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地熱發電:地熱地質系統分類 - 對流型地熱

與傳導型地熱不同,對流型地熱通常較高溫,可依其有無岩漿出現分成岩漿型與非岩漿型,岩漿型系統有火山岩與深成岩型,台灣的大屯火山群便屬於火山岩型,在其周圍火山流體往外擴散的過程中會與地層流體或天水中和,將本來的酸性流體變成中性流體,因此在火山外圍區域可能有地熱開發機會 。
 
 
 

對流型地熱地質系統常發生於活動板塊構造邊界,由於地函內部熱分布不均,帶動熱對流,造成岩石圈與軟流圈之間的動態相互作用影響。活動板塊邊界常有火山活動發生,此類地形也伴隨著高熱焓量,是對流對流型地熱地質系統的特色之一。常見的構造包含:聚合型板邊界之隱沒帶上方的岩漿弧(如菲律賓 - 日本火山島弧); 位於海洋環境的張裂型板塊邊界(例如中洋脊); 轉型斷層邊界與滑移斷層(例如聖安德烈亞斯或阿爾卑斯斷層);熱點火山(例如夏威夷)等。主要斷層帶可以作為主要的流體通道,使軟流圈上緣熱質與岩石圈產生對流,是對流型地熱地質系統的主要熱源。

 

對流型地熱主要由具有岩漿庫的火山地形之火成作用或板塊拉張型成的斷層,此類型地質構造的流體大部分來自天水入滲,與岩漿流體混和,形成高溫對流的狀態。屬於岩漿型的對流型地熱地質系統,代表地形為火山岩或深成岩,其差別在於火山岩為岩漿噴發在地表冷卻結晶,深成岩則為在地殼深部冷卻的岩石,屬於火山岩型的例如張裂型板塊邊界的冰島,玄武岩與安山岩基質的爪哇島火山島弧,沿南美洲安第斯山脈或台灣;深成岩型的代表性地形為在阿爾卑斯山南緣的板塊聚合邊界。火山岩地形的岩漿庫周圍流體流動可分為向上流動與向外流動,向上流動就是岩漿噴發或酸性溫泉,向外流動經過地質化學作用,原本極酸性的流體會被中和,形成適合泡湯的溫泉,此區域的地熱流體也比較適合拿來發電。深成岩型的對流型地熱地質系統,其所含的熱取決於岩漿發生的年代,越老的岩漿冷卻越久,若岩漿地質活動年輕,通常意味著已冷卻的深成岩底下仍有龐大熱源可以使用;全球最早開發的地熱場址,義大利Laderello便屬於此類型。

 

非岩漿型的對流型地熱地質系統,延展型區域,通常有無流動邊界型的斷層或斷層滲漏。無流動邊界型的斷層,對流發生在斷層周圍且伴隨著天水沿著斷層入滲;斷層滲漏區,其流體會由斷層滲漏至具有滲透性之封閉地層或至地表,當流體沿著斷層向上移動時,會與地層水或天水混和,水中的碳酸氫鹽和鎂會增加,硼、硫酸鹽和氯化物會減少,可當作地熱徵兆的一種。

 

對流型地熱地質系統相對於傳導型地熱地質系統,通常焓有更好的熱源條件,因此大部分這類地質系統案例都做為發電利用,台灣的大屯火山群屬於對流型地熱中的火山型,雖然在大屯火山取樣的水質非常酸,pH值低到只有2,根據上述提及的火山流體中和作用,在九份地區很可能有已經中和完的中性水,且在這種情況下,火山周圍中性水區仍然保有高熱,可能有地熱開發潛能,若能更多調查採樣分析,也許又是台灣地熱另一個可開發的區域。

 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

審校:沈建豪

 
名詞解釋

MWe:為Megawatt的縮寫,是電廠計算電度的單位,百萬瓦

1 Gwe (十億瓦)=1,000 MWe (百萬瓦)=1,000,000 kWe (千瓦)

 
  • Inga S. Moeck, "Catalog of geothermal play types based on geologic controls", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014
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