（三）地热

　　地球内部储存着巨大的热能，这就是常说的地热。地壳表层的温度常随外界温度而有日变化和年受化，但从地表向下到达一定深度，具温度不随外界温度而变化，这一深度叫常温层。它的深度因地而异，在我国北方，温度具有年变化的深度大约在30m左右。在年常温层以下，地温随深度而增加，此增温规律可以用地热增温级或地热梯度表示。所谓地热增温级是在年常温层以下，温度每升高1℃时所增加的深度，单位是m/℃，例如，大庆的地热增温级为20m/℃，北京房山为50m/℃。地热增温级的平均数值是33m/℃。地热增温级的倒数叫地热梯度，即每深100m所增加的温度，单位是℃/100m。地热梯度的平均数值是3℃/100m。

　　地热增温的规律只适用于地壳部分或岩石圈（图1-7）。据地球物理资料推断，整个地球的平均温度约为2000℃。

　　地热的主要来源是由放射性元素衰变而产生的，如铀（U238，U235）、钍（Th232）、钾（K40）等（表1-2）。这些放射性元素衰变析出的总热能值，现有各种不同的估计，根据侯德封等1973年资料，至少为2.14×1021J/a。此外，也有一部分热能可能是由构造变动的机械能、化学能、重力能和地球旋转能等转换而来的。还有人认为地热是地球形成时残余下来的，这就是所谓“残余热说”。

表1—2各类岩石放射性元素含量（1/10⁶）及生热率

　　地球内的热能可以通过不同形式进行释放，如火山喷发、热水活动以及构造运动等都是消耗地热的形式。但地热释放最经常和持续的形式是地球内部热能从地球深部向地表的传输，这种现象称为大地热流。地球通过大地热流放热的现象是十分普遍的，只是单位面积（1cm²）的放热量很小，平均每秒钟只有6.15×10^-6J。热流量的单位为4.1868×10^-6J/cm²·s，通称地热流量单位（HFU）。虽然地表单位面积的每秒热流量很小，但整个地球表面在一年中的放热总量可以达到9.63×10²⁰-1.09×10²¹J，这个数字相当于燃烧300多亿吨煤放出的热量。可见地球本身是一个庞大的热库。地热流量或地热流值（Q）的计算公式是岩石导热率（K）和垂直地热梯度（dT/dZ）的乘积，即Q=K（dT/dZ），式中T代表温度，Z代表深度。一般是在室内测定岩心标本的导热率，在钻井中测量地热梯度，两个数值相乘，即得出地热流值。但用钻井岩心标本测定导热率存在很大困难，例如岩心标本离开它原来的位置，其温度、湿度和所受的压力等自然状态有了很大变化，有时岩心发生破裂，或者岩心取自松散岩层，凡此等等，都会使测量的数值产生很大误差。近年来研究成功一种地热流原位测定的仪器，特别适用于测量海底淤积层的导热率，大大推动了海洋地热流测定进度。到20世纪80年代末，全球地热值已测得1万多个，其中有2/3的数值是测自海洋。对全球热流量的研究得到一些有意义的结果：

　　（1）近年对全球地热流值的统计数字表明：全球平均地热流值为1.47±0.74HFU，大陆平均地热流值为1.46±0.46HFU，海洋为1.47±0.79HFU，大陆和海洋平均地热流值几乎相等。

　　（2）但地热流值的分布却具有明显的时空差异。以海洋而论，在洋中脊最高，为1.90±1.48HFU，海盆地区为1.27±0.53HFU，而距离洋中脊最远的海沟其平均值最低，只有1.16±0.70HFU。

　　（3）从岩石的新老或大地构造活动阶段来看，从古到新，地热流值表现为由低到高的趋向。如最古老的前寒纪地块为0.91±0.02HFU，早古生代加里东褶皱带为1.11±0.07HFU，晚古生代海西褶皱带为1.24±0.03HFU，中生代褶皱带为1.42±0.06HFU，新生代喜马拉雅褶皱带为1.75±0.06HFU。

　　（4）研究还表明，地热流值与岩石圈厚度有关。岩石圈越薄，则地热流值越大；反之，则越小。因此根据地热流值的大小可以推算出岩石圈的厚度，其推算结果与根据地震波推算的结果大体相符。

地热流所带出的热能是很分散的，目前只有在一定地质条件下富集起来的地热能，才能当作资源看待。在大陆地区，地热流值大于2HFU，一般被认为是具有良好地热资源的地区。大陆地热资源分布很不均匀，上面所述中生代褶皱带（相当于环太平洋带）、新生代喜马拉雅褶皱带（相当于地中海-喜马拉雅带）是两条著名的地热带，也是地球上著名的地震带和火山活动带。在这样的地带有很多地方的地热流值或地热梯度高于平均值，这种地方称为地热异常区。在地热异常区，地热传导给地下水，使之变成热水或蒸汽，然后再沿断层或裂隙上升到地表，这样就会形成温泉、热泉、沸泉或者喷汽孔、冒汽地面等，有时还会形成热水湖。所有这些现象都称之为地热活动的地表显示。凡是具有地热的地表显示或地热异常现象的地区，叫地热田。但热水的形成必须具备热源、水源、储集层和盖层等条件。

　　我国东部沿海地区（包括台湾在内）和西南地区西藏、云南等地，正好分别位于世界的两条地热带范畴内，所以地热资源很丰富，目前我国已发现热泉点2800多处（西藏地区未计入内）。据近年科学考察，西藏全区的水热活动区不下600处。其中拉萨西北羊八井热汽井，钻井深只30m，而温度达130℃的热水汽喷高30多m，是大型地热田之一。热泉、温泉之外，也可以通过钻井把地下一二千米以内的热水抽到地面上来，加以利用。热水除直接利用外，还可用以建立地热发电站。70年代以来，我国已在广东丰顺、河北怀来以及湖南、山东、江西、辽宁等省建成小型地热发电站。在西藏羊八井还建立了第一座直接利用地热汽发电的地热试验站。

　　目前全世界对地热的利用还主要限于地表和地下热水方面，但近年已注意到如何进行“高温岩体”的利用问题。如日本正在进行开发高温岩体热能试验。其方法是在岩浆岩体上开凿一破碎井（或利用废井），在井下采取措施，使下面岩体产生龟裂，然后注水到地下岩体龟裂处，同时在地面另凿一生产井，提取利用基岩热产生出来的蒸汽，推动涡轮机发电。1992年在山形县挖掘了一口深2200m的实验井，成功地进行了第二次制造龟裂的实验，并准备继续进行破碎井与生产井之间水汽通过连续循环实验。据认为如果能开发4000m以下岩体热能，则仅日本的这项可以利用发电的能源资源即可达到4亿kw以上。由此说明，地热资源的开发利用，蕴育着无限广阔的前景。