地下热水

因地下局部热源或在正常地温梯度下加热而形成的地下水。地下热水的温度可以从摄氏几十度到几百度。在现代火山活动地区由于强大的热源,在地壳浅部(几百米至二、三千米)可以形成高温过热水和蒸汽。中国台湾大屯火山区地下热水温度达293℃,美国塞罗普里埃托温度高达388℃。在正常地温梯度地区,例如在一些褶皱带和盆地内,在千米深度范围内水温一般不超过100℃。地下热水沿着岩层裂隙或断裂构造上涌溢出地表,便形成温泉、喷泉或间歇喷泉。地下热水与冷水的温度界限,各国没有统一的标准,一些国家根据年平均气温、人体的感觉和水的物理性质等确定了各自的界限,大多数国家以20℃为界,如中国、前苏联、英国和德国等,美国为21.4℃,日本为25℃。

地下热水类型

根据不同的用途, 按温度有不同的分类。从疗养学观点,前苏联将地下热水划分为温水(20~37℃)、热水(37~42℃)、高热水(>42℃),日本分为微温水(25~34℃)、温水(34~42℃)、高热水(>42℃)。有些国家从利用地下热水发电的角度,可分为高焓热水(>150℃)、中焓热水(90~150℃)和低焓热水(<90℃)。中国除了疗养目的分类外,按综合利用的目的以及中国温泉水水温的特点,通常划分为低温热水(20~40℃)、中温热水 (40~60℃)、高温热水(60~100℃)和过热水(>100℃)。

按形成的地质作用和赋存特征,地下热水可以分为:

(1)与火山和岩浆活动有关的地下热水,它们通常是高温热水或蒸汽,在地面上常出露有热泉、沸泉和喷气孔。这类地下热水酸度较大,常含有较多的硫酸、硅酸、偏硼酸,以及铵、铁、氟、砷、锂等元素,气体成分常有二氧化碳、二氧化硫、盐酸气、硫化氢气等。

(2)褶皱山地断裂带深循环型地下热水,多为低矿化碱性中、低温地下热水,在断裂和岩层裂隙带常以温泉的形式出露地表。在中国的一些主要褶皱山地或山间盆地有广泛分布,如东部的一些山地、秦岭、吕梁山、天山等。世界一些褶皱带,如阿尔卑斯山脉比利牛斯山脉等均有分布。这一类地下热水多为低矿化的重碳酸型淡水。在中国东部地区,尤其是分布在燕山期花岗岩类岩石地区的地下热水中,常含有较高含量的硅酸、氟和放射性氡,气体成分以氮气为主。

(3)沉降盆地型地下热水,在中国许多大型自流盆地内,分布着不同矿化度和气体成分的中、低温地下热水。在东部的一些盆地,如华北盆地在1000米深度内可获得50~70℃的地下热水;而在西部的一些盆地内,一般在1000米深度内能得到40℃左右的地下热水。世界一些盆地,如巴黎盆地、匈牙利盆地、俄罗斯西伯利亚的一些盆地内都有地下热水的分布。中国盆地地下热水的化学成分和矿化度有很大的差别。东部一些盆地,如松辽盆地、华北盆地地下热水的矿化度一般较低,通常都小于10克/升,而江汉盆地、四川盆地柴达木盆地等分布着高矿化地下热水,矿化度最高可达360克/升,并富集有碘、溴、硼、锶、锂、钡、铷等元素。气体以甲烷和硫化氢气为主,这种水常与油田共生。

地下热水的利用

地下热水被广泛地用于工业、农业、医疗、发电、采暖、旅游业等。

地下热水在工业方面用于纺织、印染、缫丝、造纸、酿造制革、蒸馏、干燥、制盐、木材加工、制冷等工艺流程。从热卤水中可提取碘、溴、钾、硼、锶等,利用地下热水还可生产重水。中国北京、天津等城市的一些纺织厂利用地下热水,提高了产品质量。地下热水在农业方面用于育秧、农作物良种培育、土壤加温、孵化、养鱼以及培植水生生物等。天津、北京、河北等地,都建起了规模较大的地下热水温室,种植各种蔬菜。在中国西藏高原,利用海拔4300米的羊八井地下热水,建立了2000平方米的温室,种植了西红柿、黄瓜、青椒等蔬菜。地下热水中常常含有某些特殊化学元素,如硅、氟、铁、硼、锂、碘、砷以及铀、镭等放射性物质,此外还含有较多的气体成分,如二氧化碳、氮、硫化氢、甲烷和放射性氡等。由于地下热水中的这些特殊成分对人体具有生理上的影响,有医疗作用,人们自古用于治疗疾病。地下热水和蒸汽还可用于发电。美国、意大利、新西兰、日本、墨西哥、中国、前苏联等10余个国家,到1983年止,利用地下热水和蒸汽发电的总装机容量已超过3190兆瓦。中国到1986年止,总装机容量已达15000千瓦(不包括台湾省)。西藏羊八井地下热水电站,装机容量已达13000千瓦。

参考书目
  1. 黄尚瑶:《火山温泉地热能》,地质出版社,北京,1986。