水熱系統

在水熱系統中，主要傳熱方式是對流。對流運動使系統上部的温度升高，使加熱帶的温度下降。水熱對流運動明顯地干擾熱傳導作用產生的地熱梯度。在水熱系統中，近地表處的地熱梯度往往很高，但隨着深度的增加將很快地下降，一直達到水熱系統的基底温度為止。

水熱系統是由水源(包括初生水、岩漿水以及大氣環流水等)、熱源、熱儲層、冷熱水環流通道以及在其中作對流循環的地熱流體所構成的體系。 ^[2] 

根據水在對流系統中存在的狀態，可以把水熱對流系統分為五種類型。如圖《水的沸騰曲線》所示。在地下，水的沸騰温度隨着深度的加深而增加，曲線的位置就是地下某個深度發生沸騰的地方。在曲線的下方，水以液態方式存在，在曲線上方，水以氣一液兩相狀態存在。

有的水熱系統無論在地表，還是在深部，水都是以液態存在，也就是説不可能發生沸騰，這種水熱系統就稱為温水系統。世界上絕大部分温泉都可能是屬於這種温水系統。它是在缺少年輕火成侵入體地區所發育的環流系統，它可以由大氣降水在傳導區域熱流機制下的深循環過程產生。

形成這種系統的先決條件是存在足以使水發生循環的高滲透率的斷層或破碎帶。熱水的温度主要取決於區域熱流量的大小和深循環的深度。

如果水在地下深處以熱水形式存在，只是當它上升到地表附近時，才發生沸騰，這時在地表也有沸泉出露。但是，他們的沸騰深度很淺，常常只有十幾米，有時也可深達數百米，但是僅發生在井管之中或熱儲層的頂部，整個熱儲層含有的還是液態的水，這種水熱系統就稱為熱水系統。兩者的差別在於後者出現於活火山附近。我國西藏羊八井地熱田就是一個熱水系統，其地下的沸騰深度，在熱田南部僅有十多米，往北才逐漸加深。

如果地下沸騰帶比較深，那麼，儲熱層中不僅含有熱水，也含有大量的水蒸氣，這種水熱系統就稱為兩相系統。在世界上許多已開發的高温地熱田都屬於兩相系統。它們沸騰帶的深度可達上千米深。沸騰帶愈深，含水蒸氣的量愈大。因此壓力也比較大。沸騰帶的深度不同，熱田的特徵也不同。

如果在儲熱層中所含的全部是幹蒸汽，則可以稱為蒸汽系統。目前，在世界上已確定的蒸汽系統為數不多，它們是意大利的拉德瑞羅(245℃)，美國的蓋瑟爾斯(245℃)和印度尼西亞的卡瓦卡瑪江。在235℃時的水蒸氣具有最高的熱焓值，達到669．8kCal/kg。另外，有人認為日本的松川地熱田也屬於這一類。

當沉積盆地具有深埋的、充滿水的滲透層，它們被後來的細粒沉積物嚴密地封閉起來，滲透層埋得很深，可達4 000—5 000米，水温只有150℃～180℃，壓力卻極高，典型孔隙壓力值大體等於100MPa，所以稱為地壓系統。在地壓系統中的地熱流體，除了含有大量的熱能和機械能以外，還含有大量的甲烷。地壓系統首先是在墨西哥灣勘探石油時發現的，目前還沒有開發，主要是工程問題還沒有解決。如果能解決的話，它們就會成為美國的重要地熱資源。 ^[1]