地热地质学十篇

地热地质学篇1

一、明确学科意义

我们人类就生活在地球上，人类活动与地理环境有着密切的关系，自然环境为人类的生活和生产提供了不可缺少的条件，而人类活动又无时无刻不在作用于环境，利用不当时，就会出现生态平衡失调的现状。所以学好地理知识要明确它的深远意义，也是新时代对每个公民的最起码的要求，它能使我们放眼世界，展望未来，开阔我们的胸怀。

二、加强目标教育

学习是一项艰苦的脑力劳动，需要有一股恒心和毅力，这个力量来源于正确的学习目的和动机。目的和动机是以需要为基础的，过去只用升学来诱发学习目的和动机，这是很片面的。要对学生说：“将来大多数学生都要投身到祖国的建设事业中，无论干哪一行，都离不开地理知识，在我国古代人们就用上知天文，下知地理来形容一个人知识的广博。那么我们现代人更应把它重视起来，将来才能更好地建设我们的祖国，不盲目地生存，将来经商的时候才能知道哪里出产什么，有利于商业活动。只有了解了我们人类赖以生存和发展的地理环境，掌握人类活动和地理环境的关系，将来人类和自然才能和谐地发展，自然界才能不给人们带来灾难。”

三、架起师生相通的桥梁

师生之间应是平等的关系，对好中差不同的学生也要保持平等的关系，不能对学生有亲疏厚薄之分，要因材施教，调动每个学生都参与学习，让他们体会到学习地理知识的快乐。教师只有尊重，爱护，和关心学生，学生才能愉快地学习。所以我们教师在教学中要注意以美好的口才，自然的教态，和脑子里丰富的知识，以及和蔼可亲的口语来换得学生的尊重，每当上课时，都让学生以笑脸相迎，把对老师的爱转化成学习的动力。

四、巧妙教学

地理学科也是一门科学，地理教师应该具有恰当的教学方法，丰富的空间想象力和思维能力，在教学中还要用恰当的教学方法，培养学生的学习兴趣。首先，教师在讲新课时，应该用教学挂图，把它挂在黑板上，让学生带着思维阅读课本上的文字，边看书上图，再对照前边教师的大挂图对比着学习，把知识落实在地图上来记忆，这样很直观，很有空间想象力，和地理事物的真实性。其次，在讲完新课的练习中，教师可以在黑板上画草图变相出题型，让学生把知识学活，如果画图的水平不高，不太象也没关系，只要能把关键的地理事物和名称表现出来就行。比如画中国地图时，必须画出辽东半岛，山东半岛（黄河入海口），长江入海口，杭州湾，珠江口，雷州半岛，台湾岛，海南岛等，我以前看有的老师上课不拿地图，也不画版图，画图了也太简单过分了，那样会让学生有错觉，记不住需要掌握的地理知识点。比如讲中国的主要铁路，不画出珠江口，就定不了广州的位置。 再次，教师要多阅读课外书籍，把丰富的地理知识结合在课堂教学中，用理论联系实际的方法讲解知识，会拓展知识面，还要教给学生学习技巧，让学生掌握知识的形成过程，懂得理论知识的科学性。不要死记硬背地理知识，要培养学生独立分析获取知识的能力。例如，问学生：“为什么赤道附近的东非高原不是热带雨林气候？”这样的问题不是背就能解决的问题。要分析才能得出答案：由于东非高原地势较高，气温较低，改变了那里的气温和降水状况。这是受地形因素影响的结果。地理科也是理性知识，有很多学生和老师以及校长都认为地理是属于死记硬背的，这是一种错误想法。

五、积极开展课外活动

地热地质学篇2

[关键词] 地热能 地球的物质层次包压模式 原始石油 气候类型

[Abstract] the existence of geothermal energy is the Earth’s fundamental， it is the Earth’s body with the outside vortex precession of confrontation in the air-conditioning fluid， circulating flow， slow consumption， gradually led to changes in the Earth’s physical level， but also has the effect of the Earth’s physical andthe evolution of life， after which the earth’s geothermal energy， material and life in the process of withering away towards depletion deduction with longer or shorter generation， reproduction， development， and the death of the entire process.

[Key words] Geothermal The Earth’s physical level of packet compression mode

Original Oil climate types

原始地球同太阳一样，也是一个发光发热、金光灿烂的火球，在长期的演化中，地热能逐渐消耗，地表物质逐渐冷却，变成了今天蓝色的星球。地热能的消退过程，也是地球物质和生命生成和演化的过程。在地球旋涡体内，热地球受到外面旋进冷气态的包裹推压，地球热能向外宇宙空间的扩散受到外面冷物质层次的包压阻挡，使地球就像一个盖着锅盖煮饭的锅，一部分热量向外扩散了，一部分热量向内循环流转，使地球的热量缓慢消损耗掉，在热量循环流转的空间里，孕育了地球的物质和生命，物质和生命就在这个空间里生成、繁衍、发展和死亡。

一、地球的物质层次包压论

1．地球原始物质层次包压模式

相互作用的流体物质向同一方向作有序运动，性质相同或相近的物质会相吸引而凝聚在一起，形成性质相对稳定的物质形态。根据这一原理与冷热物质能量力量的对抗原理，在地球旋涡体中，从外到内表现为最轻质量物质层到最重质量物质层向里依次层层包压的状态，物质层次的温度从外到内层层递增。

原始地球物质层次从外到内大体依次表现为：第一层是气体热流体层；第二层是轻金属热流体层；第三层是重金属热流体层；第四层是不知名的热流体层；第五层是地心热核反应层。这些层次的最外面是由寒冷的宇宙原始气体层包裹着。

各层相对应的元素依次分别是：第一层是氢、氦、碳、氮、氧等气体物质；第二层是钠、镁、铝、硅、钙、铁等轻质量金属物质；第三层是银、锡、钨、铂、金、铅等重质量金属物质；第四层是不知名的热流体物质；第五层是进行热核反应的不知名物质。

以上所举的物质只是那一类有代表性的物质，而不是全部。

2.地球物质层次的物质化学反应顺序

根据地球旋涡体的原理，外面冷气体旋进包压热地球并推动其旋转，冷热物质的对抗是从外向内逐步推进的，因此，地球的热能是从外向内逐渐被消耗的。地球表面从上百万摄氏度的高温降到现在能达零下几十度的低温，为各种物质能在不同的温度下进行化学反应生成新的物质、新的物质之间又进一步进行化学反应和演化生成更新的物质创造了条件。地球各层次的物质反应和演化，从外到内按顺序依次为：

首先，外面包压的宇宙气体与第一层的各种高热气体物质之间进行化学反应，生成各种离子物质；

其次，各种离子物质与第一层的各种气体物质之间、第一层的各种气体物质相互之间进行化学反应，生现离子物质和水、二氧化碳、烷烃类、酸碱类、醇类等化合物的蒸气形态或液体形态；

再次，第一层的各种气体物质和它们进行化学反应后生成的各种化合物同第二层的轻金属热流体物质之间、第二层的各轻金属物质相互之间发生化学反应，生成氯化钠、氧化硅、氧化铝、氧化铁等各种化合物，这些化合物又进一步进行化合反应或聚合反应，生成各种岩石和其他化合物。

第四，第二层的各种轻金属物质与其生成的各种化合物同第四层的重金属物质之间、第三层的金属物质相互之间进行化学反应，生成各种化合物。火山爆发时喷发的第三层的岩浆中的物质也与第一层的气体物质或第一层反应生成的化合物发生化学反应，生成新的物质。

将来向内依次是高热流体物质层和地心热核反应层的反应。（略）

3.现在地球物质层次包压模式

原始地球发展演化到今天，生成了无数新的物质，其物质构成层次也发生了一些改变，今天的地球物质层次大体表现为：第一层是离子层；第二层是气体层；第三层是液体层；第四层是轻金属化合物层；第五层是重轻金属化合物层；第六层是不知名的热流体物质层；第七层是地心热核反应层。这些层次的最外面是由最寒冷的宇宙原始气体层旋进包裹着。

各层大体相对应的物质分别是：第一层是各种离子物质；第二层是氢、氮、氧、二氧化碳、液体蒸气等各种气体物质；第三层是水、烷烃类、醇类等各种化合物的液体形态；第四层是各种轻金属物质构成化合物，主要表现为各种岩石和矿物；第五层是各种重金属物质构成的化合物，主要表现也是各种岩石和矿物，但与第四层有区别；第六层是不知名的热流体物质；第七层是进行热核反应的不知名物质。第四层构成地壳的表层，第五层构成地壳的内层，第六层构成地幔，第七层构成地核。第一层在外，第七层在里，从外到内层层包压，构成了地球的物质层次包压模式。（以上只是非常粗略的层次划分，除了宇宙气体层以外，各个层次还可以细分。各层次之间并没有严格的界线，各层次的物质在运动中常常相互渗透）

4.地壳的通气功能

地壳就象一块满是通气小孔的皮肤包盖在地幔上。由于地热能向外扩散受到外面冷物质层的层层包压阻挡，扩散的能量一部分向外被消散开了，一部分又向地球内部折回，进行循环流转，使地壳形成一个从内到外布满无数通气小孔的盖板，如同在锅里盖着锅盖煮饭一样，蒸汽在锅里上下循环流转，饭熟后，从锅底到表面形成了无数的通气小孔。地球内部与外界进行的物质能量的交换就是通过这些小孔完成的，大气压把地面上的气体、水、各种有机物液体等物质从这些小孔压到地下，地下的地热能对这些物质进行热加工，生成热气、热水、热蒸汽、热石油等，并通过这些小孔把它们送返回地表，形成热气井、温泉、泉水、地下水，并保持地下土壤的温度和湿度。地壳在形成的过程中，经历了无数火山和各种各样的地质运动，有些通孔被堵住阻塞了，有的又被冲开或重新生成，总之，地壳就像罩在地球上的皮肤，能使地热能、气体和液体物质上下循球流动。

第四层的轻金属物质的流体浆进行化学反应生成各种化合物，逐渐冷却形成地壳表层，此时期，火山频繁爆发，一个火山就是一座岩浆，冷却后就变成一座实心的山峰，绝大多数都没有火山口等明显的特征，很难从岩石或矿物的物质含量成份来判定原流体浆中各种金属物质从内到外的排列顺序。第五层的重金属物质流体浆的反应演化则不同，此时期，地壳表层的地层已经很厚，温度很低，此时的火山大部分都有火山口等明显的特征，通过它可以研究并区分地壳表里层的物质成分。

二、石油和地下蒸馏水的形成

1.石油的形成

当地球表面的温度下降到一定的程度，地球物质层次的气体层和液体层的物质和化合物进行化学反应，生成甲烷和乙稀等烷烃类系列有机化合物（CnHn），这些有机化合物在高温下进行化学和聚合反应，合成原始石油。当地表温度降到100多摄氏度，水还以蒸汽的形式迷漫在地球的上空，原始石油已降落并流聚在地表的低地上，成为油湖、油海。原始石油储藏有以下几种形式：第一，在大气压的压力下，地表上的原始石油顺着当时还在温热的地表疏松的土壤或岩石的缝隙流入地下而贮藏起来；第二，当时地壳频繁的火山和地层运动，翻起的岩浆或沙石把地面的油湖或油海掩埋起来而保存在地下；第三，当地表温度降到100摄氏度以下时，空气中大量的水蒸气凝结成水，降落到地面下，把地面的油湖、油海覆盖起来，一部分原油混入水里，一部分被压入地下而贮藏起来。

原始石油的进化。当地球出现生物以后，动植物死亡后的腐质体和其他有机化合物渗透到地下深处，流入地下油层之中，或在地热高温的“蒸馏提炼”，蒸馏出水分、甲烷等物质，剩下的有机化合物部分流入原始石油层中，日积月累而演变成现在的石油储藏。地下深处的石油经地热高温的“蒸馏提炼”，蒸馏出来的甲烷等气体物质，在地下通孔或空洞中集中储藏起来，就形成了天然气储藏。地下的石油储藏都受到来自地下热能的向上向外的推动力而保持在一定的位置上。

2.地下蒸馏水的形成

地面上的淡水有相当一部分是地下的蒸馏水。也就是说，江、河、湖、海等地面上的水在大气压的推压下，渗透到地下深处，遇到温度较高的地热层，温度较高的地热能对之进行加热蒸馏生成水蒸气，这些水蒸气在地热能向外力量的推动下，朝外蒸发，遇到温度较低的岩层或土层而凝结成水，这些水沿着土层或岩层的缝隙、通孔、溶洞等地下大大小小的通道流动，汇聚而成地下湖、暗河、地面泉水、井水等，有的流入地面的江河湖泊之中。这些地下淡水层的位置也受到地热能量向外推动力的制约。

由此可知，石油、地下淡水等地下液体层的位置距离地面的深浅程度，主要由地热能向外推动力量的大小决定的，地热能的消耗程度对地面淡水的数量，甚至地球的气候都有深刻的影响。

三、地球气候类型和生物的演变

1.生物进化经历的气候类型

地热能的耗退，地表物质逐渐冷却，地球也经历了从高温气候到低温气候的变化，出现了不同的气候类型和生物的演变。可以粗略地把地球生物进化经历的气候类型划分为以下三个时代：

（1）热雾时代

地球的陆地地面和海水的温度降到90ºC—60ºC的时期气候和生物。

这时期，陆地上温泉众多，到处冒着热水，地面热湿。海洋和湖泊的热水里混合着烷烃类、醋酸类、醇类、氨基酸等有机化合物。由于气温高，水蒸气大量蒸发，加上此时期火山频繁，向天空发出大量烟雾，天空布满了温度较高的水蒸气、甲烷、氨、氧、有机或无机化合物等物质蒸汽体，它们混合在一起，迷迷蒙蒙，遮天蔽日，雨水没有下到地面，就变成了热蒸汽。因此，在此时期，地球是一个由湿热蒸汽构成的细雨蒙蒙的昏暗世界，终日不见阳光，常年能见度极低，昼夜稍有差异，无春夏秋冬四季区别，赤道与两极的气候差别不大，可称为热雾时代。此时期地表的热量由地球内部能量供热为主。

混合在海洋和湖泊的热水中的各种有机化合物，相互之间反复激荡、反应、演化，经过漫长的岁月，生成了蛋白质、核糖核酸等生命基础物质，最后生成细胞，进而进化成生物。此时期最后生成了适宜高温、湿热和昏暗环境的水生生物。

（2）洪水时代

地球的陆地地面和海水的温度降到60ºC—30ºC的时期气候和生物。

此时期，地热能的温度比较高，温热的地下水位距离地球表面比较近，因此，陆地上的高山、平原、低谷到处冒着温热的泉水。海洋和湖泊水里的各种有机化合物在长期的地球演化中，有的被植物吸收，有的渗透到地下积藏起来，已大大减少，大量陆地上的淡水和雨水流入海洋和湖泊，使海洋和湖泊的淡水比例大大增加，水质得到了很大的改善。由于气温较高，水蒸气大量蒸发，天空经常云雾迷漫，雨水频繁，大雨滂沱。此时期，地球上云雾朦胧，雨水成灾，陆地到处泉水叮咚，满地温水横流，河川洪水滔滔，有时午后能见到阳光，但并不常见，空气常年能见度较低，昼夜差别不大，春夏秋冬略见身影，赤道和两极的气候稍有差距，可称为洪水时代。此时期地表的热量仍由地球内部能量供热为主。

此时期出现了大量种类繁多的适宜温湿气候的海陆生动植物。由于少见阳光，植物叶子颜色较淡，动物主要以恐龙、蛇、鳄鱼等为代表的鳞甲类热血（也称为冷血）动物。鳞片的功能主要用于防水、防湿，因为湿热是动物最主要和致命的病源之一。由于空气经常大雾迷漫，能见度较低，为了寻找食物、防范危险，这些动物不得不常常向前努力伸颈探头，过度使用脖子和眼睛，因此，它们都有长颈、尖头、凸眼的外部特征，又因能见度低，视野不开，地面满是流水湿地，它们也没有进化成善于在陆地上奔跑的腿脚。

（3）清朗时代

地球的陆地地面和海水的温度降到30ºC—0ºC的时期气候和生物。

此时期气候发生了很大的变化，地球开始了以地热能供热为主的气候类型转变到了以太阳能供热为主的气候类型。由于地热能向地球内部耗退，地下水距离地面较远，地下水位降低，陆地上泉水大为减少，部分河流和湖泊干枯，海水水位下降，水质较好，空气中水蒸气减少，云雾和雨水也大为减少，能见度高。此时期地球大部分地区经常天气晴朗，阳光明媚，昼夜差别明显，春夏秋冬四季分明，高低纬度之间的气候差距很大，可称为清朗时代。此时期地表的热量主要以太阳光的热能供热为主。

随着气候的巨大变化，此时期，植物发生了很大的变化，出现了热带、温带、寒带、高山、草原、低谷、沙漠等多种多样的、大量的适应不同地区气候的植物。动物也发生了很大的变化，由洪水时代的鳞甲类动物进化为毛类动物，由以防水湿为主的鳞片转变成了以防寒为主的发毛，鳞片变为发毛或羽毛，变为发毛的在地上跑，变为羽毛的在天上飞。由于空气能见度高，视野开扩，地面干燥，这些动物不需要努力伸颈探头，过度使用眼睛，不但善于奔跑，也没有长颈、凸眼的现象。

2.鳞甲类动物的灭绝

陆地上以恐龙为代表的、繁盛于洪水时代的鳞甲类动物的灭绝主要与气候的变化有关。当地热能向地球内部退去，地球以地热能供热为主的气候类型转变成了以太阳能供热为主的气候类型，气候发生了深刻的变化，春夏秋冬四季分明，高低纬度地区气候气温差别巨大，这些动物不适应变化了的气候而逐渐被淘汰。具体来说，主要有以下两个原因：一方面，植物对气候特别敏感，气候的变化很快造成植被的相应变化，地面植被的变化使这些动物的生活环境发生了改变，当这种改变大到一定的程度，它们就很难找到食物而死亡；更为主要的另一方面是，鳞片不能御寒，气候的寒冷使鳞甲类动物受冻而死，有的经过进化可以冬眠，但如恐龙类动物庞大的身躯无处躲藏，只能成为已进化了的食肉毛类动物的食物。只有善于钻土入洞保温的蛇、潜伏于热温带河沟的鳄鱼等少数种类动物不被冻死，得以缓慢进化而延续到现在。（生活于温度较高的洪水时代的动物，身上的的血液适宜当时的温度，属于热血动物，它们的血液只有在较高的温度下才能自由流动，当温度降低时，血液就要凝固或活动性变弱，使动物行动不便，或需要冬眠）

四、地球未来的情况

地热能的耗缩对地球未来有以下几个方面的影响：

第一，包压地球的气流旋进体逐渐变小，包压力造成的大气压力也相应减弱，从而使因环绕地球旋转而具有离心力的地表上的物质不断地向外宇宙逃逸；

第二，火山减少，地球体积和表面积逐渐缩小；

第三，地壳变厚，大量地面上的水会渗透到已变厚的地壳土壤层和岩石层的缝隙和通孔中，从而使地表上的水量减少；地热能的减少使向外推动地下水蒸气的力量相应减弱，地下水蒸气凝结成水的位置距离地面也在加深，地下水位的下降，从而造成地面泉水减少、河流、湖泊逐渐干枯，海面逐渐下降，雨水稀少，引发干旱，异常天气增多；

第四，地热能的向地球内部消退，使石油层和地下水的位置下降，从而在其原来储藏的地方造成地下空洞，引发地震。特别是现在石油和天然气的大量开采，不仅加快了地热的消耗，更使原来储藏石油和天然气的地方迅速出现大量的空洞，使地震频繁发生。石油总往低处流，开采地的石油总是由遥远的高山地带流入，空洞总是出现在这些偏高的地带，这些地带经常发生地震，而开采石油的地方因不断有油从远方的高处流入填补而不会出现太大的空洞，不大会发生地震。

地球的热能是地球生存的根本，热能耗尽，地球就要死亡。减缓地热的损耗，延长地球的生命应是每一个生活在地球上的人的神圣职责，人与社会的发展应当减少对自然资源特别是地下能源的依赖，开发人类智慧，向科学进军，拓展人造资源，发展靠创造和发明，自给自足，是当务之急，也是科学发展之道。

参考文献

[1] [美]，F.J. 索金斯 等著，张友南等译，《地球的演化》，[M]，北京，科学技术出版社，1982年12月

地热地质学篇3

关键词：沁水盆地；热模拟实验；山西组煤岩；生烃特征；气态烃；碳同位素

中图分类号：TQ530 文献标志码：A 文章编号：1672-1098（2014）03-0006-06

地质体中烃源岩有机质的生烃是一个复杂、漫长的过程，同时由于自然演化过程在地质条件下是不可能再重现的，所以为了认识烃源岩的生烃过程、生烃机理，阐述生烃模式及评价源岩生烃潜力和获取资源评价参数，只能通过室内热模拟实验的方法来实现。尽管实验室模拟条件与实际的地质过程有较大的差距，但是综合温度、时间、压力、催化剂等对有机质演化和成烃产生影响的诸因素分析，目前普遍认为温度是其最主要的影响因素[1-5]389，并且有机质的热降解总体符合平行一级反应，其热解成油气的速率主要依赖于温度[6]14，以“温-时互补效应为理论基础的烃源岩热模拟实验结果与自然演化剖面有机质成烃结果也具有很高的一致性[6-7]16，因此，热模拟实验技术已成为研究烃源岩有机质成烃演化的主要手段。

沁水盆地煤炭资源丰富，石炭-二叠纪煤系地层煤岩以高变质烟煤和无烟煤为主，为我国煤层气勘探开发的重点地区，并且在该盆地南部发现了我国第一个大型煤层气田[8]。沁水盆地太原组和山西组煤层煤岩有机质成熟度普遍较高，其镜质组反射率Ro值主要分布在1.6%～4.5%之间[9]。通过热模拟实验手段，较为普遍的是研究低成熟度煤系烃源岩的成烃规律及成烃模式，但对高成熟度煤系烃源岩成烃研究较少。目前，利用生烃动力学方法，一些学者研究过不同类型烃源岩的生烃能力[10-12]，表明高演化煤岩也具有良好的生气性能。所以，本文采用封闭体系的热模拟实验技术，对沁水盆地高演化山西组煤岩样品的生烃特征和生气性能进行研究，阐述高成熟度煤岩的生气模式，旨在为沁水盆地煤系地层天然气资源潜力评价与煤层气勘探开发提供理论依据。

1 样品与实验方法

1.1 样品

研究样品为采自沁水盆地霍县的晚二叠世山西组（P1s）煤层煤岩，其基本的地球化学特征如表1所示。山西组煤岩样品的有机碳含量（TOC）为62.61%，有机质类型为Ⅲ型有机质，镜质组反射率Ro为0.86%，其碳、氢、氧元素组成：H/C原子比为0.73，O/C原子比为0.08。该样品显微组分组成中镜质组（V）含量较高，惰质组（I）次之，壳质组+腐泥组（E+S）含量较低，其含量分别为：52%、36%和12%。实验样品被粉碎100目（0.147 mm），以备热模拟实验所用。

1.2 实验方法

本次热模拟实验采用了封闭的高压釜体系，实验仪器主要由反应釜、温控系统和热解气及凝析油（或称轻烃）收集分离系统组成（图1）。其中反应釜类型为大连自控设备厂生产的GCF-0.25L型，设计压力19.6 MPa；温控系统核心为XMT-131数字显示温度调节仪；热解气、凝析油分离收集系统由液氮冷却的液体接受管，冰水冷却的螺旋状冷凝管及带刻度的气体收集计量管组成。

将已粉碎的样品（30～50 mg）放入反应釜，密封后，为了检验密封性，先充入5～6 MPa的N2，待压力恒定，释放氮气并用真空泵抽真空，再充N2（反复抽放3次），最后抽成真空，进行程序加热。由于实验样品成熟度较高，故实验起始温度设置为300 ℃，此后每隔50 ℃设置一个待测温度点，即300 ℃、350 ℃、400 ℃、450 ℃、500 ℃、550 ℃、600 ℃、650 ℃八个温度点，每个温度点恒温24 h。待每个温度点热模拟结束时，冷却至250 ℃（釜内温度）即可放气。热解气依次通过液氮冷却的液体接受管和冰水冷却的螺旋管，用计量管收集计量热解气的体积，热解气分别用HP5890型气相色谱仪和MAT-251型同位素质谱仪进行气体组分分析和气态烃碳同位素分析，最后再用MPV-3型显微镜分光光度计测定冷却的各热模拟温度点残渣煤样的镜质组反射率Ro。1.温度控制器；2.真空表；3高压釜；4.样品腔；5.冷凝管；6.凝析油收集管；7.液氮瓶；8.气体收集瓶；9.水准瓶；10.真空计；11.真空泵；12.液氮；13.饱和盐水；14.冰块

2 实验结果与讨论

2.1 煤岩热解气的组成特征

对沁水盆地山西组煤岩样品的热模拟实验结果（见表2）显示，初期有部分液态烃产出，也有少量的气体产生，以甲烷为主。从400 ℃开始大量产生气，其中含有CH4、H2、CO2和湿气（C2-C5）等。在模拟增温过程中，热解气体的组成不断变化（见图2），氢气（H2）和二氧化碳（CO2）在气体产物中所占比例较为稳定；甲烷（CH4）和湿气（C2-C5）的比例则变化显著。由此，根据热解气组分演化特征把热模拟的过程划分低温、较高温和高温三个阶段。低温阶段为300～400 ℃，起始甲烷含量较高，与吸附甲烷和有机质部分不稳定基团脱落形成甲烷有关，之后随着热模拟温度的增加，气体中甲烷占主导地位被湿气所取代，400 ℃时甲烷体积分数下降到20%左右，湿气高达63%；较高温阶段为400～550 ℃，气体中甲烷所占比例增大，再次达到最大值（72%），湿气则在此过程中不断降低，560 ℃时湿气已经很低了，几乎为零；高温阶段为550～650 ℃，甲烷略有降低，此时氢气所占比重增大，可能与高温下甲烷部分分解和氢气的大量产生有关。由此可见，高演化阶段煤岩样品生烃以产气为主，非烃气产率稳定使其所占比例越来越少，湿气在300～450 ℃含量达到高峰，400 ℃以后，湿气含量降低，逐渐被甲烷取代，全面进入干气阶段。

煤岩中有机质主要是腐殖质，结构十分复杂，一般由多聚合核、侧链官能团（COOH、OCH3、NCH2、OH等）组成，通过杂原子键（羰基、羧基、巯基、缩氨酸建等）或碳键（C-C）连接在一起[13]。烃源岩有机质的生烃反应遵循热动力学规律，温度是维持有机质结构稳定状态的主要因素，温度升高的过程中，有机质原有的平衡状态不断被打破，发生化学键断裂和重排反应，引起有机质的结构和组成不断变化，同时伴随着烃类及非烃物质的产生。图3展示了沁水盆地煤岩热模拟过程中的产物累计产率变化，通过分析得出如下的认识：气态烃和非烃气的产率与模拟温度有关，并伴随着模拟温度的增加呈现出规律性的变化。

1） 甲烷的产率特征：高温阶段更利于甲烷的产生，400 ℃以后气态烃产率显著增大，并一直保持增大趋势，直到650 ℃时产气仍在进行。在较高温阶段，随模拟温度增加甲烷相对含量逐渐增加，甲烷主要来源有以下几个方面：煤岩在高温高压下直接裂解[14]、已经生成的油及重烃气的裂解、煤岩吸附的甲烷和之前已经生成油的裂解。在450～600 ℃甲烷产率增幅减缓，此时甲烷在热解气中的体积分数也基本稳定，表明甲烷在此温度区间较为稳定。在高温阶段（>600 ℃）过成熟的有机质大分子化学键继续断裂脱甲基，故仍会有大量甲烷产生，同时煤的芳构化程度进一步加深；另一方面甲烷也会分解，产生一定量的氢气。

2） 湿气的产率特征：低温阶段主要产生湿气，其产率在370℃时达最大（35.6m3/t），较高温阶段则呈阶梯式降低，与湿气体积分数在增温（演化）过程中具有相同的变化趋势，表明随着温度的增大，气态烃累计产率增大，其中湿气则只在300～450 ℃之间产率较高，550 ℃到高温阶段其产率已经很低了（

3） 非烃气的产率特征：非烃气体主要包括H2和CO2等，由于实验样品相对一般模拟样品成熟度高，另外模拟起始温度（300 ℃）较高，煤结构中的含氧基团等一般在250～350 ℃之间逐渐脱落[16]，所以在低温阶段（300～400 ℃），CO2产率较低，400℃之后逐渐增大，可能与煤岩中碳酸盐的分解有关。H2在热解气中很常见，来源主要有以下认识：一方面，氢气产率大大增加源于“水煤气”反应[4]385（最适宜的温度在500 ℃左右），并指出这种残炭与水的产氢反应，畸形增加产气量，不能把这些热解数据运用到地质上；另一方面，高温（>400 ℃）条件下，聚集可溶有机质和分散可溶有机质可以热解产生H2[16]。当模拟温度继续升高时，尤其在600 ℃以上大量产生的氢气可能来源于甲烷等烃气裂解。

2.3 煤岩热模拟过程中气态烃同位素特征

沁水盆地山西组煤岩热模拟实验中对各温度点气态烃碳同位素进行了系统的测定，如表2和图4所示，随着模拟温度（热演化程度）的升高， 甲烷、乙烷和丙烷碳同位素值呈现规律性变化，总体上有逐渐变重的趋势。在整个热模拟过程中，甲烷、乙烷和丙烷碳同位素变化范围分别为-3.35%～ -2.4%、-2.75%～-1.6%和-2.6%～-2.2%（表2），相同温度（成熟度）下，碳数越大，热模拟气态烃碳同位素越重，即δ13C1

煤岩在自然演化过程中，气态烃碳同位素值的变化规律类似热模拟实验结果。由于有机质结构中13C具有较低的分子零点能，化学性质较12C稳定，所以煤岩在热演化过程中，12C基团率先脱落，早期产生的气态烃碳同位素值偏轻，随着演化成的进一步加深，气体中才逐渐富含13C，结果气态烃碳同位素值随着热演化加深整体逐渐偏重。当模拟温度在550 ℃（Ro=2.75%）左右，甲烷和乙烷碳同位素变化曲线先增大后又减小，之后继续增加，这种碳同位素值在增大过程中的“跳跃”可能是因为CO2的大量产生，高温高压条件下与甲烷进行碳同位素交换而导致碳同位素值暂时的降低。

2.4 煤岩热模拟过程中演化特征及生气模式

1） 煤岩热模拟过程中的成熟度演化：镜质组反射率（Ro）作为成熟度的有效指标，由于其具有不可逆性，故无论在连续升温实验中，还是在实际的自然演化剖面中，只要达到更高的热演化条件，镜质组反射率Ro就会增大[18]。温度对镜质组反射率Ro的增大起着决定性的作用，热模拟实验分析表明，随着模拟温度的升高，残渣煤岩样品的镜质组反射率Ro逐渐增大（见图5）。实验结果显示，镜质组反射率Ro与模拟温度t之间呈现很好的指数关系：Ro=0.1208e0.0052t。高温有利于有机质分子重排，促进有机质芳核稠化和石墨化，煤岩的成熟度增加越来越快。但是，由于相同温度时热模拟实验条件下的Ro增大往往比自然演化剖面的要快[6]24，为了把热模拟实验结果和自然剖面的热演化特征进行对比，故需要把模拟实验中各温度点残渣煤样的实测镜质组反射率Ro进行校正[19]。

t/℃

2） 煤岩在热模拟过程中的生气模式：沁水盆地山西组煤岩产气量大，最大烃气产率为226m3/t，甲烷产率超过130 m3/t。总气烃产率随演化程度升高，表现出“两急两缓”的增加模式（见图6）。Ro在0.65%～0.9%正好处于生油高峰期，湿气产率较高，与重烃的热解有关，总烃气产率显著增高；Ro在0.9%～1.6%，甲烷产率迅速增加，而此时湿气产率则在迅速下降，总烃气继续缓慢增加；Ro在1.6%～2.7%，甲烷产率平稳增大，重烃以及湿气产率较低，此时总气产率增加主要为甲烷贡献，总气烃产率在此阶段也缓慢增加；Ro在2.7%～3.4%，甲烷产率继续增加，此时氢气产率也迅速增大，总烃气（包含氢气）产率迅速增大。由此伴随着甲烷和湿气以及氢气随着演化程度的加深，完整地呈现出“两急两缓”的增加模式。其主生气期为热模拟温度450～600 ℃之间，相应的Ro为1.2%～2.7%。

1） 沁水盆地山西组煤岩（腐殖煤）有机质成熟度较高（Ro为0.86%），封闭高压釜热模拟实验可以产生大量的气态烃（产率高达226 m3/t），高演化阶段以产甲烷为主，仍是良好的生气源岩。

2） 温度影响沁水盆地煤岩有机质热解气组分碳同位素值的变化。 300 ℃以上， 热模拟温度越高， 热解气组分碳同位素值越大。 甲烷、 乙烷和丙烷碳同位素值符合正碳同位素系列规律， 具有δ13C1

3） 沁水盆地山西组煤岩的镜质组反射率Ro与热模拟温度t之间呈现明显的指数关系，其关系式为Ro=0.1208e0.0052t；随着热模拟温度的增加，气态烃产率增大，总气态烃产率表现出“两急两慢”的增加模式，主生气期为热模拟温度450～600 ℃（Ro=1.2%～2.7%）。

参考文献：

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地热地质学篇4

根据辽中地热水资源的实际情况，对其可持续发展进行阐述，认为地热资源可以做为城市可持续发展的接替资源，为能源的短缺问题提供了一个解决途径，为城市的可持续发展提供保障，对人类、能源、环境的和谐发展有着重要的意义。

【关键词】: 辽河油田地热资源勘探与开发

中图分类号：TE346文献标识码： A

1、引言

我国在改革开放以来,加大了对地热资源的开发利用,把地热广泛用于发电、供暖、工业利用、医疗、洗浴、水产养殖、农业温室、矿泉水生产、农业灌溉等。针对我国以中、低温地热资源为主的特点,目前以城镇居民住宅供暖和开办地热温泉度假村为目标的地热资源开发已形成势头,一些地区已相应地形成了开发地热资源的产业,取得了显著的社会经济效益。在油区进行地热资源勘探与开发利用更具优势。合理开发利用区内地热资源有利于油区经济的多元化发展,可以利用在供暖、洗浴以及石油化工、农业等方面。

2、区域概况

辽中县隶属沈阳市，位于沈阳市西南部。东依灯塔县，南濒浑河与辽阳县相望，西邻台安县、黑山县，北接新民市，东北与沈阳市的于洪区毗邻。地处东经122°28′—123°06′，北纬41°12′—41°47′。全县辖11个镇、10个乡。面积约1700平方公里，总人口约50万人。

工作区整体构造格局呈Fg1（二界沟—辽中）断裂控制着东部凹陷与中央凸起（仅边缘）的边界。同时，在东部凹陷内，又以F1、F2、F3断裂为界，进一步划分出：斜坡带、断凹带和断凸带（古潜山）等三处次级构造单位。岩性大多为砾岩、砂岩、泥岩及玄武岩等。地层发育为:前第三系地层为太古界(Ar)和中上元古界的大红峪组(Chd)、高于庄组(Chg);下第三系地层为房身泡组(E f)、沙河街组Es)、东营组(Ed);上第三系- 第四系的馆陶组（Ng)、明化镇组(N1m)-平原组(Qp)。

3、地热勘查与开发利用

3.1、对已有资料整理、分析

首先对工作区地质、水文地质、物探、钻探等资料按相关要求进行整理、分析,特别是详细收集了石油钻井、地层、温度资料及相关的水质化验资料。经过整理、统计、分析这些资料,初步确定了东营组热储层厚度为300m～900 m、沙1热储层厚度为100～350m、沙3热储层厚度为110m～450m、地温梯度值大部分为2.9℃/100m、水质类型以HCO3-Na型为主,并初步圈定了地热有利区块分布在贺家窝棚斜坡带及乌伯牛断凹区。

3.2、地温调查

地温梯度是反映地热增温带中温度随深度变化规律的参数。根据大量实测数据和周边地区恒温带温度、深度和年平均温度分析, 确定本区恒温带深度为30m,恒温带温度为10.5℃。附浅层实测地温曲线图(图1)。

图1 浅层实测地温曲线图

3.3、地球物理勘探

本次物探工作的主要目的是:查明工作区内地质构造、地层层序变化规律、热储埋藏深度以及分布范围。本次物探在前期工作的基础上,在辽中县城东侧布设了可控源音频大地电磁法2条剖面,剖面总长20km;共布设测点402个。取得了可靠的勘查结果:工作区内共发育断层4条,断层多呈北东向、北北东向展布,为正断层。区内上第三系-第四系地层埋深浅,一般为200～600m,电阻率相对较高是埋深在2400～3000m之间的太古界地层，下第三系地层为地热开发的有利地层。在平面上共划分了4个有利区块,面积为80km2。

3.4、地球化学特征

本次工作充分收集到辽中地区三个钻孔水化学资料，根据水化学分析资料对工作区内下第三系热储中地热流体的化学特征进行分析。自上部的东营组至下部的沙河街组和前古生界变质岩系(Az)中的热水,均为HCO3－Na（重碳酸钠）型水,总硬度较低;按苏林(Sulin)的油田水分类绝大部分属于大陆水;矿化度变化较大,有随深度增加而增大的趋势。附地热流体水质分析结果表(表1)。

表1 地热流体水质分析结果

井号

取样深度（m）

主要阳离子（mg/L）

主要阴离子（mg/L） 总硬度（mg/L） 总矿化度（mg/L）

K+Na Ca Mg Cl SO HCO

茨48 2950.0-2869.0 654.35 28.06 3.65 248.22 67.24 1266.2 85.6 2297.69

茨13 1966.0-1941.0 471.5 46.09 17.02 425.52 57.64 671.22 184.95 1688.99

茨14 2202.4-2190.6 1204.5 30.06 8.51 549.63 62.44 2181.5 110.08 4098.16

3.5、地热资源储量计算

地热资源储量计算方法:依据DZ40－85《地热资源评价方法》中的“热储法”计算出热储资源量和地热流体资源量;计算中采用地热地质专用软件,建立三维地质模型(辽中热储三维地质模型见图2),在充分考虑断层等边界条件的基础上,划分出计算块段,然后对每个区块的温度、厚度等数据进行数字化数据自动求取,计算精度很高。对地热可采资源量的求取,采用开采系数法计算。本次计算,各种参数均根据实测和地热地质实际资料确定,完全满足普查阶段储量计算要求,可达D级储量。我们对辽中地区地热田潜力区块进行地热资源量计算,总面积80km2,总的热储资源量为62.4×1011kJ,相当于标准煤29845万吨;热储可采资源量为856.5×1011kJ,相当标准煤409.4万吨。属于中大型地热田。

图2 辽中热储三维地质模型

3.6、地热开发利用

地热资源即是宝贵的能源资源、矿产资源、水资源又是保健资源、旅游休闲资源等，地热能的综合开发利用对代替化石能源、保护环境、创造多种效益意义重大。本区地热田是以下第三系地热资源为主，其中以东营组和沙河街组3段热储为主，热储层埋深在1000m－2500m之间，热储层较厚，水温普遍≥60℃，井深1000m－2500m,单井出水量约50m3/h。地热储量非常丰富，但是开发利用的很少，基本上处于开发勘探、利用的初级阶段。

4、结语

油田在油气的勘探开发过程中集累了大量的物探、钻探、录井、测井、试油等资料,还有许多废弃的油气井及成熟的射孔测试手段等可以利用,所以在油区进行地热资源勘探与开发有着优越的先决条件。因此,在油气田开采后期逐渐加大地热资源勘查,不仅可以利用已有资料、技术等勘探开发手段,而且能为辽中地区带来新的经济增长点。因此,应逐步开展地热资源的详细勘查工作,探察新的地热田,并提交D级以上的地热储量,为地热资源的合理利用提供更准确的依据。

参考文献

[1] 辽宁省地质矿产局. 辽宁省区域地质志.地质出版社,1989.

[2] 翟光明,葛泰生,陈义贤,等.中国石油地质志(卷三).石油工业出版社,1993

地热地质学篇5

关键词:煤变质作用 变质类型 影响因素

1. 前言

煤变质作用指由褐煤转变为烟煤、无烟煤、超无烟煤的物理化学作用。煤变质的范围是从褐煤到石墨的演变。煤的变质研究是预测煤质与指导开采所需煤种的理论基础,可以预测煤类,以适应社会主义经济建设的需要,还可以从另一个侧面来探讨有关煤的形成条件、地热和大地构造等问题。煤变质问题与煤的成因及后生变化关系密切,具有重大的经济意义和理论意义。研究各类变质作用所引起的有关变化特点确定变质类型,是研究煤级分布规律的重要基础。

2. 煤的变质类型划分

煤变质类型有很多分类方法,现总结如下:

煤的变质是温度、压力和时间长期作用的结果,其中温度是煤变质的主导因素,在煤的埋藏过程中,温度加速化学煤化作用,而压力可以促进物理结构煤化作用[1]。时间无疑是煤变质的因素之一,不论温度或压力等哪种因素起主导作用,都将随着时间的变化而增减其作用的强度。控制煤及分散有机质演化-变质作用的热状态总体特征,可用含煤岩系各点古地热流的大小和方向来描述。而含煤岩系古地热流是古热导率和古地温梯度的主控因素,古地温梯度是煤化梯度的主控因素,以此作为进行煤变质作用热动力分析的理论依据。以热力为基准,温度正常情况下取决于沉降深度、地温梯度及围岩的导热性,其主要以热源和地热场强度的不同从而引起地温梯度不同来影响煤的变质的。据此分为两类六型[2-4]:

(1)常地温热变质作用类:在正常地热场作用下引起的煤的变质作用。

(2)异常地温热变质作用类:在异常地热场作用下,促进煤的变质作用。此类中,根据地热异常的不同热源划分为:岩浆热变质型、深大断裂热流上导热变质型、构造应力热变质型、莫霍面变动热变质型、其它热变质型。

关于热(力)变质问题,不论热的来源如何,它引起煤的变质作用是显而易见的。就目前所知,大量的现象表现为岩浆热变质。它的影响范围又与岩浆活动的强弱、岩体规模的大小和持续时间的长短有关,岩浆的性质和喷气作用尤为重要。值得注意的是地温对煤变质的影响并不是单独起作用的,煤变质的温度在一般情况下应等于地温梯度与煤层上覆地层厚度的乘积(火成岩直接影响除外)。在地温梯度不变的前提下,煤层上覆地层的厚度大,煤变质过程中所处温度相对较高,相应煤的变质程度也高,形成高变煤所需的温度可以是上述方式形成,也可以是大的地温梯度乘以较小的上覆地层厚度。也就是说引起煤变质所需的温度并不一定都是通过地壳下降这一途径。另外关于放射性元素蜕变所发生的热变质现象,目前还研究得不够,对这种煤变质作用机理的认识,还有较多的困难,是否可单独作为热(力)变质的一种类型,现在下结论为时过早。从促使煤变质的热源考虑,如因地球内部物质,特别是上地幔物质向上运动所产生的附加热,深大断裂上导的高温,局部莫霍面较高,板块的活动等都可能增高煤的变质程度。由于促使煤变质的热源是多种多样的,因此构成了不同的煤变质作用类型。不同地质条件下,一个每煤田或煤产地的煤在普遍进行深成变质作用之外,又可经受一种或一种以上其他类型的煤变质作用,也可不止一次经受同一类型的变质作用,这就构成了煤的多热源叠加变质作用[5]。

根据热源类型、热传导方式、热源的埋深、规模、形态的不同而引起煤变质特征的差异,划分的煤变质类型如下[6-8]:

1.煤的深成变质作用

煤的深成变质作用是指在正常低温状态下,煤的变质程度随煤层沉降幅度的加大、地温增高和受热时间的持续而增高。德国学者希尔特1873年在研究鲁尔等煤田时,发现随地层深度增加煤的挥发分产率有规律地减少。这一现象称之谓希尔特定律。希尔特定律奠定了煤的深成变质作用类型的基础。多数煤田遵循这一规律,然而也有煤田出现反常,较浅煤层变质程度比深煤层高,或同一煤层在很短距离内变质程度差异较大。这些反常可能是煤级形成的多因素影响、多阶段叠加、多种作用复合的结果。深成变质煤的演化程度总与一定的构造沉降、地热作用及有效受热时间的配置相对应,是一种具有普遍意义的煤变质现象。地温分布的不均一性及其随时间的地温场变化在一定程度上制约煤深成变质作用的发展。

2.煤的区域岩浆热变质作用

煤的区域岩浆热变质作用是指聚煤凹陷内有岩浆活动,岩浆及所携带气液体的能量可使地温场增高。形成地热异常带,从而引起煤的变质

作用。根据岩浆性质、侵入规模、侵入深度和沉积盖层的封闭程度分为3个亚型:浅成、中深成、和深成岩浆热变质作用。区域岩浆热变质作用常可达到很高的变质程度,煤级分带一般为环带状,越靠近岩体,煤的变质程度就越高,受区域岩浆热变质作用影响的煤,变质梯度高且涉及的地域广且叠加效果显著。高变质煤带的围岩往往发生蚀变,围岩中热液石英脉和方解石脉是区域岩浆热变质作用的重要标志。

3.煤的接触变质作用

煤的接触变质作用是指岩浆直接接触或侵入煤层,由其所带来的高温、气体、液体和压力,促使煤发生变质作用。根据岩体规模及侵入方式,将煤的接触变质作用分为3个亚型:脉岩岩浆接触变质作用、小型浅成岩浆接触变质作用和大型深成岩浆接触变质作用。接触变质作用使煤层、煤的显微组分、煤级、化学及工艺性质、显微结构和化学结构等均受热发生变化。许多资料说明火成岩只在与煤层接触部位或不大的范围内有明显影响,较小的岩体其影响范围很少超过50m。由于岩体规模小,热量少,散热快,此类型较常见但影响所及的范围有限。岩体的种类、大小、产状等,都直接影响着接触变质带的范围,应作为岩浆热变质的一种特殊类型来看待。

4.煤的热液热水变质作用

煤的热液热水变质作用是指煤在由来自地壳深部的岩浆分异气液或高温承压水所引起的异常地热场中发生的变质作用,可根据其特殊的热源性质热导介质和传热方式加以识别。煤的热液热水变质作用可在断裂带或岩浆活动区发育。按流体性质可分为热液变质作用亚型、热水变质作用两种类型。前者是煤田、矿区深部或附近有聚煤期后的岩浆活动和热液活动;后者指煤田内或附近有深大断裂带、断层和透水层等热水运移通道,两者都需要在煤田内或附两者都需要在煤田内或附近有保持热液或热水循环的地形和水文地质条件。热液热水变质煤的煤级展布比较复杂,在同一煤系中,煤层的煤级可呈现上高下低或波状起伏形态,平面上,煤级总的变化趋势与地下热水流向和距热液、热水活动通道的距离有关,越靠近主通道煤级越高。

3. 讨论煤的变质因素

以上谈的煤的变质类型,其实质是把引起煤变质的因素归为温度、压力和时间。但这都只是使煤变质的外部条件。必须考虑煤层本身甚至围岩在煤变质过程中所起的作用。

1.成煤原始物质成分与环境的不同,在相同的温度和压力作用下煤的变质程度显然会有差别。因为成煤时古地理环境不同,引起成煤植物群落的差异,不同的植物群落形成的煤其煤岩组分和化学成分会有不同。介质不同的氧化还原条件,对最终参加成煤物质的成分也起着很大作用。煤岩组分中稳定组分含量高的煤,其变质程度相对偏低。煤变质程度较高的地区,稳定组分很少或见不到。这可能是与稳定组分的结构有关,因为稳定组分这类物质结构上缩合芳香部较少而侧链较长,在煤的变质过程中侧链的稳定性小容易逸散。侧链的逸散消耗了使煤变质的能量。其它煤岩组分,如镜质组含量对煤质的影响已有不少报道。

2.同沉积构造对煤变质的影响,在成煤过程中,同沉积构造控制了成煤期的古地理环境,古地理环境的不同可导致植物群落发育的差异,有机物的氧化、保存以及混入矿物杂质的多少和围岩成分等的差异。煤的变质带、煤系的等厚线,含煤性分区线、煤的变质带方向与煤系等厚线及含煤性分区界线方向的联系,可以知道煤的变质与同沉积构造控制下的古地理环境有密切关系或是受到后期改造。

镜质组反射率在测定低煤化阶段时辅以壳质组的荧光性是目前测试煤级最有效的参数.不过由于双反射的影响,在测试高变质煤时仍不够理想。新的煤级参数,如以牙形刺的色变指数、抱粉的透明度和颜色变化、伊利石的结晶度、共生矿物的形成温度以及碳优势指数等在煤化过程中的变化表示煤级,都可作为煤级参数[9-11]。另外,煤中矿物形成温度和粘土矿物随温度增高产生的变化可用于确定成煤温度,进而估算出煤化程度。

4. 结束语

各种变质现象,都是客观存在的,它们是在千变万化的地质条件下,相互影响,相互叠加,自身也呈现出巨大的变化。虽然就不同地区来讲,可能以某种煤变质因素为主,从而掩盖了另一些因素,但就对煤变质所起的重要性而言,它们之间的作用,显然是不能等量齐观的。促使煤变质的热源往往相互迭加,共同起作用,所以煤的变质程度常常是几种变质类型综合作用的结果。多煤级的形成是多阶段演化、多热源叠加变质的结果。总之,我们在研究煤变质问题时,既要承认客观存在的各种煤变质现象,又要正确估价不同地区各种变质类型所起的作用,还应探讨新的煤变质作用类型。这就要从成煤物质成分开始,考虑煤变质过程中可能出现的各种因素的影响,才能排除某些千扰,得出比较正确的结论。

参考文献:

[1]王德本,

略论煤的变质问题.中国煤田地质,2002,(14)2:9-12.

地热地质学篇6

煤变质作用指由褐煤转变为烟煤、无烟煤、超无烟煤的物理化学作用。煤变质的范围是从褐煤到石墨的演变。煤的变质研究是预测煤质与指导开采所需煤种的理论基础,可以预测煤类,以适应社会主义经济建设的需要,还可以从另一个侧面来探讨有关煤的形成条件、地热和大地构造等问题。煤变质问题与煤的成因及后生变化关系密切,具有重大的经济意义和理论意义。研究各类变质作用所引起的有关变化特点确定变质类型,是研究煤级分布规律的重要基础。

2.煤的变质类型划分

煤变质类型有很多分类方法,现总结如下:

煤的变质是温度、压力和时间长期作用的结果,其中温度是煤变质的主导因素,在煤的埋藏过程中,温度加速化学煤化作用,而压力可以促进物理结构煤化作用。时间无疑是煤变质的因素之一,不论温度或压力等哪种因素起主导作用,都将随着时间的变化而增减其作用的强度。控制煤及分散有机质演化-变质作用的热状态总体特征,可用含煤岩系各点古地热流的大小和方向来描述。而含煤岩系古地热流是古热导率和古地温梯度的主控因素,古地温梯度是煤化梯度的主控因素,以此作为进行煤变质作用热动力分析的理论依据。以热力为基准,温度正常情况下取决于沉降深度、地温梯度及围岩的导热性,其主要以热源和地热场强度的不同从而引起地温梯度不同来影响煤的变质的。据此分为两类六型:

(1)常地温热变质作用类:在正常地热场作用下引起的煤的变质作用。

(2)异常地温热变质作用类:在异常地热场作用下,促进煤的变质作用。此类中,根据地热异常的不同热源划分为:岩浆热变质型、深大断裂热流上导热变质型、构造应力热变质型、莫霍面变动热变质型、其它热变质型。

关于热(力)变质问题,不论热的来源如何,它引起煤的变质作用是显而易见的。就目前所知,大量的现象表现为岩浆热变质。它的影响范围又与岩浆活动的强弱、岩体规模的大小和持续时间的长短有关,岩浆的性质和喷气作用尤为重要。值得注意的是地温对煤变质的影响并不是单独起作用的,煤变质的温度在一般情况下应等于地温梯度与煤层上覆地层厚度的乘积(火成岩直接影响除外)。在地温梯度不变的前提下,煤层上覆地层的厚度大,煤变质过程中所处温度相对较高,相应煤的变质程度也高,形成高变煤所需的温度可以是上述方式形成,也可以是大的地温梯度乘以较小的上覆地层厚度。也就是说引起煤变质所需的温度并不一定都是通过地壳下降这一途径。另外关于放射性元素蜕变所发生的热变质现象,目前还研究得不够,对这种煤变质作用机理的认识,还有较多的困难,是否可单独作为热(力)变质的一种类型,现在下结论为时过早。从促使煤变质的热源考虑,如因地球内部物质,特别是上地幔物质向上运动所产生的附加热,深大断裂上导的高温,局部莫霍面较高,板块的活动等都可能增高煤的变质程度。由于促使煤变质的热源是多种多样的,因此构成了不同的煤变质作用类型。不同地质条件下,一个每煤田或煤产地的煤在普遍进行深成变质作用之外,又可经受一种或一种以上其他类型的煤变质作用,也可不止一次经受同一类型的变质作用,这就构成了煤的多热源叠加变质作用。

根据热源类型、热传导方式、热源的埋深、规模、形态的不同而引起煤变质特征的差异,划分的煤变质类型如下:

1.煤的深成变质作用

煤的深成变质作用是指在正常低温状态下,煤的变质程度随煤层沉降幅度的加大、地温增高和受热时间的持续而增高。德国学者希尔特1873年在研究鲁尔等煤田时,发现随地层深度增加煤的挥发分产率有规律地减少。这一现象称之谓希尔特定律。希尔特定律奠定了煤的深成变质作用类型的基础。多数煤田遵循这一规律,然而也有煤田出现反常,较浅煤层变质程度比深煤层高,或同一煤层在很短距离内变质程度差异较大。这些反常可能是煤级形成的多因素影响、多阶段叠加、多种作用复合的结果。深成变质煤的演化程度总与一定的构造沉降、地热作用及有效受热时间的配置相对应,是一种具有普遍意义的煤变质现象。地温分布的不均一性及其随时间的地温场变化在一定程度上制约煤深成变质作用的发展。

2.煤的区域岩浆热变质作用

煤的区域岩浆热变质作用是指聚煤凹陷内有岩浆活动,岩浆及所携带气液体的能量可使地温场增高。形成地热异常带,从而引起煤的变质作用。根据岩浆性质、侵入规模、侵入深度和沉积盖层的封闭程度分为3个亚型:浅成、中深成、和深成岩浆热变质作用。区域岩浆热变质作用常可达到很高的变质程度,煤级分带一般为环带状,越靠近岩体,煤的变质程度就越高,受区域岩浆热变质作用影响的煤,变质梯度高且涉及的地域广且叠加效果显著。高变质煤带的围岩往往发生蚀变,围岩中热液石英脉和方解石脉是区域岩浆热变质作用的重要标志。

3.煤的接触变质作用

煤的接触变质作用是指岩浆直接接触或侵入煤层,由其所带来的高温、气体、液体和压力,促使煤发生变质作用。根据岩体规模及侵入方式,将煤的接触变质作用分为3个亚型:脉岩岩浆接触变质作用、小型浅成岩浆接触变质作用和大型深成岩浆接触变质作用。接触变质作用使煤层、煤的显微组分、煤级、化学及工艺性质、显微结构和化学结构等均受热发生变化。许多资料说明火成岩只在与煤层接触部位或不大的范围内有明显影响,较小的岩体其影响范围很少超过50m。由于岩体规模小,热量少,散热快,此类型较常见但影响所及的范围有限。岩体的种类、大小、产状等,都直接影响着接触变质带的范围,应作为岩浆热变质的一种特殊类型来看待。

4.煤的热液热水变质作用

煤的热液热水变质作用是指煤在由来自地壳深部的岩浆分异气液或高温承压水所引起的异常地热场中发生的变质作用,可根据其特殊的热源性质热导介质和传热方式加以识别。煤的热液热水变质作用可在断裂带或岩浆活动区发育。按流体性质可分为热液变质作用亚型、热水变质作用两种类型。前者是煤田、矿区深部或附近有聚煤期后的岩浆活动和热液活动;后者指煤田内或附近有深大断裂带、断层和透水层等热水运移通道,两者都需要在煤田内或附两者都需要在煤田内或附近有保持热液或热水循环的地形和水文地质条件。热液热水变质煤的煤级展布比较复杂,在同一煤系中,煤层的煤级可呈现上高下低或波状起伏形态,平面上,煤级总的变化趋势与地下热水流向和距热液、热水活动通道的距离有关,越靠近主通道煤级越高。

3.讨论煤的变质因素

以上谈的煤的变质类型,其实质是把引起煤变质的因素归为温度、压力和时间。但这都只是使煤变质的外部条件。必须考虑煤层本身甚至围岩在煤变质过程中所起的作用。

1.成煤原始物质成分与环境的不同,在相同的温度和压力作用下煤的变质程度显然会有差别。因为成煤时古地理环境不同,引起成煤植物群落的差异,不同的植物群落形成的煤其煤岩组分和化学成分会有不同。介质不同的氧化还原条件,对最终参加成煤物质的成分也起着很大作用。煤岩组分中稳定组分含量高的煤,其变质程度相对偏低。煤变质程度较高的地区,稳定组分很少或见不到。这可能是与稳定组分的结构有关,因为稳定组分这类物质结构上缩合芳香部较少而侧链较长,在煤的变质过程中侧链的稳定性小容易逸散。侧链的逸散消耗了使煤变质的能量。其它煤岩组分,如镜质组含量对煤质的影响已有不少报道。

2.同沉积构造对煤变质的影响,在成煤过程中,同沉积构造控制了成煤期的古地理环境,古地理环境的不同可导致植物群落发育的差异,有机物的氧化、保存以及混入矿物杂质的多少和围岩成分等的差异。煤的变质带、煤系的等厚线,含煤性分区线、煤的变质带方向与煤系等厚线及含煤性分区界线方向的联系,可以知道煤的变质与同沉积构造控制下的古地理环境有密切关系或是受到后期改造。

镜质组反射率在测定低煤化阶段时辅以壳质组的荧光性是目前测试煤级最有效的参数.不过由于双反射的影响,在测试高变质煤时仍不够理想。新的煤级参数,如以牙形刺的色变指数、抱粉的透明度和颜色变化、伊利石的结晶度、共生矿物的形成温度以及碳优势指数等在煤化过程中的变化表示煤级,都可作为煤级参数。另外,煤中矿物形成温度和粘土矿物随温度增高产生的变化可用于确定成煤温度,进而估算出煤化程度。

地热地质学篇7

关键词：断裂 地热 控制

Abstract: Geothermal energy is stored in the earth's interior renewable heat, generally concentrated in the tectonic plates along the edge, originated in the earth's molten magma and radioactive decay. This article from the formation of geothermal resources mechanism proceed with, elaborated the different geographical structure of geothermal effect, I hope the relevant personnel of research and work help.

Key words: fracture geothermal control

全球地热能的储量与资源潜量十分巨大，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW/h,但是地热能的分布相对比较分散，因此开发难度很大。由于地热能是储存在地下的，因此不会受到任何天气状况的影响，并且地热资源同时具有其它可再生能源的所有特点，随时可以采用，不带有害物质，关键在于是否有更先进的技术进行开发。目前地热能在全球很多地区的应用相当广泛，开发技术也在日益完善。对于地热能的利用，包括将低温地热资源用于浴池和空间供热以及用于温室、热力泵和某些热处理过程的供热，同时还可以利用干燥的过热蒸汽和高温水进行发电，利用中等温度水通过双流体循环发电设备发电等，例如法国也在根据热干岩石的原理建造发电站，并生产出巨大的电能以满足经济发展与生活的需求。在地热能源的开发和技术转让方面未来的发展空间与潜力巨大，但由于利用地热能源进行发电的成本较高，因此亟需进行更多的技术研究以解决这一问题。我们相信随着对地热资源的不断开发与研究，地热能源必将成为继水力、风力和太阳能之后又一种重要的新能源。

一、地热的形成机制和原理

地热资源世界上最古老的能源之一。据测算，地球内部的总热能量，约为全约煤炭储量的1.7亿倍。每年从地球内部经地表散失的热量，相当于1000亿桶石油燃烧产生的热量。地球本身象一个大锅炉，深部蕴藏着巨大的热能。在地质因素的控制下，这些热能会以热蒸汽、热水、干热岩等形式向地壳的某一范围聚集，如果达到可开发利用的条件，便成了具有开发意义的地热资源。 地热资源按温度可分为高温、中温和低温三类。温度大于150℃的地热以蒸汽形式存在，叫高温地热；90℃―150℃的地热以水和蒸汽的混合物等形式存在，叫中温地热；温度大于25℃、小于90℃的地热以温水（25℃―40℃）、温热水（40℃―60℃）、热水（60℃―90℃）等形式存在，叫低温地热。高温地热一般存在于地质活动性强的全球板块的边界，即火山、地震、岩浆侵入多发地区，著名的冰岛地热田、新西兰地热田、日本地热田以及我国的羊八井地热田、云南腾冲地热田、台湾大屯地热田都属于高温地热田。中低温地热田广泛分布在板块的内部，我国华北、京津地区的地热田多属于中低温地热田。关于地热的来源，有多种假说。一般认为，地热主要来源于地球内部放射性元素蜕变放热能，其次是地球自转产生的旋转能以及重力分异、化学反应，岩矿结晶释放的热能等。在地球形成过程中，这些热能的总量超过地球散逸的热能，形成巨大的热储量，使地壳局部熔化形成岩浆作用、变质作用。现已基本测算出，地核的温度达6000°C，地壳底层的温度达900－1000°C，地表常温层（距地面约15米）以下约15公里范围内，地温随深度增加而增高。地热平均增温率约为3°C/100米。不同地区地热增温率有差异，接均增温率的称正常温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿，深大断裂及火山分布带等，是明显的地热异常区。

二、 断裂构造对地热资源的控制

地热资源类型划分有多种方法，中国地热专家黄尚瑶、陈墨香等沿用国际地热界地热系统划分的原则和思路，在对中国地热资源的形成、地热地质背景及典型地热田研究的基础上，提出了中国地热系统的基本类型，将中国水热型地热系统分为两类：即构造隆起区热对流类和构造沉陷区热传导类；五型，即：火山型、非火山型、深循环型、断陷盆地型、拗陷盆地型。

（一） 地热资源形成的地质背景

地热资源的形成和分布，受地质构造特点和其在全球构造所处部位的控制。全球性的地热带一般都出现在地球表面各大板块的边界附近，低温（小于90℃）和中温（90～150℃）地下热水的出露和分布，与板内的一些活动性深大断裂和沉积盆地的发育与演化有关，高温地热田则是特定构造部位的产物，它与岩石圈板块的发生、发展有密切的联系，不少都与近期的岩浆活动有关。可开发利用的地热资源，仅赋存于一些特定的地质构造部位。板块构造学说的观点认为：中国地处欧亚板块的东部，中国大陆主体受印度板块（包括缅甸板块）、太平洋板块和菲律宾板块夹持，在上述板块的碰撞和俯冲机制作用下，形成了今日的青藏高原隆起、塔里木及准噶尔等断陷大盆地和以华北为代表的新生代断陷伸展构造及许多复杂而有序的板内断裂格式。这一构造格局，对中国地热资源的形成与分布有重要影响，形成了藏滇及东南沿海两个明显的地热带和高热流值分布区。就我国来说，地热资源主要以两种形式存在，一是在构造隆起区（浅山区），沿主要断裂构造出露并受其控制的地热温泉；二是赋存于中、新生代沉积盆地中的地下热水。 前者主要以热泉的形式直接出露地表，可开发的地段限于在地表有地热显示及其相关构造分布的地区，其分布受地质构造的控制，地热资源靠循环于断裂带中的地热水所提供，称对流型地热田；后者埋藏于地下深处的各热储层中，地热靠地球内部的传导热提供，通过开采热储层中的地热水得以利。

（二）山区地质构造对地热资源的控制

前已述及，中国地热资源以赋存于构造隆起区裂隙带中的热水和赋存于沉积盆地深部热储层的热水两种形式存在，两者的形成与分布有各自的规律，但是对于山区而言，其地热资源主要集中于隆起区，简述如下：

构造隆起区的地热资源状况，可以其热泉天然露头的多少、放热量的强度及露头出露的条件来揭示，依据地热温泉天然露头分布的统计资料，地热活动强度随远离板块边界而减弱中国西部的滇西地区及东部台湾中央山脉两侧，分别处于印支板块与欧亚板块、欧亚板块与菲律宾板块的边界及其相邻地区，均是当今世界上构造活动最强烈的地区之一，具有产生强烈水热活动和孕育高温水热系统必要的地质构造条件和热背景。靠近此带，地热活动强烈；远离此带，地热活动逐渐减弱。我国西南部的地热活动呈南强北弱、西强东弱；东部区的地热活动呈东强西弱之势，明显地反映了这一特点。

结束语 地热资源与太阳能、风能及潮汐能合称为“四大可再生资源”，随着我国社会经济的发展，人民环保与健康意识的增强，社会对改善能源结构、发展清洁能源的要求与日俱增，无论作为清洁能源还是保健资源、水资源，都具有极其重要的意义和广阔的发展前景。而单一的开发利用不仅浪费资源，而且经济效益也不理想，我们应根据资源条件，贯彻统筹规划、因地制宜、合理开采、综合利用的方针，从单一的粗放型利用向综合的集约化利用发展，不仅能取得较好的资源效益、环境效益和经济效益，而且会取得很好的社会效益。

参考文献：

[1] 地热资源综合利用模式研究：以贵安地热为例 《资源开发与保护》1991年03期

[2] 青海西宁城南新区杜家庄地热田地下水的地球化学特征 《现代地质》2007年01期

[3] 金星非单调冷却热演化历史分析 《地球物理学报》2007年01期

[4] Free Radicals in Organic Matter for Thermal History Reconstruction of Carbonate Succession 《地质学报：英文版》2007年04期

[5] 沉积盆地构造热演化研究进展：回顾与展望 《地球物理学进展》2007年04期

[7] 郯庐断裂中段两侧坳陷的新生代构造-热演化特征 《地球物理学报》2007年05期

地热地质学篇8

【关键词】地源热泵环境影响

中图分类号：B845.6 文献标识码：A

0 引言

地源热泵是一种新型、环保、节能的空调系统。地源热泵利用地下水、地表水（水源热泵）或者土壤（土壤源热泵）作为热源，实现夏季制冷、冬天供热的高效节能空调系统。地源热泵冬天从地下水、地表水或者土壤中采热，夏季将热量排入，减少了热污染。Swardt、Derder[1，2]等通过试验及数值模拟表明，地源热泵的制热容量、制冷系数等方面优于空气源热泵，而且地源热泵的运行费用也显著低于空气源热泵。

由于地源热泵的经济性优势，近年来地源热泵作为一种新型的节能空调系统应用越来越加广泛。在政府的鼓励和支持下，地源热泵成了一种新的发展热潮。目前国内市场上销售的地源热泵国内外品牌已经有100家左右，使用地区也已经遍布全国[3]。如此的发展浪潮下，地源热泵所产生的环境影响也愈加受到国内外广大学者的关注。例如地表水源热泵会使水体局部温度上升或者下降，地下水源热泵的回灌不完全，可以造成地面下沉等问题，土壤源热泵利用使土壤温度不均匀而导致热泵实效等。

1 水源热泵应用度环境的影响及解决方案

1.1 地表水源热泵对环境的影响及解决方案

地表水源热泵直接或者利用地表水（江、河、湖泊、水库）进行换热的方式作为机组的冷热源。地表水源热泵夏季将热量直接排入水中，冬季直接从地表水中获取热量，尽管地表水之间能够散热或者吸热，但是排放或者吸取的热量不能够及时补充，就会对水体温度场的分布造成影响。当水温升高的时候，水中的溶解含氧量就会降低，从而加速了水中有机物的分解，更加增大了耗氧量，而且水温的升高加速藻类植物以及水草的生长，这对水类动物也会造成影响，甚至造成鱼类的死亡。

目前国内外学者对地表水源热泵的对环境的影响以及解决方案方面的研究比较少。但是国内外学者近年来对电厂附近排水对环境的影响做过许多的调查研究，以此可以作为地表水源热泵对环境解决方案的参考。为了限制电厂排水对环境的影响，许多国家对排水温度做了限制，例如英国在1961年提出了最高排水温度的规定和限制，法国70年代规定河水温度不得超过30℃，1988年我国出台相关政策规定江、河、湖泊、水库等具有适用功能的地面水水域, 人为造成的环境水温变化应限制在夏季周平均最大温升不大于1℃ ,冬季周平均最大温降不大于2℃ [ 4 ] 。

1.2 地下水源热泵对环境的影响及解决方案

地下水源热泵通过打造抽水井群将地下水抽出，与水源热泵机组直接换热，夏季将热量释放至地下水中，冬天从地下水中提取热量，经过热量交换后，由回灌井群回灌到地下。

地下水源热泵，由于地下水抽出后，不能实现完全的地下回灌，因此地下水位会降低，从而使土层中孔隙水压力降低，造成地层密度变大，地面沉降。对于沙层严密的地面，当水位恢复后，沉降容易消除，但是对于粘性图层，水温即使回复后，土层回弹性不大，这种造成的地面沉降是永久性的。我国部分地区使用地下水源热泵回灌不彻底，造成地面沉降的情况已经出现，地面沉降可造成地面建筑物受损甚至会造成海水倒灌、河床升高等问题。

地下水源热泵还会影响地下水质。地下水源热泵使用中，地下水抽取、回灌过程中，地下水难免会与外界的空气接触，导致地下水氧化，由此而引起地质化学变化、地质生物变化等水文地质问题。而且地下水管路材料的防腐措施不彻底，也会造成管路、换热器等出现结垢、腐蚀，从而影响水质。

为了杜绝、降低地下水源热泵对环境的影响，我国政府已经出台一些政策，严格控制地下水的开采、使用。地下水源热泵使用前，应该对使用地区地质进行严格的地质勘测，在容易引起地面塌陷的条件下限制使用地下水源热泵。地下水源热泵也可以采用井口换热器，不将换热器放入地下水中，避免了地下水与空气的直接接触，从而减少了空气对地下水的污染。

2 土壤源热泵应用度环境的影响及解决方案

土壤源热泵是利用地下土壤的热量，通过中间介质载体在封闭的地下埋管中流动，从而实现热泵机组与土壤之间的换热。与地表水源热泵相比，地下土壤5m以下全年土壤温度稳定并且约等于当地地区年平均温度，可以在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。土壤源热泵利用地下换热器与土壤实现吸热和放热，减少了空调系统对地面空气的热和噪声污染，实现了真正意义上的节能减排。但是土壤源热泵也具有一些缺点：我国北方地区，冬季从土壤中使用的热量大于夏季向土壤排放的热量，使得土壤温度逐渐降低；南方地区，夏季向土壤排放的热量大于冬季从土壤中提取的热量，导致了土壤的温度逐渐升高。单一使用土壤源热泵，土壤的温度不能够及时的恢复，从而导致了热效率的下降甚至热泵机组的实效[ 5] 。

土壤源热泵从土壤中吸热和排热破坏了土壤的热平衡，因此对土壤源热泵加以辅助热源，使土壤能够及时的恢复热量平衡。许多学者做了相关研究并在工程实践中已有部分应用。北方地区，冬季可以使用锅炉或者太阳能集热器向土壤提供热量；南方地区，夏季向土壤中排放的热量可以通过辅助冷却塔来散热，或者利用周围景观喷泉等来散热，也可以将废热回收利用，从而减少土壤源热泵向土壤中的热量排放[ 6] 。

3 结语

本文分析了地表水源热泵、地下水源热泵、土壤源热泵对环境的影响，并且提出了一些解决方案。地源热泵是一种真正意义上的节能、减排、节能的新型空调系统，通过对其缺点的一些控制，可以得到更加广泛的应用前景。

[1] DE SWARDT. A performance comparison between an air-source and a ground source reversible heat pump[J].International Journal of Energy Research,2001,25(10):899-910.

[2] DERDER S. Municipality water reticulation ground-coupled reversible heat pump system as alternative to an air source system[J].American Society of Mechanical Engineer(paper), 1997,12:402-1215.

[3] 机电信 息调研 组. 2 00 6 年全 国中 央空调 市场 总结报告 ( 第七部分 水源 / 地源热泵市 场总结报告 ) [ J] .机电信息, 200 7 , 25 : 16 - 2 7 .

[ 4 ] 张文宇. 上海世博园大型地表源热泵对黄浦江水环境的影响分析 [ D ] . 上海: 同济大学硕士学位论文,2007 .

[5] 殷平，地源热泵在中国[C].2001年全国热泵和空调技术交流会论文集，2001

地热地质学篇9

[关键词] 星球旋涡体 物质层次包压 宇宙膨胀

Hierarchy of the planet’s material

[Author] Wei Qingsong， Guangxi Normal University， School of Politics and Administration

[Abstract] the existence of the planet’s hot and cold by two brief confrontation the role of material forces， based on the performance of a material into the package-level pressure in the form of spin.

[Key words] Planet Vortex Body The material level of packet compression Expansion of the universe

星球的自转，星球之间的环绕运动，星球的存在，都不是由引力引起，而是由两种简单的冷热物质力量的对抗作用而产生的。

一、包压论思想的思维过程

1、对地球引力的置疑

1）定理一：在一定轨道上环绕圆心运动的宏观物体同时受到与其离心力相等、且力向相反的力量的持续推动作用，环绕圆心的运动才能继续进行。

这个力量要么是圆心对物体的引力，要么是从外向内对物体的推力。

2）定理二：物体连续均速的自旋运动，必须有一个持续推动力的作用才成完成。

这个持续推动力不可能是物体本身的引力，只能是由外向内的外推力。

由此可联想，地球环绕太阳公转，要么是太阳对地球有引力，并由引力来推动而完成；要么是太阳与地球之间根本没有引力，是由外在压力推动了地球绕太阳公转。而太阳和地球的自转运动不可能由引力推动，只能由它们各自以外的压力来持续推动。这个神秘的压力在哪里呢？

2、外在压力存在的可能性

1）定律一：有序的物质运动形态的侧面和正面对作用于其上的物体或物质形态都有推压的作用。

例一：把标枪投入水的激流上，标枪就被弹走，说明流动水面对标枪有向外的推压力；例二：高速流动的空气能把飞机抬于其上，让它飞行，说明飞机下的高速气流的侧面对飞机有抬升力（推压力）。

2）定律一推理：分子小且分子间隔大的物质流动形态的侧面和正面对相对分子大且分子间隔小的物质或物质形态都能够进行推压作用。

如：流动的液态水对其流过的固体物质表面有推压的作用；流动的空气对其经过的液态水面有推压作用，如急速流动的空气能把海面掀出几十米高的海浪。由此可推知，粒子间隔更大、粒子体积更小的某离子物质流动形态对相对粒子间隔较小、粒子体积更大的气体物质形态也具有进行推压的能力。

在地球上空，客观存在着不同的流动物质形态层的层层包压，即流动液态海水包裹推压着固体陆地、流动的大气包裹推压着海水和陆地，并且可以推断，大气上面还有某离子物质流动形态包裹推压着大气层，这个某离子物质流动形态上面还有几个其他更小更活跃的粒子物质流动形态包裹着，进行层层推压，这样，形成了层层包裹推压地球的形式。

如果地球的自转是由其上的层层分子或离子物质流动形态的推动来完成的话，即由其上的层层离子物质流动形态的旋进推动力产生，这种推动力不可能是地球的引力造成，因为地球的长期稳定的自转不可能由引力产生，而只能由能使离子物质形态产生旋进流动的外在压力造成，这个外在压力是如何产生的？

3、外在压力的生成

冷热物质对抗现象：现象1）烧红的热铁球被放入冷水桶中，铁球立刻自转滚入水里并放出水气，产生这种现象的原因是，高热铁球向外散热并与冷水发生反应生成水气，热与水气向外膨胀，对其周围的冷水态造成推压，周围的冷水对其进行反推压（包压）并与之发生冷热反应，推压与反推压（包压）的持续激烈对抗 ，造成了热铁球的急速转动。

现象2）在风平浪静的晴和天气里，如果发生森林大火，大火周围立刻狂风大作，现象原因同上，都是冷热力量的对抗作用产生的。

两个现象说明了周围冷气态对其中心热物体的包裹压力是在两种冷热物质力量的对抗中产生的。

由以上定律和现象可以推出以下两个自然现象的生成原因：

自然现象1）地球沙漠风暴的成因

在大沙漠里，由于大面积的沙子受到太阳的爆晒，沙面温度升高，大面积的高温相煎和叠加，使沙子和沙漠近空的空气温度迅速增高，形成大面积的高温气团，热气团向上空和四周急剧膨胀，遭遇上空和沙漠边缘相对冷得多的空气状态，急剧膨胀着的的高热气团向外周围推压相对较冷的空气状态，冷空气状态也对其进行反推压（包压），当冷热气体形态的包压与反包压力量持续对抗达到一定的程度，就形成了强烈的力量交让对抗，从而产生外周围冷气流包裹高热空气团的旋涡运动，运动着的旋进气流推动着涡心热气团，促使其转动并向前高速移动，就形成了旋进气流卷着热沙飞旋前进的飞沙走石的风沙运动，这就是沙漠风暴。

由于热沙子较重，在运动中容易下落，又因沙漠上热空气比较干燥，热量容易被散发，热气团保持热量的时间较短，当旋涡体的里外冷热空气温度在对抗传递中变得差不多时，旋涡运动就消失，风暴就停止了。因此，沙漠风暴一般持续的时间不长，但由于大沙漠中产生高热大气团比较容易，所以沙漠风暴频繁发生。

2)地球热带海洋飓风的成因

热带海洋飓风与沙漠风暴生成的原理是一样的，都是外周相对较冷的气态对相对高热的气团进行包裹推压而形成的旋涡气流运动。由于海洋上的高热空气大多都是湿热的水气，相对于沙漠干燥的热空气，热量不易散发，热带海洋飓风中心的热气团保持热量的时间较长，因此，海洋飓风持续的时间较长。但因海洋海水的流动性强，受洋流、云层遮蔽阳光、海洋风浪等多种因素的影响较多，在洋面上生成大面积较稳定的高热气团的条件不常具备，因此，海洋飓风不常发生。

由此可联想，假若热带海洋飓风的中心不是高热水气团，而是小恒星，那这个海洋飓风将在地面上奔驰不息。温度相对高的星球处于由寒冷宇宙原始气体物质组成的宇宙之中，正如炽热铁球没于冷水中一样，客观上形成了冷热物质力量的持续对抗，这种力量对抗产生了由不同物质形态层层包压流动旋进的星球旋涡体，这就是造成星球自转的外压力。

4、封闭气流旋涡体的生成条件

封闭气流旋涡体的生成条件：一是要有外部旋进气流；二是要有旋进气流的出口。第一个条件，以上几点已经说明。第二个条件，由太极拳的粘化法可以得到启示(以地球为例来说明)：

太极高手与对手对打时，使用粘化法，身体迎着对方打来的拳头，把对方的重拳粘住，并同时化掉对方拳头的力量，这个粘化法就是对方拳头接触身体的瞬间通过移步并旋转身体或原地旋转身体，达到以力化力。地球也是这样做的，对四周旋进的气流，通过移动和旋转（公转和自转）使气流沿着圆周球面分散开，旋进气流均匀地不停地压进，地球均速地不停地挪转，大气压（旋进气流的推压力）就把物质空气和物体稳稳地推进粘压在地面上。分散出去的气体是散开的，没有了原气流的力量，当然，大量的旋出气体物质充塞于地球表面的上空，在一定的程度上增加了近地球表面的空气密度和空气压强，阻碍了气流的进一步旋进，减缓了旋进气流的速度，但是，分散开的气体升到一定高度后，在外面旋进气流的推动下也加入到了旋进气流的行列中，旋进到地球表面，循环进行。地球经过长期的演化，使得自转速度、公转速度、旋进气流速度、气流量、散开的气流的影响等以及各种力之间的相互作用，都慢慢的调整演变而达到完美的平衡和稳定，形成稳定的气流旋涡体，把物体稳稳地压在地表上，使地表上的人们不易察觉到。

由此可知，地球气流旋涡体的气流出口就在不断移动和旋转的地球圆周表面上。具备了外部旋进的气流和旋进气流的出口，一个封闭的稳定的地球气流旋涡体就形成了。如果地球旋涡体真的存在，封闭气流旋涡体就能存在，星球外在压力也就能存在

二、星球物质层次包压模式

产生星球永恒运动的根源就是相对炽热的星球体处于寒冷的宇宙气态之中，星球体向外散发的热能与相对寒冷的包裹星球体的冷气态之间巨大的温度差而产生力量对抗，造成宇宙冷气态对包裹星球的热气团的包裹推压，形成星球旋涡体，并推动星球体运动变化。本文以太阳系为例来说明。

1、 太阳

1） 太阳旋涡体的形成

宇宙里充满着异常寒冷的宇宙原始气体，是物质的最小组成单位，它无处不在，其性质极其活跃，微粒之间间隔很大，因为是最小的物质微粒，所以它不吸热，不吸光，冰冷异常，由它构成了非常寒冷的宇宙原始气态。太阳是一个温度极高的火球，处在无限广大和寒冷的宇宙气态之中，就像炽热的铁球掉进冰冷的海水里，必然与寒冷的宇宙气体发生反应，太阳反应生成的过程中，不仅不断的向外放出强烈的光、热、电磁波、热辐射、各种射线、以及人们还不知道的什么物质，其表面也与其周围的气体发生化学燃烧反应，生成热气体、离子物质、热固体小尘埃等热物质，这些热物质以太阳为中心向周围空间膨胀，它们的膨胀对周围的寒冷的气态造成了推压，冷气态也对之进行反包围推压，在持续的膨胀热物质与冷气态的对抗中，形成了外面冷气旋进流对太阳膨胀热物质的旋进包压，并推动其进一步旋转，形成旋转的不断膨胀的热气团。在冷气包压力和太阳热气团的膨胀力对抗中，冷气的包压力迫使太阳燃烧反应生成的热物质向太阳表面压缩，使太阳表面附近的热气物质密度变高，压强增大，从而阻止并减少太阳与外周围的旋进冷气体的化学燃烧反应，当太阳本身的热能和化学燃烧反应能放出的最大限度的热物质造成的膨胀力与其外周围的旋进气流包压力基本持衡时，太阳的化学燃烧反应就保持在这个程度上，太阳放出的热物质就相对稳定了，它的膨胀扩张也停止了。各种力之间的交叉、叠加和对抗基本平衡，包围太阳的旋进冷气流与太阳本身的自转也在一定的速度上达到均衡和稳定，外面的冷气旋进流、中间旋转的各种物质组成的热气团、核心的太阳三者在对抗斗争运动中逐渐形成一个有机的整体，一个稳定的太阳旋涡体也就形成了。

旋涡体中旋进气流产生的强大包压力是推动太阳自转的动力，也就是说，以太阳为中心的各种热物质向外的膨胀力与太阳旋涡体中的旋进气流向内的推压力之间的对抗，是太阳自转的根本原因。旋涡体使构成太阳的高热物质紧紧聚合在一起，形成稳定的星球体而不发生分解，并使太阳与外周围旋进的气体物质继续发生化学燃烧反应，生成其他物质，完成物质与能量的交换。（旋涡体实际上就是正在扩散的热气团受到其外周围持续的包裹阻力而呈现出来的散热形状，星球是以旋涡体的形式存在的，一个星球就是一个旋涡体，因此，星球旋涡体是星球与外界进行能量交换的基本形式，是星球存在的基本形式，而星球旋涡体中内外冷热气体力量的对抗斗争是推动其自转的动力）。

2）太阳旋涡体的不同物质形态层

太阳在形成过程中，太阳边缘物质与旋进的宇宙气体物质发生燃烧反应，生成各种各样的物质，如固体物质尘埃、液态物质、分子气体、离子气体等，旋进的宇宙气体流把这些物质包裹在太阳周围并推动其作旋进运动，这些物质在运动中同性相聚，形成了包裹太阳的不同物质形态层。由太阳向外按物质大小、冷热、轻重等不同性质分布着不同的物质层次，一般情况是，大、重、热的物质层靠近太阳，小、轻、冷的物质层远离太阳。形成物质层的一个重要原因之一是，物质高速而有序的旋进流动就象大浪淘沙，使性质相同或相似的物质聚在一起，而把不同性质或性质不相容的物质分开，从而形成了不同的物质流动层次，如高热物质层、液态物质层、重分子气体层、轻分子气体层、重离子气体层、轻离子气体层等不同的物质形态层。根据上一章的“定律一推理”，这些物质流动层从外到内由外层依次包裹推压内层，层层包裹把太阳围在核心并推动其旋转，使太阳发生自转，并在一定的程度上阻止了太阳与外界宇宙物质的进一步反应，使之成为长期稳定的旋涡体。不同物质形态流动层与最外面的宇宙气体流动层共同构成了一个完整的太阳旋涡体。

如图：（1）中心黑球是太阳，太阳边缘到A点是燃烧带，是太阳与旋进的物质进行燃烧反应的地方，旋进物质气流未能直接到达太阳表面；燃烧带是太阳与外宇宙进行物质能量交换的主要地方。

（2）从A点到B点是太阳旋涡体的物质气体旋进流区域，分布着太阳与旋进物质进行燃烧反应所生成的各种物质形态和宇宙气体物质。第一层是燃烧层，是太阳与外界物质发生燃烧反应生成新物质的地方；第二层是高热物质层，太阳燃烧反应后生成的高热新物质；第三层是分子气体层，是太阳燃烧反应生成的分子气体物质；第四层是离子气体层，是太阳燃烧反应生成的离子物质；第五层是宇宙原始气体层，分布着宇宙原始气体物质。（这是大概的分类，真正的物质层次不只这些）太阳的行星分布在第五层的宇宙原始气体层中。

在太阳旋涡体中，靠近太阳的地方，物质密度高，压强大，远离太阳的地方，物质密低，压强小。（这个图适合于与太阳一样的恒星）（为了陈述方便，原始气体层以外的所有物质层有时在文章中统称为热物质气团或热气团，因为它们的组成物质主要是星球与旋进气体物质燃烧反应释放出来的物质）。

2、地球

1）地球旋涡体

地球作为太阳的行星，在其形成之初，也同太阳一样，是一个火球，所以地球旋涡体的形成与太阳旋涡体的形成是一样的（参考上述）。在长期的演化中，地球表面由于热量的长期消耗而降低，由原来的火球变成了温热的球体，地球热能向地心退去，地球旋涡体的旋进冷气流产生的大气压直接压在地表上，从而把曾经满是尘埃弥漫的地表上空的物质直接压到地面上，轻者上浮，重者下沉，水和物质尘埃都被压到地面上，气体物质被压在地表周围的近空中，地表远空直到地球旋涡体边缘，大多是异常微小的，间隔很大的，非常活跃的原始气体。（地球表面温度虽然变低了，但与包裹其周围的主要由宇宙气体构成的冷气态的温度相比，温差仍然巨大，因此，产生冷气态旋进包裹热气团生成地球旋涡体的条件仍然存在，月球也一样） 转贴于 2） 地球旋涡体的不同物质形态层

同太阳物质层的形成一样，地球上空的物质层是地球开始形成的过程中，地球与旋进到地表上的各种气体物质发生化学燃烧反应而生成的各种气体物质形态构成的，由地表向外按物质大小、冷热、轻重等不同性质分布着不同的物质层次，一般情况是，大、重、热的物质层靠近地面，小、轻、冷的物质层远离地面。形成物质层的原因与太阳旋涡体的物质层的成因相同，但构成不同，从地面向外，主要依次为液态水层、重分子气体层、轻分子气体层、离子层等。这些物质流动层从外到内由外层依次包裹推压内层，层层包裹把地球围在核心并推动其旋转，造成了地球的自转，并在一定程度上阻止了地球与外界宇宙物质的进一步反应，使地球旋涡体长期保持稳定。

如图：（1）中心黑球是地球，由B点构成的圈是地球的表面，由A点构成的圈是地球的燃烧带，这是因为地球的高热能退向地心，造成燃烧带也向地心退去，这一带仍然是地球与外宇宙进行物质能量交换的主要地方。旋进物质气流未能直接接触燃烧带，而是直接压在地球表面上。

（2）从B点到C点是地球旋涡体的物质气体旋进流区域，分布着地球形成时，地球与旋进物质进行燃烧反应所生成的各种物质形态和宇宙原始气体物质。具体来说，如图，第一层是重分子气体层，由重分子气体物质组成；第二层是轻分子气体层，由轻分子气体物质组成；第三层是离子气体层，由离子物质构成；第四层是原始气体层，由宇宙原始气体物质组成。（这也只是大概分类）月球在第四层的原始气体层内。

地球旋涡体内，物质密度和大气压强从地面向外逐渐减小减弱。此图适合于与地球一样的行星，月球的形成和演化与地球的形成和演化基本相同。

3、太阳行星的公转

太阳的其他行星的形成同地球的形成一样，都在长期的演化中形成了由不同物质粒子状态流动层构成的旋进气流旋涡体，一个行星旋涡体就如一个气圆盘，太阳旋涡体也如同一个大气圆盘。行星围绕太阳公转，实际就是行星旋涡体处于大太阳旋涡体中，在太阳旋涡体的旋进气流层内环绕太阳这个涡心球进行公转，太阳的九大行星就像九个大气圆盘在太阳这个更大的气圆盘里环绕太阳这个中心球作公转运动。

行星都分布在太阳旋涡体的最外层，即宇宙原始气体层中，环绕太阳这个中心公转的。每个行星在其公转轨道的任何一点上都受到来自两个方向相反并力量相当的力的作用。一个力是来自太阳各种热物质气团向外膨胀产生的对行星旋涡体的推动力（可以表现为行星公转具有的离心力）；另一个力是太阳旋涡体内旋进气流对行星旋涡体由外向太阳中心的推压力。这两个方向相反的力共同作用于行星旋涡体，长期持续地推动行星沿着稳定的轨道环绕太阳作圆周运动，这个轨道就是行星环绕太阳的公转轨道。

每个行星的体积、质星等的大小、轻重不同，它们所受到的以太阳为中心由内向外的热物质气团的膨胀推动力和旋进气流的由外向内的推压力也不同，决定了它们环绕太阳公转的轨道也不同，公转的速度也不同。

三、包压论的一些应用

1、为什么行星的排序从太阳到外边缘基本上是由小到大、由重到轻进行排列？

在太阳旋涡体中，物质密度、温度、气压都以太阳为中心，向外旋涡体边缘逐步由大到小、由高到低、由强到弱进行分布，从而也形成了太阳从里到外的推动力由强变弱的递减状态。每个行星旋涡体就像一个气圆盘，太阳的九大行星环绕太阳公转，就像九个行星气圆盘浮在太阳旋涡体这个大气圆盘中环绕太阳这个中心浮转，就像投入湖水中的中间装有石头的气球，谁的质量大、体积小，谁受到的浮力就小，谁就没近湖底；谁的质量小、体积大，谁受到的浮力就大，谁就浮近湖面上。环绕太阳公转的行星也一样，谁的质量大、体积小、气盘小，受到来自太阳方向的推动力（浮力，由物质密度、温度、气压等膨胀推动力）就小，谁就被太阳旋涡体的旋进气流压进中心处，靠近太阳；谁的质量小、体积大、气盘大，受到来自太阳方向的推动力（浮力）就大，旋进气流很难把它压近中心处，谁就浮在外边缘，远离太阳。而与浮力关系最大的因素是行星与其气流旋涡体的比例，如果行星的气流旋涡体远远大于其中心球，其受到来自太阳方向的推动力就大，旋进太阳的阻力就大，就远离大阳，如果比其中心球不太大，其受的推动力就小，旋进太阳的阻力就小，就靠近太阳。因此，行星的排序是从太阳到外边缘基本上是由小到大、由重到轻进行排列，天王星、冥王星依次排在最外面，那是因为它们的气流涡体远远大于其中心球体，换句话说，就是其气球与核心的比例最大，所以，质量最轻而浮在最上面。

2、为什么近太阳的行星自转的速度相对较慢而远太阳的行星自转的速度相对较快？

行星自转的速度主要受到内外两个因素的影响，内在因素是行星旋涡体的旋进气流的速度，旋进气流的速度快，气旋推压力强，行星自转的速度也快，反之，就慢；外在因素是行星所处的环境因素，主要是来自太阳方向的推动力和太阳反方向的气旋推压力，如果行星旋涡体受到太阳方向的推动力和太阳反方向的气旋推压力强，行星自转受到的负影响就大，其自转速度就慢，反之，就快。

近太阳的行星，内因方面，在近太阳的地方，由于温度比较高，行星的中心球与外界的温差相对较小，推进行星旋涡体的旋进气流的力量相对较弱，行星自转的速度也较慢；外因方面，近太阳的地方，物质密度大、温度高、气压强，热膨胀推动力大，由外向旋进太阳中心的气旋推压力也大，两个力共同作用，进一步阻碍了行星的旋进气流速度，减缓了行星的自转速度。而远太阳的行星则相反，从而自转的速度相对较快。

因此，太阳行星的自转速度基本上是这样的情况，近太阳的行星自转的速度相对较慢，远太阳的行星自转的速度相对较快。

3、为什么太阳的自转速度比其行星的自转速度慢？

星球自转是由星球旋涡体的旋进气流的推压力造成的，根本原因是，相对高热的星球处于相对高寒的宇宙冷气态之中，星球周围的热物质气团与外面冷气态巨大的温度差造成了冷热物质力量的对抗，形成了旋进冷气流对热气团的包裹推压，并推动其旋转，从面产生星球自转。星球旋涡体内外冷热对抗气流的温差越大，对抗力越大，旋进气流就越快，推动中心球旋转的力量就越大，从而星球自转的速度就越快。反之，星球自转的速度就慢。

太阳是一个温度比其行星高得多的火球，它与其周围的冷气态之间的温差比行星与其周围的冷气态之间的温度差要大得多。按理说，太阳应该比其行星自转的速度快。然而却相反，为什么呢？原因是太阳表面外有一个燃烧层，进行不规则的燃烧反应，放出的巨大的热力缓冲了旋进气流对太阳的推压力，大大减缓了太阳旋转的速度，使太阳自转的速度变慢。而行星则不同，由于其表面温度较低，表面上已没有了燃烧层，行星旋涡体的旋进气流直接推压在行星的固体表面上，使行星自转的速度与其周围的旋进气流的速度趋于一致，提高了其旋转的速度。因此，太阳行星的自转速度比太阳本身的自转速度快。

4、为什么太阳系在不断地膨胀？

太阳系的膨胀，换句话说是，太阳的行星不断的远离太阳，而不是说太阳旋涡体的增大，太阳旋涡体生长稳定之后，行星远离太阳的同时，太阳旋涡体反而逐渐缩小。行星远离太阳的原因：行星绕太阳公转是太阳旋涡体内由太阳向外的热物质气团的膨胀推动力和由外向太阳中心的旋进气流推压力两个力共同作用于行星的结果，两个力是作用力与反作用力的关系，作用力增强，反作用力也相应增强，作用力减弱，反作用力也相应减弱。太阳在长期演化过程中，热量在消耗中不断地减少，它对行星的热推动力也相应减少，作为反作用力的外气流对行星的推压力也相应减少，从而使行星周围的压力也相应减少。这样就出现了两种情况，第一种是，行星旋涡体受外压力减少而相应增大，也就是说，行星的气圆盘增大了，气圆盘的增大加大了行星所受的“浮力”而向太阳外边缘移动，远离太阳；第二种情况是，行星环绕太阳公转而具有远离太阳中心的离心力，太阳旋涡体外气流对行星的推压力减少，对行星的离心力的向内约束力也减少，造成了具有离心力的行星向外作扩展运动。

两种情况都使行星远离太阳运动，造成太阳系在不断膨胀的假象。不断燃烧的太阳，在其热量耗尽而变成不发热发光的星球过程中，太阳的行星也将一个个的脱离太阳而去。其他星球也一样，它们的行星也不断地向外移动，这也是宇宙膨胀的原因。

四、星球的消亡

以地球为例来说明，地球因热而生成，也会因失热而灭亡。它的灭亡可能有两种情况：第一，当地球热量减少时，地球外的各种物质状态层就向地球退缩。因为地球向外的热气体物质膨胀推动力与由外向地球的旋进气流推压力是作用力与反作用力的关系，地球热量减少，其向外的热气体物质膨胀力也相应减弱，地球旋涡体内的旋进气压力也就相应减弱，外边缘的一部分离心力强的气体物质就逐渐向外飞走（包括月亮）。后来，地表上的气体和水全部跑光（有的水被收缩进地球里面），地表周围的固体物质也一层一层脱离向外空跑掉。最后，当地球散发的热量已不足于使周围冷气态包裹成一个独立的旋涡体系统，地球就被其所处的太阳旋涡体的旋进气流吹散而分崩离析，变成星际物质或流星雨，或被旋进气流带到太阳表面进行燃烧，变成新的物质。

第二，脱离太阳而亡。如果太阳的热量消耗快于地球热量的消耗，太阳旋涡体逐渐变小，外气压力变弱，从而使地球不断向远离太阳的方向飞移，最后脱离太阳而飞向更寒冷的外太空，从而加速了地球热量的消耗，也加速了它的灭亡。

星球的消亡过程都差不多，是热能使其生存，没有热能就要死亡，这是颠扑不破的真理。星球有生就有死，旧星体的不断消亡，新的星体不断出现，旧的星体不是凭空消失，而是被其他恒星重新加工，成为其他星体的一部分。整个宇宙就这样，不断地从简单到复杂、从低级到高级，向前发展，永无止境。

参考文献

[1] 易照华 编，《天体力学基础》，[M]，南京，南京大学出版社，1993年8月

[2] 徐仁新 编，《天体物理导论》，[M]，北京，北京大学出版社，2006年2月

[3] 王永久 编，《引力论和宇宙论》，[M]，长沙，湖南师范大学出版社，2004年7月

[4] 胡中为、王尔康 主编，《行星科学导论》，[M]，南京，南京大学出版社，1998年8月

[5] 刘南威 编，《自然地理学》，[M]，北京，科学出版社，2005年1月

[6] 周体键 编，《简明天文学》，[M]，北京，高等教育出版社，1990年9月

地热地质学篇10

关键词地源热泵中央空调冷热平衡 经济效益 可再生能源贡献率

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A 文章编号：

一、项目概况

1、基本情况

本项目是包含酒店、餐饮、购物、娱乐与一体的公共建筑。地上主楼10层，裙房4层，地下两层。地上总建筑面积34459平方米，包括酒店11500平方米，商业22959平方米。地下总建筑面积22600平方米，包括地下停车库、局部地下商业购物中心、设备房等。本项目高度不高于45.0米，容积率2.20。

地块的空调负荷估算值如下

（1）酒店面积约11250平米，夏季空调冷负荷1450kw，冬季空调热负荷800kw。

（2）商业22959平方，初步估算夏季空调冷负荷2600kw，冬季空调热负荷1550kw。

（3）热水系统最高日小时平均耗热功率184kW，设计小时耗热功率562kW,结合热水箱的储热，热源功率按300kW考虑，每天运行15小时可满足全天热水耗热量。

2、地质情况

本地块的地质情况如下所述。

根据勘探揭露，拟建场地勘探深度内地基土按成因类型和物理力学特征，可划分为8个工程地质大层及若干亚层。现将各岩土层的主要工程地质特征描述如下：

1-1层，杂填土，层厚0.60~2.80m；1-2层，粘土，层厚0.00~2.60m；2层，淤泥，层厚6.80~11.10m；4-1层，层厚8.80~13.40m；4-2层，淤泥质粘土，层厚0.00~11.00m；5-1层，粉质粘土，层厚0.00~8.80m；5-2层，粉质粘土，层厚0.00～7.20m；5-3层，中砂， 层厚0.00～7.90m；6层，粘土，层厚7.0~13.50m；7-1层，圆砾，层厚3.90～10.50m，7-2层，粉质粘土，层厚2.40～7.80m，8-1层，粉质粘土夹砂，层厚1.40~6.10m；8-2层，含粘性土砾砂，层厚2.60～5.20m；

8-3层，粉质粘土夹砂，该层土本次勘察未揭穿。

据勘察揭露：

1-1层杂填土成份复杂，性质不均，厚度较小。

1-2层粘土呈软可塑状，高压缩性，俗称“硬壳层”，具一定强度，但其厚度较小。

2、4两大层淤泥质土为本区的主要软土层，其土的工程性质差，承载力低，在上部荷载的作用下易产生较大的沉降量。

5大层土由5-1、5-2层粉质粘土及5-3层中砂组成，其力学性质均尚可，但其埋深略浅、个别亚层厚度不足且分布不稳定。

6层土为灰色软可塑土，均匀性差。

7大层中7-1层圆砾呈中密状，力学性质好；7-2层粉质粘土呈可塑状，力学性质尚可；

8大层中8-1层粉质粘土夹砂、8-2层含粘性土砾砂、8-3层粉质粘土夹砂力学性质较好，分布尚稳定，故8层组合总体强度较高。

拟建场地勘探施工结束后统一测得地下水位埋深在地表以下0.50~0.87m之间，地下水水位埋深较浅，为浅层孔隙潜水，水量较小，主要接受地表水及大气降水渗入补给，排泄途径以蒸发为主，地下水位受季节影响有一定变化，根据区域资料年变幅一般不大于1.50m。

图1.1 勘察剖面图

二、地源热泵系统的简述

1、地源热泵的特点及工程应用

地源热泵按冷源/热汇的形式可分为地表水地源热泵、土壤源热泵及采用地下水的地源热泵。

地下水在本地禁止使用，项目周围无合适的地表水源。本项目仅对土壤源热泵做可行性分析。

建设部建筑科学研究院做了研究，根据中国的地域特点，把中国分成了地源热泵的应用分成了适合区，一般适合区，不适合区。由于冷热很难平衡，东北的大部及两广都不适合做地源热泵，宁波地区一般空调全用地源热泵也难于做到冷热平衡，但可以通过其他方式实现平衡，但经济性及节能性是否合理因工程而异，故为一般适合区。而华北大部则认为有节能性。

同时，因为地源热泵系统要正常运行，除了热泵机组的运行外，还需水泵来完成水（地）源侧水循环，而水泵的能耗作为基本能耗是必不可少的，水泵能耗在同时使用系数不高的空调系统中尤为重要。

出于保护地下水资源 ，防止城市区域性地面沉降的原因，紧张开发采用地下水；本地块周围也无可以利用的地表水资源。故本报告仅对采用土壤源作为热源/热汇的地源热泵空调做可行性分析。

2、地源热泵空调系统应用可行性分析

为保证地源热泵空调系统在使用后，可达到一个良好的经济效益和节能减排的效果，工程项目应达到下面5个条件。

⑴地质情况良好。

地质条件适合地源热泵埋管的施工和换热。

⑵土壤源冷热平衡情况良好

地源热泵空调系统以土壤源作为冷热源时，必须在一个周期运行中，土壤中的蓄热量和散热量达到平衡，从而才能保证系统有效的运行下去。

⑶场地条件合适

项目应具备较好的施工条件。

⑷经济效益较好。

使用地源热泵空调系统，在投入运行后，与传统空调系统相比，应具备较好的经济效益。

⑸节能减排效果显著

使用地源热泵空调系统后，其可再生能源应用应具备较好的贡献率。

三、地源热泵空调系统可行性分析

1、场地可利用情况

根据总平面布置图，本项目为双层地下室，项目用地面积为15936，地下室面积为11300，项目周围可利用的空地约4600。

2、土壤源的冷热平衡

由于酒店建筑的冷负荷值大于热负荷值，且制冷运行时间大于制热运行时间，在投入使用后，其夏季释放至土壤源的热量累计量同样远大于冬季从土壤源吸收的热量累计量。考虑酒店具备较大的生活热水需求，空调运行式时可采用余热回收的方式制备生活热水，降低土壤源冷热的不平衡性。

3、地质条件的影响

根据地质勘察的数据可知，本项目有可用于埋管的土壤层，根据地质勘测报告显示在70m以上。

4、项目经济效益分析

本项目建议酒店部分采用地源热泵空调。酒店部分冷负荷1450kW，空调热负荷800kw，热水热负荷300kw，从初投资及土壤热平衡方面考虑，宜设计地埋管+冷却塔辅助散热的系统形式，以热负荷需求计算地埋管长度。考虑设备散热取修正值0.8，如全部热负荷采用地源热泵，则所需地埋孔的孔数计算如下：

1100kW×1000×0.8÷40W/m÷70m/个=315（个）

210钻孔总的深度为22000m，总管长44000m。

垂直地埋孔间距取4m×4m，需要的用地面积为5040。从总平面图及总技术指标可看出，本项目地块用地总面积15936，地下室占地面积约11300，项目周围可利用的空地约4600，基本上能满足地源热泵空调的埋管占地要求。地埋管打孔方案如下图所示。

图1 地埋管打孔方案示意图

⑴初投资比较

地源热泵空调系统方案按照满足生活热水及冬季负荷考虑地埋管数量。

1)项目初投资

方案一：多联机+风冷热泵

表4 多联机+风冷热泵系统初投资

设备表中水泵数量包括备用泵，计算能耗时扣除。

方案二：地源热泵系统

表5地源热泵空调系统初投资

设备表中水泵数量包括备用泵，计算能耗时扣除。

2）系统运行能耗比较

两个方案设计满负荷时能耗及小时运行费用如下表，其中，商用电价格按照0.936元/KWh，商用天燃气按照3.4元/立方。

表6 两种系统设计小时运行能耗

方案二：

地源热泵系统 (电)402KW (电)377KW 376 353

夏热冬冷地区公共建筑IPLV计算式为：

IPLV=2.28%×A+38.61%×B+47.19%×C+11.92%×D

其中：A、B、C、D分别为空调在100%、75%、50%、25%负荷率时的性能系数。根据IPLV的定义可知，2.28%、38.61%、47.19%、11.92%就是夏热冬冷地区公共建筑空调在100%、75%、50%、25%负荷率下运行时间占系统全部运行时间的比率。计算全年能耗时近似考虑空调在部分负荷率下运行时其耗电量与额定负荷的比值同负荷率相对应，即100%，75%，50%，25%负荷率运行时间分别对应为为全年（分制冷季和制热季）运行时间的2.28%、38.61%、47.19%、11.92%，耗能量分别对应为额定耗能量，75%，50%，25%的额定耗能量。

两个方案年运行费用如下表：

表7 多联机+风冷热泵年运行能耗

表8 地源热泵系统年运行能耗

结论：

采用地源热泵空调系统静态回收年限为：

N==3.2年

采用地源热泵空调系统动态回收年限为：

Pt===3.8年

结论：从经济分析角度判断，本项目采用地源热泵空调系统与多联机系统比较回收年限在4年内，有较高的使用经济价值。

5、可再生能源贡献率

方案一多联机+风冷热泵系统机房部分年能耗计算如下：

表9方案一空调系统运行能耗计算表

方案二地源热泵空调系统机房部分年能耗计算如下：

表10方案二空调系统运行能耗计算表

采用地源热泵空调系统年节约标准煤113.2t，节能率26.5%。

四、结论