物化探方法在地热资源调查中作用精品文稿.ppt
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1、物化探方法在地热资源调查中作用第1页,本讲稿共47页 主主 要要 内内 容容 概说地热概说地热 地表温度地表温度 地球物理在地热资源勘查中的作用地球物理在地热资源勘查中的作用 地球化学在地热资源勘查中作用概述地球化学在地热资源勘查中作用概述 地热开发可行性研究报告主要内容地热开发可行性研究报告主要内容第2页,本讲稿共47页概述 作为绿色能源,地热资源的开发利用日益受到人们的广泛重视。一般情况下地热资源埋藏较深,开采风险很大。为了提高效率,降低成本,减少投资风险,目前开发地热资源前必须进行地质调查,地球物理地球化学勘查是地热资源调查的重要手段之一。第3页,本讲稿共47页 概说地热 1.1地球内部
2、热源 地球源源不断地把热量散发到宇宙太空中去,放射性元素衰变是地球内部热源的主要来源。另外还有重力分异热、潮汐摩擦热、化学反应热等。1.2 全球热平衡 地球内部热状态是地球长期发展的结果并取决于全球生热量与散热量之间的平衡关系。第4页,本讲稿共47页1.2.1散热 a.大地热流散热;b.火山喷发活动散热;c.温泉、地热释放的热量;d.地震释放的能量。1.2.2 热传播(三种方式)a.对流:热对流是流体所特有的一种传热方式,是 流体各部位发生相对位移而引起的热量转移;b.传导:热传导通常在固体中发生;c.辐射:热辐射不需要任何传热介质而直接以电 磁波形式向外辐射热能。第5页,本讲稿共47页1.3
3、 1.3 地壳的热性质地壳的热性质a.热导率(热导率():表明岩石导热量的特性,为):表明岩石导热量的特性,为沿热传导方向单位厚度介质,两侧温差为沿热传导方向单位厚度介质,两侧温差为1在单在单位时间内所通过的比热流量。位时间内所通过的比热流量。常用单位为常用单位为103cal/cmsec。热导率的。热导率的倒数为热阻。与其他的物理性质如电导率或磁化倒数为热阻。与其他的物理性质如电导率或磁化率相比,各类岩石热导率的差异较小,但同类岩率相比,各类岩石热导率的差异较小,但同类岩石的热导率则变化较大。松散物质如干砂、干粘石的热导率则变化较大。松散物质如干砂、干粘土和土壤的热导率最低,湿砂、湿粘土与某些
4、热土和土壤的热导率最低,湿砂、湿粘土与某些热导率低的坚硬岩石具有相近的热导率值。导率低的坚硬岩石具有相近的热导率值。第6页,本讲稿共47页 影响岩石热导率取决于岩石成分和结构,空气热导率最低,石英岩、岩盐和石膏岩热导率最高;岩石热导率随孔隙度增加而降低,并随含水量的增加而增加,随着泥质含量增加而降低。松散物质如干砂、干粘土和土壤的热导率最低,湿砂、湿粘土与某些热导率低的坚硬岩石具有相近的热导率值。热导率也存在各向异性,热流方向平行结构面时热导率高,热流方向垂直结构面时热导率低。第7页,本讲稿共47页b.比热:比热:1g岩石每增加岩石每增加1所需热量称为岩石的比热。所需热量称为岩石的比热。即即C
5、Q/m(cal/g)。)。Q为加热为加热mg岩石增温岩石增温所需热量。所需热量。室温情况下,不同种类岩石的比热变化幅度室温情况下,不同种类岩石的比热变化幅度不大,由于水的比热较大,随着岩石含水量的增不大,由于水的比热较大,随着岩石含水量的增加,其比热随之增加。加,其比热随之增加。c.热容:热容:岩石的比热(岩石的比热(C)与其密度()与其密度()的乘积称)的乘积称岩石单位体积的热容量(岩石单位体积的热容量(C),简称热容,单),简称热容,单位位(cal/cm3)。)。第8页,本讲稿共47页d.热扩散率:热扩散率:/C(10-3cm2/sec)表示岩石在加热或冷表示岩石在加热或冷却时各部分温度趋
6、于一致的能力。却时各部分温度趋于一致的能力。岩石热扩散率主要与岩石热导率及密度有岩石热扩散率主要与岩石热导率及密度有关,因岩石的比热变化不大,对热扩散率影响关,因岩石的比热变化不大,对热扩散率影响较小。岩石热扩散率随岩石的含水量增加而提较小。岩石热扩散率随岩石的含水量增加而提高,随温度的增高而略为减小。热扩散率也存高,随温度的增高而略为减小。热扩散率也存在各向异性。在各向异性。第9页,本讲稿共47页e.大地热流:大地热流:q(d/dz),地表单位面积上,),地表单位面积上,单位时间内,以热传导方式由地球内部传单位时间内,以热传导方式由地球内部传输于地表,而后散发到太空中的热量。输于地表,而后散
7、发到太空中的热量。f.地温梯度:地温梯度:d/dz(/100m或或/km)。大地热流值、)。大地热流值、热导率和地热梯度都可以测定热导率和地热梯度都可以测定第10页,本讲稿共47页2 地表温度地表温度2.1 2.1 地表温度影响因素地表温度影响因素地球是个热体,它不断地把热量散发到空间,地球是个热体,它不断地把热量散发到空间,同时又接受太阳的辐射热量,散热和吸热之间同时又接受太阳的辐射热量,散热和吸热之间的平衡关系决定了地壳上层的温度场。的平衡关系决定了地壳上层的温度场。以传导方式来自地球内部而后通过地面散以传导方式来自地球内部而后通过地面散发到太空的总热量约为发到太空的总热量约为2.4510
8、20卡卡/年,而地球表年,而地球表面接受太阳辐射的热量约为面接受太阳辐射的热量约为5.61023卡卡/年,可见接年,可见接受的热量比释放的能量大三个数量级。受的热量比释放的能量大三个数量级。第11页,本讲稿共47页 因此,地面及地壳最上层的温度状况实质上是由太阳的热辐射决定的。由于太阳辐射具有周期性的变化,所以在地壳最上层产生的日变化、年变化及世纪性的周期变化。地球表面某点温度,主要与该地点的阳光辐射强度和阳光与地面所成的角度有关,与该处纬度和海拔高度有关,也与地球在太阳系运行轨道上所在位置有关,太阳辐射的变化与当地大气层的吸收情况、植被、雪的厚度、地形和地表水系分布情况等因素有关。第12页,
9、本讲稿共47页2.2 2.2 恒温带及确定恒温带及确定地壳最上层温度受地面温度周期性变化影响随着深地壳最上层温度受地面温度周期性变化影响随着深度增加而减少,到一定深度,地表温度变化对深部的影度增加而减少,到一定深度,地表温度变化对深部的影响逐渐趋于消失,该深度的地温基本保持恒定。地温常响逐渐趋于消失,该深度的地温基本保持恒定。地温常年基本保持恒定的层、带为年基本保持恒定的层、带为“恒温层恒温层”或或“中性带中性带”。“恒温带恒温带”很薄,有时可看为一个面。恒温带以上,地很薄,有时可看为一个面。恒温带以上,地温受太阳辐射热影响而具有周期性变化,这个带称为温受太阳辐射热影响而具有周期性变化,这个带
10、称为“变温带变温带”或者或者“外热带外热带”。恒温带以下,地温的变化主。恒温带以下,地温的变化主要受制于地球内部热,随深度增加而增加,称为要受制于地球内部热,随深度增加而增加,称为“增温增温带带”或或“内热带内热带”。我国东部恒温带深度。我国东部恒温带深度2030m左右,左右,恒温带温度恒温带温度年平均气温。年平均气温。第13页,本讲稿共47页第14页,本讲稿共47页2.3 影响区域地温场的各种因素2.3.1 岩性 低热导率岩层具有较大的地温梯度,高热导率的岩层具有较小的地温梯度。2.3.2 基岩起伏与构造形态 基底抬高部位上部的等温线为上凸曲线,基底抬高部位下部为下凹曲线,在上凸下凹等温线之
11、间存在一条水平的等温线,称为热流平衡线。在此线下,热流由坳陷区向隆起区聚积,在热流平衡线以上,热流在垂直界面附近向外散发。第15页,本讲稿共47页 隆起区有盖层时,在平衡线以上,隆起区的温度和梯度大于坳陷区同一深度的温度和梯度;在平衡线以下,地温状况则相反。两区浅部温差、梯度及热流密度随着盖层厚度的减薄而增大。基底抬高对地温场的影响范围不大,最大不超过隆起区与坳陷区基底高差的1.5倍。第16页,本讲稿共47页第17页,本讲稿共47页第18页,本讲稿共47页2.2.3 岩浆活动 岩体冷却过程延续时间与岩体的直径平方成正比,岩石的冷却时间是缓慢的,但用地质时代尺度来看,则可忽略。因此,第四系以前的
12、岩浆活动,其余热对地区温度场基本无影响,或者可以忽略。第19页,本讲稿共47页2.3.4 地下水活动a地下水活动使围岩温度降低 主要是地下水的侧向活动强烈,地下水补给、径流条件十分良好地区,比如一些中小型盆地边缘部位,从补给区进入的温度较低的地下水,在快速流动过程中,不断把围岩热量带走,从而降低了地温。b地下水与围岩温度平衡 一些大型盆地在巨厚沉积物中深埋的地下水,径流条件滞缓,或者为沉积物形成同时保存下来的封闭水,或者沉积层形成后,于第20页,本讲稿共47页漫长地质年代进入含水层的地表水或者漫长地质年代进入含水层的地表水或者大气水。大气水。c深循环地下水上升到局部地热增温型深循环地下水上升到
13、局部地热增温型当当大大气气降降水水渗渗入入到到地地下下,被被岩岩温温加加热热以以后后,在在有有利利的的地地质质构构造造条条件件下下,沿沿高高角角度度断断裂裂带带或或者者急急倾倾斜斜的的透透水水地地层层,可可上上涌涌至至浅浅部部或或出出露露地地表表。水水在在上上涌涌过过程程中中,由由于于流流速速太太快快,水水温温大大于于岩岩温温,在热水上涌通道周围形成局部热异常。在热水上涌通道周围形成局部热异常。第21页,本讲稿共47页 沉沉积积盆盆地地中中,在在覆覆盖盖层层掩掩盖盖下下,相相对对高高温温承承压压水水的的排排泄泄区区也也有有热热水水上上升升活活动动,形形成成一一定定范范围围的的高高温温异异常常。
14、异异常常区区基基本本处处于于基基底底隆隆起起部部位位,因因为为基基底底隆隆起起部部位位易易形形成成“天天窗窗”,压压力力降降低低,基基岩岩中的承压水容易在此排泄。中的承压水容易在此排泄。第22页,本讲稿共47页2.3.5 2.3.5 热水通道及其附近温度场特征热水通道及其附近温度场特征热热水水上上升升活活动动均均有有一一定定的的通通道道,最最常常见见的的通通道道是是由由断断裂裂系系统统构构成成的的。张张性性断断裂裂具具有有良良好好的的开开启启性性,地地下下热热水水常常沿沿此此类类断断裂裂径径流流、排排泄泄。压压性性断断裂裂是是受受主主压压应应力力作作用用的的结结构构面面,是是受受应应力力最最大
15、大的的结结构构面面,因因此此断断得得深深、规规模模大大。压压性性结结构构面面的的两两侧侧岩岩石石挤挤压压强强烈烈,岩岩石石结结构构致致密密,当当地地下下热热水水在在深深部部向向排排泄泄区区径径流流时时,遇遇到到阻阻水水的的压压性性断断裂裂,改改变变了了径径流流条条件件,形形成成地地下下热热水水的的聚聚集集,致致使使其其沿沿张张性性断断裂裂或或压压性性断断裂裂面面相相对对开开启启部部分分向向上上运运移移。在在张张性性断断裂裂和和压压性性断断裂裂的的交交汇汇处处,岩岩石石破碎,裂隙发育,是热水上升的良好通道。破碎,裂隙发育,是热水上升的良好通道。第23页,本讲稿共47页在在通通道道中中流流动动的的
16、热热水水,以以其其高高于于围围岩岩的的温温度度差差构构成成一一个个附附加加的的热热源源,故故热热通通到到周周围围温温度度场场实实际际是是由由正常温度场和热水附加温度场两者叠加而成。正常温度场和热水附加温度场两者叠加而成。2.3.6 2.3.6 地下热水成因地下热水成因近近年年来来,关关于于地地下下热热水水资资源源的的地地质质成成因因问问题题有有很很多多专专门门的的论论述述。按按地地质质成成因因,我我国国地地下下热热水水资资源源可可划划分分为为岩岩浆浆活活动动、隆隆起起断断裂裂和和沉沉积积盆盆地地三三个个基基本本类类型型。在在地地热热调调查查中中我我们们重重点点研研究究岩岩浆浆隆隆起起断断裂裂型
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