◎ 李珊 宗振海

　　随着“双碳”目标的提出，清洁能源的使用已经成为一种潮流，作为清洁能源之一的地热能慢慢被大众熟知。那么，你对地热能了解多少呢？

　　地热能，就是来自地球内部的热能。它是一种清洁、可再生的能源，具有巨大的利用价值。与风能、太阳能等可再生资源相比，地热能最大的优势在于能量能够稳定连续地输出。与传统的化石能源相比，地热能几乎不会产生温室气体和污染物。

　　地热能是随处可见的，滚烫的岩浆从火山喷发虽然是一种灾难，但这却是地热最极端的力量展示。在地球表面的每个地方，地热能都在以我们难以察觉的强度向大气中慢慢散发它的热量。地球每年通过地表散发的热量巨大，但在有限的地区内不仅很小而且很分散，目前的经济技术条件尚无法收集和利用。在现有经济技术条件下，能为人类所利用的那些热量，才成为地热资源。比如温泉沐浴、地热流体取暖、建造农作物温室都是应用的典范。地热能的储量巨大，全球地热能约相当于4.27亿吨标准煤，相当于全球年度能耗总量的200万倍。据估计，地球内部的热能总量相当于全球煤炭储量的 1.7 亿倍。

　　地热资源的形成

　　地热能是如何产生的呢？那就先要从地球的构造说起。地球内部是一个巨大的热库，主要由地核、地幔和地壳组成。

　　设想一下，如果存在电影《流浪地球》中的“深地电梯”，我们搭乘着它从地表到地核，那么温度将从十几摄氏度逐步升温到6000多摄氏度。那将是一种什么样的体验？让我们开始深地之旅吧！

　　首先到达的是地壳，地壳是地球外表最薄的一圈，平均厚度约17千米，与地球半径相比，地壳很薄。地壳自上而下大体可以划分为变温带、常温带和增温带3个带。

　　变温带，它的温度主要受太阳辐射影响，随着昼夜、季节的变化而变化。若没了阳光的持续照射，地表温度就会急转直下，地表会变得十分寒冷。

　　到20～30米，就到了常温带，也是一口普通水井的深度。这里太阳辐射影响已是强弩之末，来自地球内部的热能刚好抵消上部地温的变化，使这一层的温度常年处于与年平均气温接近的稳定状态。

　　再往深部去就是增温带，就是地球内热起主导作用的地方，一直到地壳底界。这一厚达十几千米的地带，平均每深100米，温度就上升3℃左右，这一地带就叫作“增温带”。

　　再往下走，在地表下17千米～2900千米的部位被称为“地幔”。从进入地幔到地幔底部，温度大约从1100℃升至3700℃。

　　继续往下，地表下2900～6371千米的区域被称为“地核”。温度高达4000～6000℃，与太阳表面的温度不相上下，俨然一颗“小太阳”。

　　这些热量通过地壳的传导、对流和辐射等方式，不断地向地表传递。在一些特定的地质条件下，地下的热水和蒸汽就会形成地热能资源。

　　地下12226米是目前人类所直接探测到的地球最深处，但这个深度，还只是在地壳层。

　　那么地下10000米以内，除了有石油、天然气，还有什么？没错，那就是地热能，一种绿色低碳的可再生能源。它比风能更稳定，还不像光电受到昼夜影响。

　　地热勘探井施工现场。李珊 供图

　　地热资源的分布

　　地热资源分布受控于板块构造运动：低温地热分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区；高温地热集中在相对比较狭窄的地壳活动带附近。世界上高温地热资源主要分布在几个大的地热带上，一般也是板块边缘碰撞剧烈的地方。美国的盖瑟尔斯、长谷、罗斯福，墨西哥的塞罗、普列托，中国的台湾马槽，日本的松川、大岳等都属于“环太平洋地热带”。世界第一座地热发电站所在的意大利拉德瑞罗地热田、中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田都属于“地中海—喜马拉雅地热带”。此外还有“大西洋中脊地热带”“红海—亚丁湾—东非大裂谷地热带”。

　　我国地热资源非常丰富，分布广泛。目前主要开采水热型地热资源（一般在地下几百至数千米）和浅层地热能（一般在地下200米范围内）。

　　我国中低温地热资源主要分布于华北平原、江淮平原、苏北平原、松辽盆地、下辽河平原、汾渭盆地等大中型沉积盆地上，分布在山地的断裂带上的地热一般规模较小。在盆地特别是大型沉积盆地分布的地热资源储集条件好、储层多、厚度大、分布广，热储温度随深度增加，是开发潜力最大的地区。

　　我国适宜开发浅层地热能的地区主要分布在中东部省份，包括北京、天津、河北、山东、河南、辽宁、上海、湖北、湖南、江苏、浙江、江西、安徽等13个省（市）。

　　地热资源怎样改变了我们的生活？

　　地热资源正以前所未有的方式重塑我们的生活，其被广泛应用于居民供暖、地热发电、温泉康养、农业种植养殖等国计民生中，其中居民供暖是最主要的利用方式，通过梯级利用地热能，尽量降低尾水温度，能够最大限度地利用地热能。在农业领域，利用地热资源，配合太阳能、电能、风能等能源，模拟适合植物生长所需条件，给植物反季节生长提供所需温度、湿度、光照等环境和能量。总而言之，地热能这种清洁能源正在创造“零碳村落”“恒温城市”等新型生活方式。

　　地热资源的种类

　　综合考虑热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素，地热资源可分为浅层地热能、水热型地热能和干热岩型地热能三种类型。

　　浅层地热能指地表以下200米深度范围内、在当前技术经济条件下具备开发利用价值的、蕴藏在地壳浅部岩土体和地下水中、温度低于25 ℃的低温地热资源。浅层地热能包括浅层岩土体、地下水所包含的热能，也包括地表水所包含的热能。浅层地热能属于低品位热能，适合采用热泵技术加以利用，利用时不产生二氧化碳、二氧化硫等污染气体，目前主要用于城市冬季供暖和夏季制冷。

　　水热型地热资源，也称常规地热资源，是指较深的地下水或蒸汽中所蕴含的地热资源，是目前地热勘探开发的主体。地热能主要以天然出露的温泉和通过人工钻井直接开采利用的地热流体为载体。其中，水热型地热资源按温度分级 ，可分为高温地热资源 （温度高于150℃）、中温地热资源（温度介于90至150℃）和低温地热资源（温度低于90℃）；按构造成因，可分为沉积盆地型地热资源和隆起山地型地热资源；按热传输方式，可分为传导型地热资源和对流型地热资源。

　　干热岩，一般指温度大于180℃、埋深数千米、内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体。干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类岩体中，较常见的干热岩有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩等。干热岩开发利用需要人工制造热储，向注水井（回灌井）高压注入温度较低的水，使岩体产生裂缝。随着低温水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个大致呈面状的人工干热岩热储构造。注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换，被加热后以高温水或水汽混合物的形式从生产井中开采出来，利用后的尾水又通过注入井返回地下，形成一个闭式回路。

　　天津目前主要开发利用浅层地热能和水热型地热资源，其中水热型地热资源温度在40至113℃，属于中低温地热资源。

　　警惕不当的开发方式

　　地热资源虽属可再生能源，但不当的开发利用方式也会造成枯竭。如能合理开发，这种情况就能避免。什么是最有效的途径呢？答案就是地热回灌。

　　地热回灌是减缓地热开发对地质环境的不良影响、维持地热资源可持续开发的主要保护措施。著名地质学家李四光告诉我们，地热资源的开发，只有实现了取热不取水，才算进入了地热开发的大门。地热回灌就是将利用后温度降低的地热尾水或其他水源经过水质处理后通过回灌井重新注入热储层的技术，形成可利用的地热水，达到循环利用的目的，做到取之不尽，用之不竭。

　　（作者单位：天津地热勘查开发设计院）