地熱資源開發(fā)利用

地溫梯度丨你想知道的都在這里


什么是地溫梯度
 
地溫梯度又稱地熱梯度,表示地球內(nèi)部溫度不均勻分布程度的參數(shù)。行業(yè)內(nèi)一般以恒溫帶以下每百米垂直深度上增加的地層溫度(℃)數(shù)表示。
 
那么,什么是恒溫帶?中國境內(nèi)的恒溫帶深度取20-30m,恒溫帶的溫度取高于年平均氣溫2-6℃,或考慮地下水的溫度或巖溶洞穴中的氣溫,做為恒溫帶以下計算地溫梯度的依據(jù)。地形及氣候?qū)銣貛У臏囟群蜕疃葎t有直接的影響,其中氣溫又與緯度有關,一般低緯度帶恒溫帶較淺,溫度亦偏高;反之,高緯度帶則較深,溫度則偏低。氣溫隨地形有垂直分異的特點,所以其影響的深度和溫度也有深淺和高低之分。
 
中國地溫研究中發(fā)現(xiàn),各地區(qū)地溫梯度的變化很大。不同地點地溫梯度值不同,從各地研究經(jīng)驗來講,國內(nèi)地下地溫梯度通常為(1-3)℃/100m,分布具有東部高、西部低;南部高、北部低的總趨勢。
 
地溫梯度真的是越深越大嗎?
 
顯然不是!
 
地溫隨深度的增加而升高是一普遍規(guī)律。但在一些地區(qū)由于較深部地下水的強烈活動,形成負的地溫梯度,地溫不但不隨深度增加反而減小,地溫是地溫梯度的直接表現(xiàn)形式,側(cè)面反映了地溫梯度的變化。盆地的地溫梯度與深度關系表明,在淺部地溫梯度較高,向深部地溫梯度變小,也就是說地溫梯度隨深度逐漸降低是大趨勢。那么影響地溫梯度大小有哪些因素?
 
地溫梯度大小主要取決于巖石的熱傳導性、地下水的活動性、區(qū)域地質(zhì)構造的穩(wěn)定性和深部地殼結(jié)構的性質(zhì)。具體到盆地的地溫梯度,隨深度的變化直接受控于地層的巖性結(jié)構。怎么講?舉個例子,松遼盆地鉆井較多,統(tǒng)計結(jié)果顯示1000-3000m間地溫隨深度呈近似直線增長,3500-4000m以下增溫變緩。其原因主要在于,地下3500米之后基本為基巖和中新生代沉積層,其壓實程度及成巖作用好,導熱性較高,地溫梯度自然變小。
 
舉個例子,你左右手同樣拿一根20厘米的鐵絲和木條,分別在明火下烤2分鐘,是不是手的感覺不一樣,那就是熱導率不同的原因,鐵絲兩端溫度差和木條兩端溫度差肯定不在一個水平線上。


   圖1  中國地熱資源分布   
 
 
中國各地地溫梯度有何區(qū)別?
 
 
中國東部,高地溫梯度異常區(qū)多分布于松遼盆地、華北盆地及東南沿海地區(qū),地溫梯度多在4-5.°C/100m,最高可達7-8°C/ 100m,其分布多呈條帶狀,北東向延伸同地溫分布規(guī)律一致。
 
松遼盆地溫梯度為最高,一般在3.5-4°C/100m之間,最高可在6°C/100m以上,延伸方向以北北東和北東東為主。東北部松遼盆地1000-3000m間地溫隨深度呈近似直線增長,3500-4000m以下增溫變緩。
 
華北盆地的地溫梯度,一般在3.2-3.5 °C/100m間,最高可達7°C/100m以上,多呈北北東方向條帶狀低、高、低分布;地溫梯度在4°C/100m以上的分布區(qū),多在基底隆起頂部靠近邊界斷裂的一側(cè),這里是華北盆地開發(fā)利用中、低溫地熱資源的主要地區(qū),如雄安新區(qū)到霸州一代,以及固安-廊坊-天津一帶。
 
東南沿海地區(qū)的浙、閩、粵等省區(qū),地溫梯度多在2.5-3.5°C/100m間,尤其在沿海地區(qū)的溫州、大浦、廣州一線以東地區(qū),多為3°C/100m以上的地溫梯度分布區(qū),其中一些地熱異常區(qū)的地溫梯度可達6-7°C/100m;此帶中的雷州半島及北部灣、鶯歌海等海域的地溫梯度可達3 .3°C米左右。地溫梯度等值線的延伸方向為北東及北北東并與海岸線方向一致。
 
鄱陽、洞庭(包括漢江)、南陽、三水及白色等中小型盆地的地溫梯度均偏高,一般都在3.0°C/100米左右,最高達4.0°C/100米以上。
 
中部地區(qū),包括海拉爾-二連盆地,鄂爾多斯盆地,四川盆地及其以南I的滇、黔、桂地區(qū),區(qū)內(nèi)地溫梯度多在2. 5℃/100m左右,局部地區(qū)達3°C/100m以上。
 
滇東、黔,桂地區(qū)的地溫梯度一般為2—2.5°C/100m,而在南盤江、百色、南寧等盆地中則多大于昆明一六盤水一帶地溫梯度偏高,以2.5℃/100m的地溫梯度等值線,以舌狀伸向東北,并與四川盆地的南界相毗鄰;中部山區(qū)的地溫梯度均低于1.5-2.0°C/100米。
 
在中國西部,在大致東經(jīng)102度以西地區(qū),地溫梯度分布的總趨勢是南部高,北部低。
 
西藏云南西部地區(qū),沿雅魯藏布江向東延至騰沖一景谷一帶,是中國西南部一條較高的地溫梯度陡變帶,一般均在2.5-3.0℃/100m之間,最高可達5.0-7.0℃/100m以上,一些受構造控制的高溫異常區(qū)還要高出數(shù)倍,高山區(qū)的地溫梯度則要低的多,通常大都低于1 .5℃/100m,藏北高原中的許多中新生代沉積盆地的地溫梯度,比其周圍要高1-1.5℃/100m。
 
青藏高原的共弛地區(qū)與云南西部的三江地區(qū),地溫梯度多低于1.5℃/100m,只有在那些由構造斷裂控制的溫泉區(qū)域溫泉帶才能形成局部的地溫梯度異常區(qū)。
 
蘭州—西寧地區(qū)的地溫梯度在2.0-3.0℃/100m之間,青海柴達木盆地及河西走廊地區(qū)的地溫梯度,亦在2.5-3.0℃/100m。
 
新疆地區(qū)的塔里木盆地及準噶爾盆地的地溫梯度,則較其東部的柴達木盆地及河西走廊為低,塔里木和準噶爾二大盆地的梯度多在1.5-2.5℃/100m,
 
 
地熱梯度的方向指向溫度增加的方向,稱正梯度。如果溫度向下即隨深度的增加反而降低時,稱負梯度。熱田鉆孔穿透熱儲層后,常出現(xiàn)負梯度。
 
地溫梯度的倒數(shù)稱地溫增溫陡度(geothermal degree),或稱地溫增溫級(geothermal degree),其物理意義可以理解為溫度相差1℃時兩個等溫面之間的距離。
 
正常地溫梯度:梯度小于或等于3℃/100m,異常地溫梯度:地溫梯度超過℃/100m。
 
地溫級度是地溫每增高1℃時深度的增加值