1.2　地热资源与地热带

1.2.1　板块构造和地热带分布规律

地热资源的分布主要受地质构造的控制，20世纪60年代以来，在大陆漂移、海底扩张和地幔对流等假说基础上发展起来的板块构造学说，是当今世界地质学界的一种新兴的全球大地构造理论，它将造山运动、岩浆活动、变质作用和成矿作用结合起来，构成一个统一的动力模型。应用这一学说来指导地质和地震科学研究，解释成矿作用和矿产分布规律，探索地热分布规律，都已取得很好的效果。

根据板块构造学说，地质学家发现地壳主要由六块主要的板块和一些小的板块组成。这六大板块是：太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。板块构造学说认为，地壳和地幔是由密度小的大陆物质组成，好像一个“筏”放在刚性岩石圈上，岩石圈再“飘浮”在软流圈上，如图1-3所示。由于软流圈的对流作用，使这些大陆壳“筏”向各个方向移动，与大洋板块或其他大陆壳“筏”相碰撞或分离。也就是说，高温炽热物质在大洋中脊处上升，产生新洋壳并使这些岩石圈板块沿着大洋中脊这个扩张中心向两边分离、生长，并向外移动，同时板块之间沿着水平向彼此相对移动、相互滑过或错动，随着新生岩石圈向两侧扩张并逐渐冷却下去，至海沟处，冷却下来的岩石圈板块又重新插入上地幔软流圈中，渐趋消亡。这些相互作用的地区就是地质活动区。在这些地区发生着火山喷发、造山活动，一板块在另一板块下消亡（消减）以及一板块交叠在另一板块上（增厚），见图1-4。这些活动产生的热物质就是岩浆。在地质活动带会产生岩浆侵入体，常见的表现形式是火山。板块边缘就成为地震活动和构造活动的主要源地，也是高温地热田的分布地带，见图1-5。

全球有4个主要的板缘地热带：

① 环太平洋复合型地热带，包括东太平洋洋中脊型地热亚带、西太平洋岛弧型地热亚带、东南太平洋缝合线型地热亚带；②大西洋洋中脊型地热带；③红海—亚丁湾—东非裂谷—洋中脊型地热带；④地中海—喜马拉雅缝合线型地热带。

据热流实测资料，无论在大西洋、印度洋或东太平洋中脊处都已观测到高热流，热流平均值为1.90HFU，最高达8～9HFU；而在海沟处见到低热流，平均值为1.16。热流值变化大的地方，正好与板块边界相吻合。这就进一步说明，地球热场的分布与地壳运动和构造活动性之间有着密切的关系。

大量研究成果表明，世界范围内地热资源的分布有着明显的规律性。高温地热资源都集中在分布相对较狭窄的地壳活动地带，即公认的全球板块的边界；而低温地热资源则广泛分布于板块内部。但在板块内部一些存在热点、热柱的地方，也可能分布有高温地热资源。这就是说，地热的分布是严格受板块构造的控制。

1.2.2　地热带分类

按照板块构造学说，全球的地热带可划分为板缘（或板间）地热带和板内地热带两大类。

（1）板缘地热带

板缘地热带属火山型。在这些地方的地壳浅部，存在着强大的火山或岩浆热源，可以观测到高热流及高强度的区域地热异常，地表水热活动强烈，高温地热资源丰富，地热田温度普遍高于当地水的沸点，多数在200℃以上。表1-3所示为世界高温地热资源概况。

板缘地热带包括以下四个主要地热带。

1）环太平洋地热带（复合型）　这是一个沿板块边界展布的巨型环球地热带。环太平洋的一些主要高温地热田都位于这个带上，如美国西部的盖塞斯、英佩里谷和墨西哥的塞罗普列托，萨尔瓦多的阿瓦查潘和智利的埃尔塔蒂奥，俄罗斯堪察加的波热特，日本的松川和大岳，中国台湾的大屯，菲律宾的蒂威和汤加纳，印尼的卡莫将，新西兰的怀拉开、布罗德兰兹和卡韦劳等。由于太平洋板块与其相邻的欧亚、印度洋、美洲、南极洲等巨型板块，其界面的力学性质复杂，因而沿板间界面展布地热带类型比较齐全，如洋中脊型、岛弧型和缝合线型等，因而称其为复合型。

2）大西洋地热带（洋中脊型）　这是出露于大西洋中脊扩张带的一个巨型环球地热带，位于美洲、欧亚、非洲等板块的边界，其大部分在洋底，洋中脊出露海面的部分，主要有冰岛的克拉弗拉、纳马菲雅尔和雷克雅未克等高温地热田。该地热带的高温地热活动与该地区的活火山作用及现代断裂活动有密切关系。地热带在陆上的主体部分，其热储温度多在200℃以上。

3）红海-亚丁湾-东非裂谷地热带（洋中脊型）　该地热带沿洋中脊扩张带及大陆裂谷系展布，位于阿拉伯板块（次级板块）与非洲板块的边界。分布于该地热带内的高温地热田有非洲的吉布提、埃塞俄比亚的达洛尔及肯尼亚的奥尔卡利亚等，热储温度都在200℃以上。

4）地中海—喜马拉雅地热带（缝合线型）　位于欧亚、非洲及印度洋等大陆板块碰撞的接合地带，西起意大利，向东经土耳其、巴基斯坦进入我国西藏阿里地区，然后向东经雅鲁藏布江流域至怒江而后折向东南，至云南的腾冲第四纪火山区。在该地热带内的著名高温地热田有意大利的拉德瑞罗和蒙特阿米亚特、土耳其的克泽尔代尔、印度的普加以及我国西藏的羊八井等，热储温度分别在150℃和200℃以上。

上述高温地热田多为干蒸汽田及湿蒸汽田。一个地热田的形成是各种地质作用，如火山作用、岩浆活动、断裂作用、沉积作用等综合影响的结果，是受许多复杂的地质、水文地质、地球热态等因素所控制，其中必须具备的条件就是4个字，即储、盖、通、源。储是热储层，盖是盖层，通是指构造通道，源包括热源、水源及水中物质成分的来源。热源对形成热田是高温还是中低温起着决定性的作用。

图1-5所示为高温地热田的构造模型，是热田的理想模式。图中A点经B、C、D至E点表示从补给区至排泄区的典型循环路线；C点以下经F点至G点表示在热源影响下温度逐渐增高。

分布在环球地热带的高温地热田，其形成都有许多共同特征，认识这些特征对了解高温地热田的形成是很有好处的。这些特征是：

① 热田浅部有正在冷却的火山物质侵入的岩浆体等强大热源；

② 有良好的热田表部保温隔热盖层，盖层由致密的火山岩或其他沉积岩层构成；

③ 盖层下有透水性较好的孔隙、裂隙或岩溶热储；

④ 基底有裂隙发育的构造断裂带作为热流体上升的有利通道；

⑤ 地热增温率和大地热流值明显高于地壳平均值；

⑥ 地壳水热活动强烈；

⑦ 水质主要为氯化物及磷酸盐型，水中含有大量的硅酸和氟，多数呈酸性或强酸性反应；

⑧ 热水90%以上来源于大气降水；

⑨ 伴生矿床及现代成矿作用主要有汞矿、硫磺矿、黄铁矿及辉锑矿等。

（2）板内地热带

板内地热带是指板块内部地壳隆起区（皱褶山系、山间盆地）和沉降区（主要为中新生代沉积盆地）内广泛发育的板内低温地热带和少量在板内特定条件下（即有热点、热柱处）形成的高温地热带。

板缘地热带和板内地热带的主要区别在于：板缘地热带的板块边缘有近代火山喷发及岩浆侵入作为高温地热带形成的必备热源条件，属火山型；板内地热带的板内，除个别特殊情况外，一般无火山或岩浆热源，板内地热区的热源系来自地下水的深循环在正常地温梯度下由地壳内部获得的热量。板内曾发生过的多期岩浆活动对地热区的影响，主要取决于岩体侵入的地质时代。中新世（新第三纪早期）到第四纪以来的岩浆侵入和喷发对地热区的形成才有意义，这以前的岩浆侵入和喷发所带出的热量已消失殆尽。

板内低温地热带可分为隆起断裂型和沉降盆地型两大类型。

1）隆起断裂型　隆起断裂型系指地壳隆起区多沿构造断裂带展布的常呈带状分布的温泉密集带。带的长度取决于构造断裂带的规模。其形成特征为：热水由地下水经深循环加热而成，浅部无近代火山或岩浆热源；热水沿深断裂带上涌至地表或浅部，常以温泉形式出露于山间盆地及滨海盆地或山前地带，多出露于河谷底部或阶地上；热水起源于大气降水；温泉区没有盖层或盖层较薄；在热水主流带附近常形成局部热异常，异常中心的地温梯度可比正常值高2～3倍以上；水质类型比较单一，在花岗岩、火山岩及片麻岩地区，大部分为低矿化的重碳酸盐钠质水，多呈碱性，水中氟及硅酸含量较多；在灰岩及砂岩地区，多为磷酸盐-钠-钙型水或重碳酸盐-磷酸盐-钠-钙型水。沉积物多为钙华。

2）沉降盆地型　沉降盆地型一般指地壳沉降区内沿基底或盖层内构造断裂带展布的地热带或大型自流热水盆地。它又可分为沉积断陷型与沉积拗陷型两类。

① 沉积断陷型热田　其特征为沉降区有厚层沉积物覆盖的地堑地垒或构造盆地，边界有控制性断裂，基底阶梯状断裂发育。这类热田形成的特点是：热水也是经深循环在正常地温梯度下由地壳内部获得热量；有较厚的隔热盖层；地温梯度接近正常值或略高；水源也是大气降水，有的地区尚有少量封存水（古沉积水）；基底岩层内断裂发育，深循环加热后的热水沿这些断裂上涌，富集于基岩顶面的突起部位或突起的一侧，形成隐伏热异常，其分布面积较大，从几平方公里到几百平方公里不等；水质以氯化物-钠质型水和氯化物-重碳酸盐-钠质型水为主。矿化度一般小于1g/L（有的地方可达3～8g/L），水中含氟及硅酸。这种类型热田与油田关系密切，所以油田勘探开发中常遇到热水。目前华北地区不少正在利用的地热井，最初就是油田勘探开发时打出来的热水井。

② 沉积拗陷型热田　其特征为在地壳稳定下降过程中边拗陷边沉积条件下形成的，边界一般无控制性断裂，为连续沉积盆地。这类热田的特点是：地热水在水平或微倾的含水层中缓慢运行，水温接近岩层温度；地温梯度接近或低于正常值，水温较低（同一深度比上述断陷型盆地的热水温度低10～20℃）；热储以层状为主，断裂通道不发育；分布面积很大（几十至几百平方公里，有的可达数千平方公里）；水源大部分为古沉积水，矿化度很高（一般为100～200g/L，最高可达300g/L以上），为高矿化卤水，气体成分主要为甲烷。这类热田也与油气田和热卤水田关系密切。

（3）热点和热柱

近年来发现地球上有100多个孤立的火山活动小区域，其地表热流值也很高。这些小区被称为“热点”。它不一定分布在板块边缘，许多位于板块内部。从热点地区火山喷出的熔岩是包括较多锂、钾、钠等碱金属的玄武岩，说明是来自岩石层下深处的地幔物质。由于热点都在地球的深层，所以它不随板块一起运动，因此地表往往留下死火山的痕迹。

根据热点的特征，人们推测热点可能是“热柱”引起的地表现象。热柱是指一种上升的圆柱状高温物质流，它从地幔内上涌出来，然后像热的钻头不断向上开凿，一旦将岩石圈块凿通，岩溶便大量外溢形成火山。