第六章地?zé)崮艿責(zé)崮芫C述我們?nèi)祟惥幼〉倪@個(gè)星球，很像是一個(gè)巨大的“熱水瓶”，外涼內(nèi)熱，而且是越往里溫度越高。人們把蘊(yùn)藏于地球內(nèi)部的熱能稱為“地?zé)崮堋?。地球通過(guò)火山爆發(fā)和溫泉外溢等途徑，將其內(nèi)部蘊(yùn)藏的熱能源源不斷地輸送到地面上來(lái)?，F(xiàn)代人們常說(shuō)的溫泉，就是人類的祖先在很久以前就開(kāi)始利用的一種地?zé)崮?。不過(guò)，人類對(duì)地?zé)崮艿拇笠?guī)模開(kāi)發(fā)利用，可以說(shuō)現(xiàn)在才剛剛起步。因此地?zé)崮苁且环N開(kāi)發(fā)潛力很大的新型能源。

地球是一個(gè)巨大的實(shí)心橢球體，它的表面積約為： 5.11×108(km)2

體積約為： 1.0833×1012km3

赤道半徑為6378km；極半徑為6357km。地球的構(gòu)造好像是一只半熟的雞蛋，主要分為3層，如圖所示。地球構(gòu)造示意圖

地球內(nèi)部的溫度這樣高，它的熱量是從哪里來(lái)的?

地球物質(zhì)中放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量是地?zé)岬闹饕獊?lái)源。放射性元素有鈾238、鈾235、釷232和鉀40等，這些放射性元素的衰變是原子核能的釋放過(guò)程。放射性物質(zhì)的原子核，無(wú)需外力的作用，就能自發(fā)地放出電子、氦核和光子等高速粒子并形成射線。在地球內(nèi)部，這些粒子和射線的動(dòng)能和輻射能，在同地球物質(zhì)的碰撞過(guò)程中便轉(zhuǎn)變成了熱能。

地?zé)岈F(xiàn)象

微溫地面或放熱地面

各式各樣的溫泉——溫泉、熱泉、泉塘、熱水湖、沸泉

干噴汽孔和濕噴汽孔驚心動(dòng)魄的水熱爆炸墨守成規(guī)的間隙噴泉千姿百態(tài)的泉華沉積——鈣華、硅華、硫華、鹽華五顏六色的水熱濁變震天動(dòng)地的火山噴發(fā)地?zé)嵴{(diào)查

地名、植物生態(tài)、地方性病癥等地?zé)嵫h(huán)

目前一般認(rèn)為，地下熱水和地?zé)嵴羝饕怯稍诘叵虏煌钐幈粺釒r體加熱了的大氣降水所形成的。形成地?zé)豳Y源有熱儲(chǔ)層、熱儲(chǔ)體蓋層、熱流體通道和熱源4個(gè)要素。通常，我們把地?zé)豳Y源根據(jù)其在地下熱儲(chǔ)中存在的不同形式，分為熱水型、蒸汽型、地壓型、干熱巖型資源和巖漿型資源等幾類。地?zé)豳Y源的類型熱水型它是反映以水為主體的對(duì)流水熱系統(tǒng)。這種地?zé)崮芊植驾^廣，約占已探明的熱資源的10%；其溫度范圍也很廣，從接近于室溫到高達(dá)390℃。它包括噴出地面時(shí)呈現(xiàn)的熱水以及水汽混合的濕蒸汽。這類資源分布廣、儲(chǔ)量豐富，根據(jù)其溫度可分為高溫(>150℃)、中溫(90~150℃)和低溫(90℃以下)。

蒸汽型是指以蒸汽為主體的對(duì)流水熱系統(tǒng)，以生產(chǎn)溫度較高的過(guò)熱蒸汽為主，其中夾雜有少量的不凝結(jié)氣體和少量的水(有的不含水)。這類地?zé)崮鼙容^容易開(kāi)發(fā)利用，干蒸汽可以直接進(jìn)入汽輪機(jī)，對(duì)汽輪機(jī)腐蝕較輕，能取得滿意的工作效果。但這類構(gòu)造需要獨(dú)特的地質(zhì)條件，因而資源少、地區(qū)局限性大，僅占已探明的地?zé)豳Y源總量的0.5%左右。

地壓型是指在高壓下由深部地層提取含有可溶性甲烷(沼氣)的高鹽分熱水。它的溫度約為150～260℃；其儲(chǔ)量較大，約占已探明的地?zé)豳Y源的20%。地壓型資源是以高壓水的形式儲(chǔ)存于地表以下2~3km的深部沉積盆地中，并被不透水的蓋層所封閉。地壓水除了高壓、高溫的特點(diǎn)外，還溶有大量的碳?xì)浠衔?如甲烷等)。所以，地壓型資源中的能量，實(shí)際上是由機(jī)械能(壓力)、熱能(溫度)和化學(xué)能(天然氣)3個(gè)部分組成的。

地壓型地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用目前尚處于研究探索階段。

干熱巖型是反映地層深處廣泛存在的不含水分（或含有少量蒸汽）的巖石。它的溫度約為150～650℃；其儲(chǔ)量更大，約占已探明的地?zé)豳Y源總量的30%。從現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，干熱巖型資源專指埋深較淺、溫度較高的有開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的熱巖石。提取干熱巖中的熱量，需要有特殊的辦法，技術(shù)難度大。地?zé)崮艿睦媚壳笆澜缟洗蠹s有120多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和開(kāi)采的地?zé)崛暗責(zé)峋噙_(dá)

7500多處。對(duì)于地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用，目前主要是在采暖、發(fā)電、育種、溫室栽培和洗浴等方面。

地?zé)崮艿睦每煞譃橹苯永煤偷責(zé)岚l(fā)電兩大類。不同溫度的地?zé)崃黧w，可利用的范圍如下：1）200~400℃：直接發(fā)電及綜合利用；2）150~200℃：雙循環(huán)發(fā)電，制冷，工業(yè)干燥，工業(yè)熱加工；3）100~150℃：雙循環(huán)發(fā)電，供暖，制冷，工業(yè)干燥，脫水加工，回收鹽類，罐頭食品；4）50~100℃：供暖，溫室，家用熱水，工業(yè)干燥；5）20~50℃：沐浴，水產(chǎn)養(yǎng)殖，飼養(yǎng)牲畜，土壤加溫，脫水加工。在工業(yè)上，地?zé)崮芸捎糜诩訜?、干燥、制冷、脫水加工、提取化學(xué)元素、海水淡化等方面。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，地?zé)崮芸捎糜跍厥矣?、栽培作物、養(yǎng)殖禽畜和魚(yú)類等。例如，地處高緯度的冰島不僅以地?zé)釡厥曳N植蔬菜、水果、花卉和香蕉，近年來(lái)又栽培了咖啡、橡膠等熱帶經(jīng)濟(jì)作物。在浴用醫(yī)療方面，人們?cè)缇陀玫責(zé)岬V泉水醫(yī)治皮膚病和關(guān)節(jié)炎等，不少國(guó)家還設(shè)有專供沐浴醫(yī)療用的溫泉。地?zé)崮艿闹苯永玫責(zé)崮苤苯永糜谂腼?、沐浴及暖房，已有悠久的歷史。至今，天然溫泉與人工開(kāi)采的地下熱水仍被人類廣泛使用。據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，世界地?zé)崴闹苯永眠h(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)地?zé)岚l(fā)電。中國(guó)的地?zé)崴苯永镁邮澜缡孜?，其次是日本。地?zé)崴闹苯佑猛痉浅V泛，主要有采暖空調(diào)、工業(yè)烘干、農(nóng)業(yè)溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅溫泉療養(yǎng)保健等。地?zé)岵膳?/p>

地?zé)崮艿睦茫饕糜诎l(fā)電外，還有其它多種用途，其中地?zé)崮芄?、采暖、供水是僅次于發(fā)電的地?zé)崮芾庙?xiàng)目。地?zé)崮苤苯佑米鞑膳?、供熱是最?jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)便、最有效的用途。冰島首都雷克雅未克市自從1928年建成了世界第一個(gè)地?zé)峁嵯到y(tǒng)后，現(xiàn)已發(fā)展成更大的系統(tǒng)，每小時(shí)可從地下抽出7740噸80℃的熱水，供全市11萬(wàn)居民使用，該市不再燃燒礦物燃料，沒(méi)有高聳的煙囪，也沒(méi)有鼓風(fēng)機(jī)聲隆隆，這個(gè)首都以空氣清潔聞名于世，被譽(yù)為“世界上最清潔無(wú)煙的城市”。

新西蘭的拉托魯阿市國(guó)際飯店每個(gè)房間都配備了一套冷、熱風(fēng)空調(diào)器，用的就是一口150℃的地?zé)峋?，客房?4小時(shí)供暖、供冷、供水，使用十分簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)。美、日、前蘇聯(lián)等國(guó)也都廣泛應(yīng)用地?zé)峁┡到y(tǒng)。我國(guó)利用地?zé)峁┡偷責(zé)峁┧容^普遍，北京、天津、熊岳、興城、任丘、威海等城鎮(zhèn)，都發(fā)展很快，北京市地?zé)峁┡娣e已有20多萬(wàn)平方米，50℃的低溫供水用來(lái)洗澡也很普遍。福州市成功地用87℃的地?zé)崴票?，供工業(yè)和生活使用。目前全國(guó)地?zé)岵膳娣e已達(dá)800×104m2，溫室70×104m2。地?zé)峁┡_(kāi)式系統(tǒng)閉式系統(tǒng)地源熱泵地源熱泵的應(yīng)用效益：1、是主要的潔凈能源技術(shù)2、節(jié)能3、減少溫室氣體排放4、臭氧層破壞減少5、人們健康舒適6、發(fā)展前景廣闊地?zé)釀?wù)農(nóng)

地?zé)嵩谵r(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣泛。比如，利用適宜溫度的地?zé)崴喔绒r(nóng)田，可使農(nóng)作物早熟增產(chǎn)；利用地?zé)峤ㄔ斓責(zé)釡厥遥玫責(zé)釡厮B(yǎng)魚(yú)，在28℃的水溫下，可加速魚(yú)的育肥，提高魚(yú)的出產(chǎn)率；還可育秧種菜等等。我國(guó)農(nóng)業(yè)應(yīng)用最多的是北京、天津和西藏、云南等地，差不多都建有面積大小不等的地?zé)釡厥?，育種育秧，種植蔬菜瓜果，培養(yǎng)菌種等。還用于養(yǎng)殖羅非魚(yú)、羅氏沼蝦，非洲鯽魚(yú)、鰻魚(yú)，以及用于為沼氣池加溫等。例如，湖北英山縣有300m深熱水井5口，建造溫室1129m2，溫水養(yǎng)魚(yú)2000m2，并進(jìn)行育種和培育水生飼料?，F(xiàn)在全國(guó)地?zé)狃B(yǎng)殖池已達(dá)300×104m2。地?zé)釀?wù)農(nóng)地?zé)狃B(yǎng)殖

熱礦水是一種寶貴資源，世界各國(guó)都用于醫(yī)療。由于地?zé)崴趶暮苌畹牡叵绿崛〉降孛嫔蟻?lái)的過(guò)程中交替作用很強(qiáng)，加之溫度較高，都含有一定的特殊化學(xué)元素，具有一定的醫(yī)療疾病的效果。碳酸泉水供飲用，可調(diào)節(jié)胃酸、平衡人體酸堿度；鐵水泉水飲用后，可治療缺鐵貧血癥；氫泉、硫水氫泉洗浴可治療神經(jīng)衰弱和關(guān)節(jié)炎、皮膚病等，在前蘇聯(lián)的高加索礦泉區(qū)，就有酸水城、鐵水城等五、六個(gè)不同特色的礦水城，政府還專門為貫通各礦泉城修建一條高速電氣列車，吸引著大批療養(yǎng)者和旅游者。在日本，已有1500多個(gè)溫泉療養(yǎng)所，每年有1億人到這些療養(yǎng)所休養(yǎng)。地?zé)嵝嗅t(yī)浴用醫(yī)療

地?zé)嵩诠I(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。比如：用來(lái)調(diào)節(jié)廠房空氣，作為干燥和蒸餾的熱流，使谷物和食魚(yú)干燥，從地下熱水里提煉稀有金屬和元素鈉、鋰、鉀、硼、碘、溴、硫等，還可提取核能工業(yè)的原料重水、氫、氧的同位素等；作為礦物加工的熱源，用于硅藻土生產(chǎn)和精煉；在永久凍土地帶改進(jìn)礦山工作條件；道路融雪；用作甘蔗和甜菜制糖工業(yè)、造紙業(yè)、木材業(yè)、紡織業(yè)、制革業(yè)、釀酒業(yè)和橡膠業(yè)等熱流能源等等。目前，世界上最大的兩家地?zé)釕?yīng)用工廠是冰島的硅藻土廠和新西蘭的紙漿木材加工廠。地?zé)岬墓I(yè)應(yīng)用地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)主要有四種：地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)：利用地?zé)嵴羝苿?dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電能。當(dāng)高壓熱水從熱水井中抽至地面，由于壓力降低，部分熱水會(huì)沸騰并“閃蒸”成蒸汽，蒸汽送至汽輪機(jī)做功；而分離后的熱水可繼續(xù)利用后排出，當(dāng)然最好是再回注入地層。本系統(tǒng)技術(shù)成熟、運(yùn)行安全可靠，是地?zé)岚l(fā)電的主要形式。西藏羊八井地?zé)犭娬静捎玫谋闶沁@種形式。地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)：也稱有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。它以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)，使工質(zhì)在流動(dòng)系統(tǒng)中從地?zé)崃黧w中獲得熱量，并產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)蒸汽，進(jìn)而推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)全流發(fā)電系統(tǒng)：本系統(tǒng)將地?zé)峋诘娜苛黧w，包括所有的蒸汽、熱水、不凝氣體及化學(xué)物質(zhì)等，不經(jīng)處理直接送進(jìn)全流動(dòng)力機(jī)械中膨脹做功，其后排放或收集到凝汽器中。這種形式可以充分利用地?zé)崃黧w的全部能量，但技術(shù)上有一定的難度，尚在攻關(guān)。全流發(fā)電系統(tǒng)干熱巖發(fā)電系統(tǒng)：利用地下干熱巖體發(fā)電的設(shè)想，是美國(guó)人莫頓和史密斯于1970年提出的。1972年，他們?cè)谛履鞲缰荼辈看蛄藘煽诩s4000米的深斜井，從一口井中將冷水注入到干熱巖體，從另一口井取出自巖體加熱產(chǎn)生的蒸汽，功率達(dá)2300千瓦。進(jìn)行干熱巖發(fā)電研究的還有日本、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和俄羅斯，但迄今尚無(wú)大規(guī)模應(yīng)用。干熱巖地?zé)岚l(fā)電的好處利用地?zé)崮軄?lái)進(jìn)行發(fā)電其好處很多：建造電站的投資少，通常低于水電站；發(fā)電成本比火電、核電及水電都低；發(fā)電設(shè)備的利用時(shí)間較長(zhǎng)；地?zé)崮鼙容^干凈，不會(huì)污染環(huán)境；發(fā)電用過(guò)的蒸汽和熱水，還可以再加以利用，如取暖、洗浴、醫(yī)療、化工生產(chǎn)等。我國(guó)的地?zé)豳Y源據(jù)估計(jì)，全世界地?zé)豳Y源總量相當(dāng)于

4948萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已查明地?zé)豳Y源相當(dāng)于2000萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。西藏、云南、四川、廣東、福建等地的溫泉多達(dá)1503處，占全國(guó)溫泉總數(shù)的61.3％。在全國(guó)121個(gè)水溫高于80℃的溫泉中，云南，西藏占62％，廣東、福建占18.2％，其他省區(qū)不足1／5。根據(jù)其形成的地質(zhì)作用和儲(chǔ)存條件，可以劃分為三種類型：（1）火山或巖漿型地?zé)豳Y源；（2）盆地型中低溫地?zé)豳Y源；（3）斷裂帶型中低溫地?zé)豳Y源。我國(guó)地?zé)豳Y源的特點(diǎn)是類型較多，有近期火山和巖漿活動(dòng)類型；有褶皺山區(qū)斷裂構(gòu)造類型；還有中新生代自流水盆地類型。其形成主要受構(gòu)造體系和地震活動(dòng)的影響，與火山活動(dòng)密切相關(guān)。

隨著能源危機(jī)的逼近，人類必須采取多能并存、綜合利用的方針發(fā)展新能源，加之隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)地?zé)崮艿募夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面都會(huì)得到很大改善。據(jù)一些專家預(yù)測(cè)，進(jìn)入21世紀(jì)的地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用，將具有以下5個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

1、新的高精度的地?zé)崮芸碧郊夹g(shù)將逐漸取代目前采用的勘探石油的方法和設(shè)備，在技術(shù)上取得重大突破；

2、隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)資金投入的增多，查明的可供利用的地?zé)豳Y源總儲(chǔ)量有可能大幅度增長(zhǎng)，甚至可能高達(dá)20倍；地?zé)崮艿陌l(fā)展趨勢(shì)3、在相關(guān)高技術(shù)，如新材料、激光、紅外，微電子、遙感，遙測(cè)以及核能、機(jī)械動(dòng)力等高技術(shù)的支持下，將發(fā)展出地?zé)崮芸碧礁呒夹g(shù)新鉆井和探測(cè)儀器設(shè)備，以適應(yīng)更高地溫和更深鉆井的要求；

4、由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，處于正常深度地?zé)釁^(qū)的開(kāi)采和生產(chǎn)費(fèi)用，將會(huì)逐步降低，使之