地热资源评估方法

后勤部长

各种物质在地壳中的保有量称为资源。地热作为一种热能，存在于地壳中也有一定数量，因此也是一种资源。对于地热资源的评价也象其它矿物燃料一样，要在一定的技术、经济和法律的条件下进行评定，而且随着时间的推移要作一定的修改。地热是一种新能源，目前虽有一些国家做了较多的地热资源评价工作，但尚缺乏世界性的全面评价。下面简要介绍几种地热资源的评价方法。 　　1、天然放热量法 - y# f$ }4 g$ D! A7 h" j- z　　早在六十年代初，新西兰人塔桑等采用一种评价地热资源的方法，先测量一个地区地表各种形式的天然放热量的总和，再根据已开发地热田的热产量与天然放热量之间的相互关系加以比较，以估计出该区域开发时的产热能。这种方法估算的地热储量较接近合理数量，也是水热系统经长期活动而达到的某种平衡现象。其值在相当长时间内是较稳定的。显然，天然放热量要比热田开采后的热量低，实际地热资源要大得多，并且因地而异。当然，这种方法只适用于已有地热开发的地区，对于未开发的地热地是无法估算的。 　　实测各地各种形式的天然放热量不是一件容易的事。因此，也可采取测定地热水中氯离子的排出量来估算天然放热量。地面的全部天然放热量几乎都是由对流系统的中心深部上升的地热流体带上来的热量。传导传热的热量可以忽略不计。若知道热流体的流量和温度，就可估计出排放热能的总量。用氯根焓图解法求出深部流体的温度及其氯根的浓度，而在地面测定氯根的排放量，两者氯根量的相除，即可得出为维持地面天然放热量深部流体在单位时间内应该上升的总量，并按深部流体的温度可进一步算出放热量。实践证明，这样得出的天然放热量只能代表开发地热时的最低热产率。通常还应乘一个倍数，才能得到开采地热能的合理产率。这个倍数，有的人主张4～10倍，也有人主张10～100倍，所以只是一个估计数。为了更简便地评价地热资源，与天然放热量的相关性，日本有人采用“水量补给法”估算水热系统地热资源，即： 0 ~6 O4 V/ j$ j6 [　　　　　　　　　　　　　　　　　Q＝S· P·n 　　式中：Q为地热流体的年产率 8 g; s. }7 ~2 ~  T0 x　　S为水热系统所在盆地的面积； 　　P为当年平均降水量； 　　n为年排放热流体的量与降水总量之比，一般为0.10～0.33之间。 - _9 o$ s* Q6 m8 E7 F. e5 Q7 @% I　　2、平面裂隙法 　　这种评价地热资源的方法，最早用于冰岛。其模型是：在渗透性极差的岩体中，地下水沿着一个平的裂隙流动，岩体中的热能靠传导传输传到裂隙面，再在裂隙表面与流水进行换热。这样流水受热升温，把不透水岩体中的热能提取出来。在岩性均一的情况下，开采热水的速率如果较慢，则提取出来的某一温度限额以上的热能总量就较大。这种方法计算的结果也是能流率，而不是可及资源底数。 使用这种方法有许多特定要求，如要求估算出裂隙的面积、裂隙的间距、岩层的初始温度、采出热水的最低要求温度，以及岩石的热导率和热扩散率等。因此，只有在类似冰岛的地质条件下才能使用这种方法，因为冰岛只有玄武岩，地层未经褶皱，只在熔岩的界面上才有透水层。而其他大多数地方的水热系统都是裂隙发育复杂，一般很难按照上列模式进行。 " j. f+ S/ w  P6 s8 j+ g　　3、类比法 　　这是一种较简便、粗略的地热资源评价方法。即根据已经开发的地热系统生产能力，估计出单位面积的生产能力， 然后把未开发的地热地区与之类比。这种方法要求地质环境类似，地下温度和渗透性也类似。日本、新西兰等国都采用过类比法评价新的地热开发区，效果比较好。采用这种方法，要求必须测出地热田的面积，在新西兰一般以电法圈定的面积为依据；也还要求知道热储的温度，在没有钻孔实测温度的情况下，可用地热温标计算出的热储温度。 ( R' [* z6 S) C* r" r　　4、岩浆热平衡法 3 r% H+ j/ i5 O- l, y9 U% e) u　　岩浆热平衡法主要是针对干热岩地热资源的评价，以年轻的火成岩体为对象。美国地质调查局采用这种方法评估了西部10个年轻火山系统的岩浆热储。其模式是：某一火成岩体从某一给定时间开始（假定最后一次喷发或侵入发生于某一时间，使岩浆的顶部顷刻间升至距地表办公里处），初始温度850℃，按传导传输冷却机制到某一温度，所采岩浆的热量多少取决于岩浆的侵入年代、岩浆体分布面积、厚度、 深度和形状等因素。 计算方法是先估算出岩浆体初始含有的总热量（Q总） 减去自侵入以来逸出的热量（Q逸），则现在存在岩浆体内的余热为： 8 Z" U$ T* p! O" w1 ?+ V　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Q存一Q总一Q逸 8 c4 l: o  `% S* B( ^: ^　　岩浆体初始含有的总热量可用下式计算： 　　　　　　　　　　　　　　　　 Q总=V·ρ[C（T。- Tr）] + H , C% b3 R, F  i# V　　式中：ρ为岩浆者密度，取平均值2．5克／厘米‘； 　　C为热容量，取平均值0．3卡／克·℃ 　　T。为岩浆温度，按酸性岩浆取850℃； ' h7 g! u) h: ?+ b　　Tr为参比温度，按10公里处正常地温300℃； 7 z9 \" C1 S- V$ B, e, a　　H为岩浆结晶潜热，以65卡／克计算； 1 y8 A. Y3 d! V　　V为岩浆体积，根据面积厚度计算。   F- E' B1 o; V- G　　 　　Q逸的求得，在传热机制和岩体状况已定的情况下，仅取决于开始冷却以来的时间。这个时间可从最后一次喷出岩的同位素年龄来判断，而岩浆体侵入后会使围岩增温，最终达到稳定状态，一般这个过程需要36万年。如果小于36万年，就意味着Q存-Q总。若大于36万年，则计算稍复杂一点。 　　5、体积法 , O. `! V( t. J7 C　　这种方法是石油资源估价的方法，现广泛借用到地热评价方面来。它的计算公式为： ) f2 J8 D& {$ |: U0 K, D2 g8 x　　　　　　　 Q＝ a· d[（ l - φe）·ρr· Cr＋ ρw·Cw）]（Tr一Tref） % ^" z0 Q, m8 a" X) {　　式中：Q为估算的地热能总量； 　　a为热储面积，按物探或钻探结果，以公里计； 0 ^- U- a  P8 i$ [  @　　d为可及深度内的热储厚度，以公里计； " J. N$ r3 a7 |; t, c　　ρr为热储岩石的密度，克／厘米，一般为2．2～3．1； 　　ρw为热水的密度，克／厘米，考虑含有矿物质； 2 T! ~: N% j, I( v　　Cr为热储岩石的比热，卡／克·℃，约0．2 6 d9 T" ?7 U6 _% N8 E, q0 n　　Cw为热储水的比热，卡／克·℃，常取值为13 % y; r) i2 D* I/ ]& u　　φe为热储的有效孔隙率，0～20%之间； 5 _" r, Z" ?- v5 c$ ^; A2 y　　Tr为热储的平均温度； 　　Tref；为参比温度，取当地多年平均气温。 . e" Y+ k9 V$ ^; W/ {- L" F　　实际影响计算精度的主要是热储面积，因而此式也可简化为： ! k( S# t9 G& n. l& R% x　　　　　　　　　　　　　　　　　Q＝a· d·ρC（Tr一Tref） 　　式中。ρC代表热储岩石和水一起的容积比热，一般取2．6焦耳／厘米’·℃。 　　在地热资源评价方法中，体积法较为可取、使用普遍，可适用于任何地质条件。计算所需的参数原则上可以实测或估计出来。地热能若用于发电，可按下式估算： 　　　　　　　　　　　　　　　　　E＝Q· er ) y& u& B* b. I2 z, b　　式中：E为总发电量，兆瓦·百年； 　　Q为可及地热能资源底数，卡； " [; }( Y2 [/ n/ l- t% z! _0 R) q　　er为地热能转化为电能的系数，即采收率乘发电效率。 0 V& k8 N. E2 K+ S$ O

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