全球实测热流数据分析研究表明,不同的地质构造单元的热流量具有很大的差异,地质造控制了地热资源的分布。全球80多个国家和地区的大量地热资源分析研究成果表明,全球范围内,地热资源的分布具有明显的规律性。高温地热资源集中分布在相对较狭窄的地壳法动带及其附近,形成延伸上万千米的地球内热活动的地表显示带即环球地热带,其中,最为名的是环太平洋地热带、地中海一喜马拉雅山地热带和大西洋中脊洋底地热带,三者均处于球各大板块的边缘附近,而低温地热资源则广泛分布于板块内部。全球地热带可分为板缘热带和板内地热带两大类。
(一)板缘地热带
板缘地热带包括环太平洋地热带、地中海一喜马拉雅地热带、红海-亚丁湾-东非裂谷地热带和大西洋洋中脊地热带四个大带。
板缘地热带属火山型,其地壳浅部存在强大的火山或岩浆热源,高温地热资源丰富。地表水热活动强烈,热储温度普遍高于当地水的沸点,多大于℃。按沿板间界展布特征,可分为洋中脊型、岛弧型和缝合线型地热带。
1.环太平洋地热带
环太平洋地热带是一个沿板块边界展布的巨型环球地热带。该地热带位于欧亚板块、印度洋板块、美洲板块与太平洋板块的边界,以年轻的造山、活火山运动和显著的高热流显示为特征,分布范围包括阿留申群岛、堪察加半岛、千岛群岛、日本、中国台湾、菲律宾、印度尼西亚、新西兰、智利、墨西哥和美国西部。世界上目前已开发利用的主要高温地热田大多位于该地热带上。如中国台湾的大屯、日本的松川和大岳、菲律宾的蒂威和汤加纳、印度尼西亚的卡莫将、新西兰的怀拉基和布罗德兰兹及卡韦劳、俄罗斯堪察加的波热特、墨西哥的塞罗普列托以及美国西部的盖赛斯和英佩里谷等地热田,其热储温度一般为~℃,最高温度大于℃。由于几大巨型板块界面的力学性质复杂,沿板间界面展布的地热带类型较为齐全,具有洋中脊型、岛弧型和缝合线型,因此称其为复合型地热带,由此,又可将其划分为东太平洋洋中脊、西太平洋岛弧、东南太平洋缝合线三个地热亚带,其各自特征详见表2-4。
表2-4环太平洋地热带三个亚带特征一览表
2.地中海-喜马拉雅地热带
地中海一喜马拉雅地热带位于沿欧亚板块、非洲及印度洋大陆板块碰撞的拼合地带,属缝合线型。其范围西起地中海北岸的意大利,向东南经土耳其、巴基斯坦到我国西藏阿里地区西南部,再往东至雅鲁藏布江和怒江流域,折向东南抵云南西部腾冲地热活动带,以现代地质构造活动和高温热流为特征,热储温度一般为~℃,最高为西藏羊八井地热田北区,热储温度达.8℃。该地热带上著名地热田包括中国西藏的羊八井、羊易,中国云南的腾冲热海,意大利的拉德瑞罗,土耳其的克泽尔代尔和印度的普加等。我国高温地热田均分布于此带。
3.红海-亚丁湾-东非裂谷地热带
红海一亚丁湾-东非裂谷地热带位于阿拉伯板块(次级板块)与非洲板块边界。该地热沿洋中脊扩张带及大陆裂谷展布,北起亚丁湾至红海,南至东非大裂谷连续分布。据已有勘资料获知,该地热带内有非洲的吉布提、埃塞俄比亚的达洛尔和肯尼亚的奥尔卡利亚等高温州热田,热储温度均大于℃。
4.大西洋地热带
大西洋地热带位于美洲、欧亚、非洲板块边界,属洋中脊型,是出露于大西洋中脊扩张带的一个巨型环球地热带。其大部分在洋底,显示出高温地热活动和活火山活动特征,与现代断活动有着密切关系,主要有冰岛的克拉夫拉、纳马菲雅尔和雷克雅未克等高温地热田,热储温度为~℃。
(二)板内地热带
板内地热带系指板块内部皱褶山系和山间盆地等构成的地壳隆起区和以中新生代沉积盆地为主的沉降区内广泛发育的中低温地热带,以及少量热点。
与板缘地热带以近代火山喷发、岩浆侵人为热源条件不同,板内地热带的热源主要为在正常地温梯度下,地下水深循环所获得的地壳内部热量。板内地热活动的地表显示的大区域带状特征,一般表现为中低温地热活动,多见温泉、热泉等地表显示,少见沸泉。中新世到第四纪以来的火山喷发和岩浆侵人运动是内陆地热区形成的另一主要因素,也是板内高温地热活动形成的主要条件,在热柱等特定条件下也可形成高温地热带。但中新世以前的岩浆活动,因热量消失一般不构成水热活动的热源。地质构造的近代活动,为地壳内深部地热的地表显示提供了通道,成为水热活动的主要热源,形成沿构造带发育的地热异常区,其温泉、沸泉呈现线状分布特征。地热水的化学组分与其热储岩性密切相关
按地热带形成和分布的地质构造环境,板内地热带可分成断裂型和沉降盆地型两大类。
1.断裂型地热带
断裂型地热带是指地壳隆起区沿构造断裂带展布的呈带状分布的温泉密集带。其规模主要受构造断裂带的延伸长度和宽度控制,数千米至几十千米不等,大者可达数百千米,其形成特征为:
(1)断裂带为主要热储和热流通道,地下水经深部循环加热,沿深断裂带上涌至地表或浅部,形成地热显示和地热异常,多出露温泉。
(2)无近代火山和浅部岩浆热源,大地热流为其增温热源,地下水的深循环(径流)和排泄条件决定了热流的增温程度。在热水主流带和地热异常中心,地温梯度高于正常值2~3倍以上。
(3)大气降水和地表水入渗为地下热水的主要补给源。热水水质取决于水流径流带岩性特征,不同的地层岩性,在地下热水的溶淋作用下,体现出明显的水质特征。花岗岩、火山岩、片麻岩地区,地下热水多为HCO:Na型水,多呈碱性,氟及硅酸含量较高。碳酸盐岩和碎盾岩地区多为SO:-Na·Ca和HCO·SO-Na·Ca型水。气体组分以氮气为主,有少量氡。
(4)温泉多出露于山间盆地和滨海盆地或山前地带,以及河谷底部或阶地,沉积物多为钙质泉华。
2.沉降盆地型地热带
沉降盆地型地热带(田)一般指地壳沉降区内(主要为中新生代沉积盆地),沿基底或盖层内构造断裂带展布的地热带或大型自流热水盆地。沉降盆地型地热带,根据其地质构造特征又可分为断陷盆地型地热带和坳陷盆地型地热带两个亚类。
(1)断陷盆地型地热带。
断陷盆地型地热带(田)指沉降区有厚层沉积物覆盖的地堑式、地垒式构造盆地。其基底阶梯状断裂发育,盆地边界具控制性断裂。断陷盆地地热田的形成特征为:①热储结构明显。热储层上部具有较厚的保温隔执盖层,基底断裂构造发育烈为执水的主要运移通道。②地下水以深部循环形式获取地壳内正常地温梯度热量。地下水补给大部分来自于补给区的大气降水入渗,其径流途径一般较大,少量地区有可能存在少量的封存水。③地温梯度一般接近或大于正常地温梯度值,热异常中心每百米增温7~8℃。④水质以氯化物-钠型或氯化物-重碳酸盐-钠型为主,矿化度一般小于1g/L,富含氟和硅酸,与油田关系密切。油田钻探中常遇热水,我国华北盆地等即属此类型。
(2)坳陷盆地型地热带。
该类地热带(田)是在板内地壳稳定下降过程中,在边坳陷边沉积的条件下形成的,为连续沉积盆地,边界一般没有控制性断裂,其形成具有以下的特点:①地热田的地热水多为古沉积水,一般不具备完整的水文地质单元和系统的地下水补给、径流、排泄条件,地热水资源量一般属静储量资源,再生性差。②热储层中地热流体动力条件弱,地下水运移缓慢,水温与热储温度接近,地温梯度低于或接近正常值,水温较低(相同温度条件下,较断陷盆地型地热水温度低10~20℃)。③热储以层状为主,断裂通道不发育,水质矿化度很高,一般为~g/L,高者可达g/L,为高矿化卤水。
我国的四川盆地、江汉盆地,法国巴黎盆地均属此类型。