物化探方法在地热资源调查中作用优秀PPT.ppt
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1、 主 要 内 容 概说地热 地表温度 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 地热开发可行性探讨报告主要内容概述概述作为绿色能源,地热资源的开作为绿色能源,地热资源的开发利用日益受到人们的广泛重视。发利用日益受到人们的广泛重视。一般状况下地热资源埋藏较深,一般状况下地热资源埋藏较深,开采风险很大。为了提高效率,开采风险很大。为了提高效率,降低成本,削减投资风险,目前降低成本,削减投资风险,目前开发地热资源前必需进行地质调开发地热资源前必需进行地质调查,地球物理地球化学勘查是地查,地球物理地球化学勘查是地热资源调查的重要手段之一。热资源调查的重要手段之一。概说地热概说地
2、热 1.11.1地球内部热源地球内部热源地球源源不断地把热量散发到宇宙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、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。潮汐摩擦热、化学反应热等。1.2 1.2 全球热平衡全球热平衡地球内部热状态是地球长期发展的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结果并取决于全球生热量与散热量之间的平衡关系。的平衡关系。1.2.11.2.1散热散热 a.a.大地热流散热;大地热流散热;b.b.火山喷发活动散热;火山喷发活动散热;c.c.温
3、泉、地热释放的热量;温泉、地热释放的热量;d.d.地震释放的能量。地震释放的能量。1.2.2 1.2.2 热传播(三种方式)热传播(三种方式)a.a.对流对流:热对流是流体所特有的一种传热方式热对流是流体所特有的一种传热方式,是是 流体各部位发生相对位移而引起的热量转流体各部位发生相对位移而引起的热量转移;移;b.b.传导传导:热传导通常在固体中发生;热传导通常在固体中发生;c.c.辐射辐射:热辐射不须要任何传热介质而干脆以热辐射不须要任何传热介质而干脆以电电 磁波形式向外辐射热能。磁波形式向外辐射热能。1.3 1.3 地壳的热性质地壳的热性质 a.a.热导率(热导率():表明岩石导热量的特)
4、:表明岩石导热量的特性,为沿热传导方向单位厚度介质,两侧性,为沿热传导方向单位厚度介质,两侧温差为温差为11在单位时间内所通过的比热流量。在单位时间内所通过的比热流量。常用单位为常用单位为10103cal/cmsec 3cal/cmsec 。热导率的倒数为热阻。与其他的物理性质热导率的倒数为热阻。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,但同类岩石的热导率则变更的差异较小,但同类岩石的热导率则变更较大。松散物质如干砂、干粘土和土壤的较大。松散物质如干砂、干粘土和土壤的热导率最低,湿砂、湿粘土与某些热导率热导率最低,湿砂、湿粘土与某些热导
5、率低的坚硬岩石具有相近的热导率值。低的坚硬岩石具有相近的热导率值。影响岩石热导率取决于岩石成分和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。硬岩石具有相近的热导率值。热导率也存在各
6、向异性,热流方向热导率也存在各向异性,热流方向平行结构面时热导率高,热流方向垂直平行结构面时热导率高,热流方向垂直结构面时热导率低。结构面时热导率低。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所需热量称为岩石的比热。即热。即CQ/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。室温状况下,不同种类岩石的比热变更幅室温状况下,不同种类岩石的比热变更幅度不大,由于水的比热较大,随着岩石含水量度不大,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。的增加,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
7、)的乘积称岩石单位体积的热容量(称岩石单位体积的热容量(C),简称热容,),简称热容,单位单位(cal/cm3)。)。d.热扩散率:热扩散率:/C(10-3cm2/sec)表示岩石在加热表示岩石在加热或冷却时各部分温度趋于一样的实力。或冷却时各部分温度趋于一样的实力。岩石热扩散率主要与岩石热导率及密度岩石热扩散率主要与岩石热导率及密度有关,因岩石的比热变更不大,对热扩散率有关,因岩石的比热变更不大,对热扩散率影响较小。岩石热扩散率随岩石的含水量增影响较小。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。热扩加而提高,随温度的增高而略为减小。热扩散率也存在各向异性。散率也存在各向异
8、性。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。传输于地表,而后散发到太空中的热量。f.地温梯度:地温梯度:d/dz(/100m或或/km)。大地)。大地热流值、热导率和地热梯度都可以测定热流值、热导率和地热梯度都可以测定2地表温度地表温度2.1地表温度影响因素地表温度影响因素地球是个热体,它不断地把地球是个热体,它不断地把热量散发到空间,同时又接受太热量散发到空间,同时又接受太阳的辐射热量,散热和吸热之间阳的辐射热量,散热和吸热之间的平衡关系确定了地壳上层的
9、温的平衡关系确定了地壳上层的温度场。度场。以传导方式来自地球内部而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后通过地面散发到太空的总热量约为约为2.451020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,可见接受的热量年,可见接受的热量比释放的能量大三个数量级。比释放的能量大三个数量级。因此,地面及地壳最上层的温度状因此,地面及地壳最上层的温度状况实质上是由太阳的热辐射确定的。由况实质上是由太阳的热辐射确定的。由于太阳辐射具有周期性的变更,所以在于太阳辐射具有周期性的变更,所以在地壳最上层产生的日变更、年变更及世地壳最上层产生
10、的日变更、年变更及世纪性的周期变更。纪性的周期变更。地球表面某点温度,主要与该地点地球表面某点温度,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,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,太阳辐射的变更与当地大气层的有关,太阳辐射的变更与当地大气层的吸取状况、植被、雪的厚度、地形和地吸取状况、植被、雪的厚度、地形和地表水系分布状况等因素有关。表水系分布状况等因素有关。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地壳最上层温度受地面温度
11、周期性变更影响随着深度增加而削减,到确定变更影响随着深度增加而削减,到确定深度,地表温度变更对深部的影响渐渐深度,地表温度变更对深部的影响渐渐趋于消逝,该深度的地温基本保持恒定。趋于消逝,该深度的地温基本保持恒定。地温常年基本保持恒定的层、带为地温常年基本保持恒定的层、带为“恒恒温层温层”或或“中性带中性带”。“恒温带恒温带”很薄,很薄,有时可看为一个面。恒温带以上,地温有时可看为一个面。恒温带以上,地温受太阳辐射热影响而具有周期性变更,受太阳辐射热影响而具有周期性变更,这个带称为这个带称为“变温带变温带”或者或者“外热带外热带”。恒温带以下,地温的变更主要受制于地恒温带以下,地温的变更主要受
12、制于地球内部热,随深度增加而增加,称为球内部热,随深度增加而增加,称为“增温带增温带”或或“内热带内热带”。我国东部恒温。我国东部恒温带深度带深度202030m30m左右,恒温带温度左右,恒温带温度年年平均气温。平均气温。2.3 2.3 影响区域地温场的各种因素影响区域地温场的各种因素2.3.1 2.3.1 岩性岩性 低热导率岩层具有较大的地温梯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度,高热导率的岩层具有较小的地温梯度。梯度。2.3.2 2.3.2 基岩起伏与构造形态基岩起伏与构造形态 基底抬高部位上部的等温线为上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
13、曲凸曲线,基底抬高部位下部为下凹曲线,在上凸下凹等温线之间存在一条线,在上凸下凹等温线之间存在一条水平的等温线,称为热流平衡线。在水平的等温线,称为热流平衡线。在此线下,热流由坳陷区向隆起区聚积,此线下,热流由坳陷区向隆起区聚积,在热流平衡线以上,热流在垂直界面在热流平衡线以上,热流在垂直界面旁边向外散发。旁边向外散发。隆起区有盖层时,在平衡线以上,隆隆起区有盖层时,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、梯度及热流密度随相反。两区浅部温差、梯度及热流密度
14、随着盖层厚度的减薄而增大。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,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最大不超过隆起区与坳陷区基底高差的1.5倍。倍。2.2.3 2.2.3 岩浆活动岩浆活动 岩体冷却过程持续时岩体冷却过程持续时间与岩体的直径平方成正比,间与岩体的直径平方成正比,岩石的冷却时间是缓慢的,但岩石的冷却时间是缓慢的,但用地质时代尺度来看,则可忽用地质时代尺度来看,则可忽视。因此,第四系以前的岩浆视。因此,第四系以前的岩浆活动,其余热对地区温度场基活动,其余热对地区温度场基本无影响,或者可以忽视。本无影响,或者可以忽视。2.3.4 2.3
15、.4 地下水活动地下水活动a a地下水活动使围岩温度降低地下水活动使围岩温度降低 主要是地下水的侧向活动猛烈,主要是地下水的侧向活动猛烈,地下水补给、径流条件特别良好地区,地下水补给、径流条件特别良好地区,比如一些中小型盆地边缘部位,从补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,在快给区进入的温度较低的地下水,在快速流淌过程中,不断把围岩热量带走,速流淌过程中,不断把围岩热量带走,从而降低了地温。从而降低了地温。b b地下水与围岩温度平衡地下水与围岩温度平衡 一些大型盆地在巨厚沉积物中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,或者深埋的地下水,径流条件滞缓,或者为
16、沉积物形成同时保存下来的封闭水,为沉积物形成同时保存下来的封闭水,或者沉积层形成后,于或者沉积层形成后,于漫长地质年头进入含水层的地表水或者大气水。漫长地质年头进入含水层的地表水或者大气水。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局部地热增温型当大气降水渗入到地下,被岩温加热以后,当大气降水渗入到地下,被岩温加热以后,在有利的地质构造条件下,沿高角度断裂带或在有利的地质构造条件下,沿高角度断裂带或者急倾斜的透水地层,可上涌至浅部或出露地者急倾斜的透水地层,可上涌至浅部或出露地表。水在上涌过程中,由于流速太快,水温大表。水在上涌过程中,由于流速太快,水温大于岩温,在热水上涌通道四周形
17、成局部热异样。于岩温,在热水上涌通道四周形成局部热异样。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,形形成成确确定定范范围围的的高高温温异异样样。异异样样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简洁在此排泄。中的承压水简洁在此排泄。2.3.5 2.3.5 热水通道及其旁边温度场特征热水通道及其旁边温度场特征 热热水水上上升升活活动动均均有有确确定定的的通通道道,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
18、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猛猛烈烈,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,变变更更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
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