備用的時間長。此外,還有地熱能幹淨,不汙染環境的特點就更不用說了,都是一種很好的利用能源。

到目前為止,大大小小的地熱電站在美國、日本、獨聯體、意大利、冰島等許多國家都被建成了,這些電站大約有150座,它們的裝機總容量是320萬千瓦。

地熱發電有著和火力發電非常相似的發電原理,它的原理就是利用地熱能產生蒸汽,進而推動汽輪發電機組發出電來。目前,全世界有四分之三的地熱電站是利用高溫水蒸為能源發電的。這種電站是將地熱蒸汽引出地麵後,先進行淨化,不加所含的各種雜質,就能很輕鬆地推動汽輪發電機發電。以高溫蒸汽為能源的地熱電站,大多采用汽水分離的方法發電。而那些以地下熱水為能源的電站,基本上是在一種途徑下用地下熱水為熱源產生蒸汽,進而用蒸汽來進一步推動汽輪發電機組發電。

此外,地熱能在工業上的用途也是很多的,它在工業上可用於加熱、幹燥、製冷與冷藏、脫水加工、淡化海水和提取化學元素等;在醫療衛生上,溫泉可以醫治皮膚和關節等疾病,現在世界上的很多國家都有供沐浴醫療用的溫泉場所。

不過,世界上的天然熱泉一般很少,並不是各地都有它的分布,因而在一些沒有天然熱泉的地區,人們就利用廣泛分布的幹熱岩型地熱能人工造出地下熱泉來。人造熱泉是在幹熱岩型的熱岩層上開鑿而成的。現在,世界上最早的人造熱泉就是美國的新墨西哥州北部開鑿的那個溫泉,它的井深有3000米,熱岩層的溫度一般是200℃。

目前,美國已有了熱泉熱電廠,它的發電量為5萬千瓦。另外,還在洛斯阿拉莫斯國立實驗所鑽了兩眼深4389米的地熱井,先把水泵入井內,12小時後抽上來,抽上來的水的水溫有375℃之高。法國在不同的時間段裏進行了六眼人造熱泉的開鑿,這六眼井的井深都是6千米,它們大都在每小時內有溫度達100噸的200℃熱水可以被抽上來。現在,美國的地熱發電站已有930萬千瓦的裝機容量,預計到2020年的時候會達到3180萬千瓦。

目前,科學在一天一天進步,人們開始在岩漿體導熱源周圍建立人工熱能存積層,這樣可以開發利用熱源蒸汽的高溫岩體進行發電以用於生活。有人算了一筆賬,在21世紀末,估計世界上將有一億千瓦的地熱發電的總能力。

曾經有人算過一筆賬,如果把全世界火山爆發和地震釋放的能量以及熱岩層所儲存的能量除外,地下熱水和地熱蒸汽儲存的熱能總量,就為地球上全部儲藏量的1.7億倍。在地下三千米內目前可供開采的地熱能,相當於29,000億噸煤燃燒時釋放的全部熱量。因此可以說,地熱能的開發與利用是一個美麗而廣闊的空間。