第6章 地热能.pptx

第6章 地热能第1节 地热的来源及分类一、地热之库——地球1、地球的结构地球是个巨大的热库，地热就是这个天然大热库中蕴藏的热能。据估算，地热能的总量相当于地球内部埋藏的全部煤炭化学能的1.4亿倍。地热的蕴藏和显示特性与地球的地质构造密切相关。地球像个南北不对称的椭球，其赤道半径约6378km，极半径约6357km，而且南部偏大，北部偏小，所以有人把它形象地描述为“梨形”。科学家们认为，地球从地表到地心的大结构可分为3层：地壳、地幔和地核。在这3层结构中，地球物质的密度、成分和状态不同。(1)地壳地球最外面的一层固体硬壳为地壳，总的可分为大陆地壳和海底地壳。大陆地壳的厚度因地形构造不同而变化，平均厚度为35km，褶皱山系地壳的厚度可达70km。大陆地壳的表层是土壤层、风化层和沉积层，厚度0~10km；表层下面是花岗岩层，平均密度为2700kg/m3，主要由钠、钾、铝硅酸盐组成，因而也称硅铝层；再下面是玄武岩层，平均密度为2900kg/m3，主要化学成分是硅、镁、铝、铁，故称为硅镁层。海底地壳厚度只有6~11km(在大洋中脊甚至只有3km)；海地壳的岩石都是玄武岩，没有花岗岩层，平均密度为2900~3000kg/m3。地壳的下边界，即大陆地壳和海底地壳的玄武岩层的底界，称为莫霍洛维奇不连续面，简称“莫霍面”。莫霍面是一波速界面，在56km深处的莫霍面上，地震纵波(P波)速度从5.6km/s突增至7.8km/s。地壳并非是一个整体，按照20世纪60年代以后发展起来的大地板块构造和漂移学说，地壳是由六大主要的板块和一些小的板块组成的。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。地热资源，还有地震带、矿产资源的分布，都受到这种地壳地质结构的严格控制。(2)地幔地壳以下至地核的中间层是地幔，其下界在地表以下约2900km深处。地幔内部的结构非常复杂和不均一，但多数地球科学家根据地震波的变化把它分为上地幔与下地幔，地壳以下1000km的厚度定为上地幔，其余部分为下地幔。上地幔的物质成分主要是铁、镁硅酸盐，相当于二辉橄榄岩，密度为3300~4400kg/m3。上地幔的顶部是固态超基性岩层；岩层以下是一地震波低速带，称为软流圈；再往下是包含了相变带的复杂结构。地壳和上地幔顶部的橄榄岩层构成了地球外层的岩石圈。大陆岩石圈的厚度达250~300km，海底岩石圈的厚度100~150km。在岩石圈的下面，即从地表深处80~270km向下，由于地幔中的物质对流、压力、温度和物质成分等控制因素的作用，有一层地幔的物质变软，具有塑性，表现为一种不连续、不均匀的粘性圈层，这就是软流圈。证明是当地震波通过100~200km的地层深度时，P波速度由8.1~8.5km/s减慢到7.2~7.8m/s。软流圈的厚度有400~600km，它在短周期里表现为固体，在长周期里又可能发生蠕动。岩石圈是以刚性板块的形式存在的，由于存在软流圈，岩石圈好像是漂浮在软流圈之上，这对于地壳板块的构造和演变起着决定性的作用。由于岩石圈的厚度不均，质量不一，根据“浮力”原理，不同厚度的岩石圈凸入软流圈的深度是不一样的。软流圈以下的上地幔，总体呈刚性状态，但是里面也有相变带，不排除存在局部熔融状态的可能性。下地幔的物质呈固态，成分以金属氧化物与硫化物为主，因此下地幔又叫金属矿带，平均密度约为5700kg/m3。(3)地核地核是指地球内部地幔以下的中心圈层，即地表2900km以下至地心的部分。在幔核界面处，地震波向下穿过时，P波波速从13.6km/s下降到8.1km/s，S波由5.6km/s变得完全消失。由此推测地幔下面的物质呈液态。这个液态圈层的厚度约2254km，称为外核。在外核的下边界(5154km深处)，震波速度出现明显的上升界面，显示从外核的下边界到地心物质呈固态，这个区域称为内核。在外核和内核界面的两侧，有一薄的过渡层。根据地震波速的大小，推测外核的成分可能是高压、高温状态下的铁、镍物质；而内核的物质，一说为铁、镍成分，一说与地幔相似。据推测，地核里的压力高达32.2~36.5×1010Pa，物质密度可能高达9700~13000kg/m3。值得注意的是，近年来的资料表明，地球内部并不像鸡蛋那样圈层分明，即总的来说有一定的层次，但各个层次间的边界很复杂，横向上也有明显变化，因此上述壳—幔一核的分层结构模式是近似的，还值得人们进一步探索。2、地球的温度根据地质与地球物理学家的研究，地球内部的温度在正常情况下是愈往深处愈高。通过钻孔和矿井的温度测定，人们已经知道，温度随深度的增高为25~30oC/km。但如何估计温度测量不可触及的深部温度呢？实际上，从地表到地心温度随深度的增长速率是分段变化的。如果温度随深度按上面的速率增加，则地心的温度将高达数万摄氏度