引言
地下工程、煤矿工程、水工隧洞工程等复杂的地下结构涉及一系列微妙的地球科学原理，其中地温场的分布规律便是其中的关键组成部分。地温场不仅反映了地壳表层温度的空间分布，也是地球内热与太阳辐射热相互作用的直接结果。这一温度分布在很大程度上与地域的地质构造、岩浆活动程度及岩石的导热系数密切相关。例如，火山地区和断裂构造带的地温梯度通常较大，这些都与地区的具体地质特征紧密相连。
地温分布在7km的浅层地壳中可以划分为变温层、常温层、增温层，这些层次之间的相互作用构成了复杂的温度场分布体系。这一体系的形成并不是孤立的，而是与地球内部热源以及太阳辐射热在地壳表层的互动结合在一起的。日变化、年变化及世纪变化等因素都在地温分布中起着关键作用。值得注意的是，地温场的主要热源仍然是来自地球的内部。
这样一种丰富而复杂的地温场分布，不仅对理解地球的内部热机制具有深远意义，更对地下建筑物的温度场分布规律的研究提供了科学基础。地壳表层的结构和物质不均一性导致了地温在不同地区的差异，进而塑造了现今的地温场，这一现象与深部地质构造的特征紧密相连，为我们理解和开发地下资源提供了重要的研究方向。
一、传导型
传导型地温场在地质科学中占有举足轻重的地位，因为它的形成和分布揭示了地下深处的温度结构和地质构造的复杂相互作用，以下详细阐述传导型地温场的特点、成因以及在中国地区的具体表现。
1. 传导型地温场的特点
传导型地温场的形成是慢源热和地壳中放射性元素衰变产生热量的总和，通过岩石的传导作用才至地壳表层。这一类型的地温场反映了地下深部的热源和地壳的热传导机制的复杂关系。
2. 成因及影响因素
慢源热与放射性元素衰变： 地下的慢源热和放射性元素衰变共同作为地温场的热源。这些过程是持续的，能够在长时间尺度上形成稳定的地温场。
岩石的传导性质： 岩石的导热系数决定了地温的传导速率和方式。不同的岩石组成和结构会导致地温场的差异化。
地质构造： 区域地质构造的稳定性也会影响地温分布。例如，隆起区的地温通常高于凹陷区。
3. 中国地温分布的基本模式
中国的地温分布图清晰地反映了东部地壳薄，地温高；西部地壳厚，地温偏低的现象。大中型盆地如松辽、华北、鄂尔多斯等地区的地温分布主要受区域地质构造的影响。
3.1 地温与地质构造的一致性
在传导型地温场中，地温的高低通常与区域地质构造一致。例如，盆地中基底的起伏与地温的高低成正向关系。
3.2 隆起区的热量重新分配
隆起区的地温场特别受到深部热由导热率高的地层向导热率低的岩层的传导作用的影响。这种传导过程导致了热量的重新分配，并在隆起区基底岩层的顶部积聚。
3.3 附加热源的影响
某些地区可能因为后期的区域地质构造的活动或深部热水的对流等因素，附加了新的热源。这些附加的热源可能会改变局部区域地温场的面貌，从而派生出了新的地温场的形成模式。
4. 结论
传导型地温场为地质学家提供了深入了解地下深部结构和温度分布的窗口。中国地区的地温场分布充分展示了这一现象，揭示了地质构造、岩石性质和热源分布等多重因素之间的精妙平衡。从长远的科学研究和资源开发角度来看，对传导型地温场的深入理解不仅有助于推动地质科学的发展，还可能为能源、环境保护和城市规划等领域提供有益的指导和支持。
二、对流型
对流型地温场是一个复杂的地质现象，涉及地下水的加热、传输和对流。以下是关于对流型地温场的详细分析和解释，其中将揭示其特点、形成机制以及在华北盆地等地区的具体表现。
1. 对流型地温场的概述
对流型地温场是一种地下水受地温加热并通过地下裂隙上升的过程。在这一过程中，地下水成为热量的载体，并通过地下结构如断裂、节理和岩溶洞穴的复杂网络进行运输。
2. 对流型地温场的形成机制
2.1 地质构造
盆地或山区的构造活动通常形成许多导水的节理、裂隙和深大断裂，为地下热水的对流提供通道。
2.2 深部热水加热
地下水在深部循环时被加热，然后通过上述通道上升至地表。
2.3 地表出露
在山区的适宜地形部位，热水可能出露地表形成温泉。在盆地，则可能形成地温异常区。
2.4 地温梯度
地温梯度是衡量对流型地温场的一个重要指标。一般认为地温梯度在4°C/100 m以上的地区就具有对流因素参与而形成的地温分布区。
3. 对流型地温场的主要特征
地温梯度： 对流型地温场通常表现为地温梯度大于4°C/100 m，但在基底岩石中可能减小至2°C/100m甚至更小。
地下结构： 断裂隆起、空洞和裂缝的存在为热水对流造成良好条件。
化学成分： 地下热水的化学成分较为均一，表明热水在其中有强烈的对流作用。
4. 华北盆地的典型表现
华北盆地是对流型地温场的典型区域，其中的异常区地温梯度可达8°C/100 m以上。这些地区构成了中国东部中低温热水开发的有利地段。
5. 总结
对流型地温场的研究不仅为地质学提供了深入了解地壳热动力学的途径，还为能源开发和环境保护提供了重要的信息。华北盆地等地的对流型地温场为温泉和热水资源的开发提供了宝贵的机会。更重要的是，通过对这些复杂系统的深入理解和探索，地质学家可以更好地预测和管理这些自然资源，以支持可持续发展和社区福利。对流型地温场的深入研究和理解将继续推动地球科学、能源工程和环境科学等领域的进展。
三、高温热源型
高温热源型地温场是一种特殊的地质现象，它与地球板块边缘的构造活动紧密相关。以下是关于高温热源型地温场的详细分析，涵盖了其形成机制、特征、分布以及潜在的科学研究和实际应用价值。
1. 高温热源型地温场概述
高温热源型地温场是由地下岩浆的上涌和侵入所造成的高温现象，具体表现为地下高温岩浆囊或岩浆体，以及相邻岩石和地下水的加热。
2. 形成机制
2.1 板块动力学
全球构造的板块边缘，特别是板块相互碰撞、消亡或增长的地方，为深部热物质上涌和岩浆形成提供了途径。
2.2 深大断裂的拉张和挤压
断裂的拉张和挤压活动有助于岩浆的上涌和侵入，导致10～20 km的浅部形成岩浆囊或岩浆体。
2.3 岩浆加热
岩浆热或岩浆体的残余热加热了周围地区的岩石和地下水，从而造成了大面积的地温升高，形成高温异常区。
3. 主要特征
高温异常区： 这些区域内深100 m左右就可遇到150℃以上的温度，增温率可高达14°C/m。
火山活动： 与新生代的死火山和喷发的玄武岩、辉绿岩有关。
高温水汽热储层： 如台湾的大屯火山区及清水一土场地热区在2000 m就遇到290°℃的高温水汽热储层。
4. 地理分布
西藏的雅鲁藏布江两侧，云南腾冲地区，台湾地区，中国东部的松辽、华北盆地、长白山区的白头山、东南沿海及海南岛等地区
5. 科学和实际应用价值
高温热源型地温场为地质学家提供了深入了解地壳热动力学和板块构造活动的窗口。更重要的是，这些区域可能包括可供能源开发的地热资源，如高温水汽热储层。此外，一些地区的深处是否存在岩浆残余热，值得进一步研究。
结语:
高温热源型地温场揭示了地球内部的复杂过程和相互作用。它们不仅是地球科学研究的重要组成部分，而且可能具有巨大的能源开发潜力。特别是在全球能源需求持续增长的背景下，这些地区可能成为未来可持续能源解决方案的关键部分。
高温热源型地温场的研究和理解将有助于推动地质科学、能源工程和环境可持续性的进展，特别是在中国这样资源丰富和能源需求快速增长的地区。
网友评论