水热系统组成

水热系统是由水源(包括初生水、岩浆水以及大气环流水等)、热源、热储层、冷热水环流通道以及在其中作对流循环的地热流体所构成的体系。

在水热系统中，主要传热方式是对流。对流运动使系统上部的温度升高，使加热带的温度下降。水热对流运动明显地干扰热传导作用产生的地热梯度。在水热系统中，近地表处的地热梯度往往很高，但随着深度的增加将很快地下降，一直达到水热系统的基底温度为止。

根据水在对流系统中存在的状态，可以把水热对流系统分为五种类型。如图《水的沸腾曲线》所示。在地下，水的沸腾温度随着深度的加深而增加，曲线的位置就是地下某个深度发生沸腾的地方。在曲线的下方，水以液态方式存在，在曲线上方，水以气一液两相状态存在。

水热系统温水系统

有的水热系统无论在地表，还是在深部，水都是以液态存在，也就是说不可能发生沸腾，这种水热系统就称为温水系统。世界上绝大部分温泉都可能是属于这种温水系统。它是在缺少年轻火成侵入体地区所发育的环流系统，它可以由大气降水在传导区域热流机制下的深循环过程产生。

形成这种系统的先决条件是存在足以使水发生循环的高渗透率的断层或破碎带。热水的温度主要取决于区域热流量的大小和深循环的深度。

水热系统热水系统

如果水在地下深处以热水形式存在，只是当它上升到地表附近时，才发生沸腾，这时在地表也有沸泉出露。但是，他们的沸腾深度很浅，常常只有十几米，有时也可深达数百米，但是仅发生在井管之中或热储层的顶部，整个热储层含有的还是液态的水，这种水热系统就称为热水系统。两者的差别在于后者出现于活火山附近。我国西藏羊八井地热田就是一个热水系统，其地下的沸腾深度，在热田南部仅有十多米，往北才逐渐加深。

水热系统两相系统

如果地下沸腾带比较深，那么，储热层中不仅含有热水，也含有大量的水蒸气，这种水热系统就称为两相系统。在世界上许多已开发的高温地热田都属于两相系统。它们沸腾带的深度可达上千米深。沸腾带愈深，含水蒸气的量愈大。因此压力也比较大。沸腾带的深度不同，热田的特征也不同。

水热系统蒸气系统

如果在储热层中所含的全部是干蒸汽，则可以称为蒸汽系统。目前，在世界上已确定的蒸汽系统为数不多，它们是意大利的拉德瑞罗(245℃)，美国的盖瑟尔斯(245℃)和印度尼西亚的卡瓦卡玛江。在235℃时的水蒸气具有最高的热焓值，达到669．8kCal/kg。另外，有人认为日本的松川地热田也属于这一类。

水热系统地压系统

当沉积盆地具有深埋的、充满水的渗透层，它们被后来的细粒沉积物严密地封闭起来，渗透层埋得很深，可达4 000—5 000米，水温只有150℃～180℃，压力却极高，典型孔隙压力值大体等于100MPa，所以称为地压系统。在地压系统中的地热流体，除了含有大量的热能和机械能以外，还含有大量的甲烷。地压系统首先是在墨西哥湾勘探石油时发现的，目前还没有开发，主要是工程问题还没有解决。如果能解决的话，它们就会成为美国的重要地热资源。 2100433B

温泉是地热能最直观和常见的地表显示。大气降水渗入地下，从深处的岩石中汲取热量，以高温热水或蒸汽的形式赋存于地下，形成常规地热水热系统。地下热水沿着适当的断裂或裂隙通道上升返回地表，由此可能形成温泉。此外，还有一种不大常见的地热资源是由含大量甲烷的异常高压地热流体形成的地压地热系统，多分布于大型沉积盆地深处。

由于自然形成的水热系统和地压地热系统需要很苛刻的地质构造和地下流体条件，这类地热资源的分布范围有限，绝大部分地热能是以干热岩（即不含或仅含少量水的高温岩石）的形式存在的。与常规水热地热资源相比，干热岩的地热资源储量巨大，因为大陆地区近地表平均地温梯度为3℃/100m，原则上在任何一个地方只要钻到地下足够的深度，都可以获得能够满足发电或其他用途所需要的高温。国际地热学界和新能源学界普遍认为，干热岩是地热作为替代能源的希望所在。与传统的化石能源以及其它低碳能源相比，地热能源具有许多重要的特点。

（1）属本土能源。地热能来自国土地下，潜力巨大，作为替代能源，地热能源开发可以减小国家对进口石油和煤炭的依赖，有利于国家能源安全。

（2）稳定性好。21世纪新建地热电站平均利用系数大于90%，远高于太阳能发电、风电、核电和火力发电厂。

（3）带动系数高。具有多种综合利用价值，可以带动包括旅游在内的相关产业发展。

（4）占地少。地热发电单位装机容量占地比太阳能发电、风电、煤电及核电等至少低一个量级。

（5）环境友好。如果实行合理回灌，可以基本做到零排放。

（6）成本低。国际能源署的最新评估显示，无论是现在还是将来20~30年内，地热发电成本都将大大低于太阳能发电、风电和煤电等。原因在于地热能源开发虽然早期勘探投资高，但建成后无燃料费用，运行费用极低。

地热资源储量巨大，我国是世界上最早开发利用地热温泉的国家之一，但是直到目前基本上还在延续祖代相传的地热直接利用的模式，在利用地热发电这一现代化新能源开发方面相对落后，原因之一是受我国缺乏适合于发电的高温地热资源的传统观念的制约。随着地热勘探开发技术的进步，特别是增强型地热系统技术的日益成熟，可开发利用的地热资源已经不再局限于常规的水热系统，也包括干热岩。中国西部沸泉众多，具有丰富的高温水热系统；东部不乏中低温温泉，而且“热盆”发育，花岗岩体分布广泛，第四纪火山活动强烈，不仅具有巨大的油热联产和常规水热系统开发潜力，还可能具有丰富的干热岩资源。地热学界和产业界 应该与时俱进，改变旧的观念，重新评估我国包括水热系统和干热岩在内的地热资源分布，政府主管部门则应该相应调整国家地热能源开发战略布局，在继续鼓励西部高温水热系统地热能源开发的同时，应该鼓励在能源需求旺盛的东部地区大力开展盆地地热和火山地热能源勘探开发，产学研合作，选址打造示范工程，以期迅速改变中国地热能源产业严重落后的现状，实现产业自身的可持续发展，在发展低碳经济、确保能源安全、减少空气污染的发展战略中发挥更大作用。 2100433B

地热热储是以包含的蒸汽多少来分类的，如果不含有蒸汽，可考虑以距地表何处出现沸腾区来分类。在一个水热系统中，地热热储自然组成的范围是依靠它的温度、深度、含气量以及它的传导特性等决定的，所以在不同深度可能有多个传导层或热储。

鉴于地质构造、形成机理、变异条件的不同，地热热储可大致分为4类:

(1) 温水型热储

这种热储的温度范围在90-180℃之间，由于温度和压力不很高，即使在开发时也不会沸腾，一般可直接利用，如冬季采暖、洗浴、养殖、种植、理疗等。我国大部分热田均属于温水型热储，直接利用范围相当广。

(2) 热水型热储

该类型热储在开发初期显示温水型热储的特性，但经过一段时间的开发则产生沸腾，温度区间一般在200-250℃(在这一温度区间，气体的存在可使热水沸腾) 。

(3) 两相流液体型热储

在两相流液体型热储中，它的自然状态是：含水层中包含了液体和汽体。尽管温度在220-300℃之间，当温度降低时可产生气体而引起沸腾。

(4) 两相流汽体型热储

汽体型热储上部也包含一个两相层，在这种状态下液相稀疏，扩散广但不流动，所以在热田的开采井口只出现蒸汽。热储层的温度根据深度和汽体含量在230-320℃之间变化 。