热流——生热率线性关系研究综述

热流一生热率线性关系的发现被视为理论地热学上的一次重大突破，目前在全球范围内已定义了数十个热流省，但是，这一线关系至今仍缺乏可信的理论基础。本文概述了热流一生热率线性关系的发展历史，综合介绍了２０多年来在地质、地球化学和地球物理等方面为正确理解这一经验线性关系的内在涵义而展开的研究，并对现有大陆热流省的资料进行了分析。     

全球大地热流-岩石生热率关系综合分析

大地热流分析是研究大地构造地球动力学和地壳化学组成的一个重要手段通过对全球范围大陆地区大地热流和岩石放射性生热率数据的综合统计分析探讨地壳一地慢热流配分统计结果揭示,全球尺度显生亩地质构造区热流与岩石生热率之间不存在简单的线性关系,但两者在隐生宙地盾区却具有明显正相关关系从大地热流-岩石生热率关系在显生亩地区和在隐生宙地区的差异可以大致确定壳-幔热流成分的变化范围取地壳厚度为30－50km,根据前寒武地盾区热流与生热率之间的统计关系可以进一步推测地壳岩石中放射性生热元素的平均丰度范围分别为铀（0．5-1．6）×10－6,钍（1．8－6．1）×10－6,氧化钾0．6％-1．9％．     

中国大陆地壳和岩石圈铀、钍、钾丰度的大地热流约束

根据实测大地热流数据，求出中国大陆主要构造单元的地壳平均生热率的上限值为1．3μWm^-3，中国大陆的地壳平均生热率不应高于该值；相应的铀、钍、钾丰度上限值分别为2．04（10^-6)、7．76（10^-6)和2．04（％）。据此对黎彤等近年发表的中国大陆及塔里木－华北板块地壳和岩石圈的铀、钍、钾元素丰度值进行检验。结果表明这些丰度值过高，不满足实测大地热流值的约束，这意味着黎彤等给出的铀、钍、钾的丰度值不可信。我们认为，根据出露地表的相应岩石的成分估计地壳和岩石圈地幔深部的微量元素丰度的研究方法，缺乏可靠的理论或实验基础。     

云南深部热流研究

阐述了云南大地热流分布特征，并从地壳结构入手探讨了地壳、上地幔的生热率垂向分布，进而研究了云南的深部热流结构．研究结果表明，垂向上，上地壳所产生的热流量最大，中地壳次之，下地壳最小；横向上，各构造单元深部热流结构差别较大，全区地幔热流变化范围是１９～５７ｍＷ／ｍ２．     

利用自然伽马测井计算准噶尔盆地沉积层生热率及其热流贡献

沉积层放射性生热的热流贡献（沉积层热流）是沉积盆地大地热流的重要组成部分,能够有效促进中国西部“冷”盆深层-超深层烃源岩的增温和热演化.本文利用不同的自然伽马（GR）-生热率（A）经验关系式分别计算了准噶尔盆地不同构造单元16口钻孔共6120个沉积层生热率,通过与实测生热率的统计对比,确定了适用于研究区的GR-A经验关系,建立了准噶尔盆地地层生热率柱,据此计算了研究区沉积层热流贡献,并以盆参2井为例定量分析了沉积层热流的增温效应.结果表明,准噶尔盆地沉积层平均生热率为1.179±0.339 μW·m^-3,总体上随着时代变老,沉积层生热率呈现出递减趋势.准噶尔盆地沉积层热流平均为7.9±4.9 mW·m^-2,约占地壳热流的29.2%和大地热流的19.6%,区域上与盆地沉积层厚度大体一致,表现为中央坳陷最高,北天山山前冲断带变化较大,陆梁隆起和西部隆起次之,东部隆起和乌伦古坳陷最低.沉积层热流能够有效增高深层—超深层烃源层受热温度,促进有机质热演化,如在考虑和忽略沉积层生热的两种情况下计算的盆参2井下侏罗统三工河组烃源岩底部（5300 m）温度差异最大为7.3 ℃,这显然对于地温梯度小、主体油气藏埋深大的准噶尔盆地油气资源评价和勘探目标优选具有重要意义.     

断层没有摩擦吗？

圣安德烈斯断层附近的热流测量没有观测到任何摩擦生热,这是构造上一个长期未解决的问题,并被称之为圣安德烈斯热流佯谬。传统的解释是,在断层滑动期间存在于断层上的剪应力至少必须是比岩石摩擦实验所期望的100MPa小一个量级左右,何以如此,人们迷惑不解。1996年,《自然》杂志上发表了Melosh和Scott的文章提出了对于这个难题的解释。     

我国大陆地区大地热流与地壳厚度的变化

本文从我国大陆地区现有的热流观测和深部地球物理资料出发,对1°×1°网格平均热流值（q）与地壳厚度值（M）进行回归分析.结果表明,中国大陆地区作为一个整体,q-M之间存在良好的正相关关系;在111°E以东地区特别是在华北盆地,两者呈显著负相关关系.按地壳厚度分组和按热流值分组的统计结果具有相似的特征,在所有“一分为二”（即只分成小于和大于等于某一指定值）的分组系列中,高值范围的算例都呈显著正相关,回归直线斜率在0.4-2.8mW/（m²·km）的范围内,与国内外报道的地表岩石生热率值一致;而低值范围的算例均给不出清晰的相关关系.作者认为,上述统计结果是地壳岩石放射性生热贡献和来自深部的地幔热流在大地热流二元结构中所起的作用在不同情况下有所不同的体现.     

地震波速与地壳岩石生热率关系的研究评述

本文概述了由地震波速（Ｖｐ）计算地壳深部岩石生热率（Ａ）这一方法产生的历史背景，介绍了提出Ｖｐ－Ａ关系的初始理论，Ｖｐ－Ａ关系的各种计算式、适用区域及温压校正方法，综述了近十年来围绕这一关系而展开的争论，报道了研究新进展，提出了地壳深部岩石生热率的研究方法。     

辽河裂谷盆地地幔热流

辽河盆地是一个在前中生代基底上发展起来的裂谷盆地,实测大地热流平均值为65mW/m²,变动于44-83mW/m²之间。在给出地壳结构模型并确定各岩层放射性生热率的基础上,采用“剥层”法从地表开始,自上而下,由浅及深地扣除各岩层所提供的热量,从而得出地幔热流值。结果表明,辽河裂谷盆地地幔热流为41mW/m²,占整个地表总热流量的63％。可见,本区热量大部分来自地幔。与世界上其它地质构造单元相比,辽河裂谷盆地无论地幔热流绝对值或其与地表热流之比值,都具有介于稳定地区和构造活动区之间的特点。作者认为,辽河裂谷盆地地幔热流的上述特点,乃是中、新生代以来本区长期地质历史发展的产物。     

北京平原区西北部大地热流与深部地温分布特征

北京平原区蕴藏着丰富的中-低温水热型地热资源,其西北部分布着小汤山地热田和京西北地热田,两大地热田以南口—孙河断裂带为界.地热田及其外围地区基础的地热地质研究工作较少.为给地热学研究和地热资源精细勘探提供科学依据,本文基于前人23眼钻孔的温度测量数据以及近期完成的548件热导率和100件放射性生热率实测数据,研究了区域大地热流和0~4 km深部地温特征.结果表明：（1）研究区现今地温梯度为11.31~94.89℃·km^-1,平均值为31.79℃·km^-1;岩石热导率为0.895~5.111 W·（m·K）^-1,放射性生热率为0.257~2.305 μW·m^-3,大地热流为48.1~99.1 mW·m^-2,平均值为68.3 mW·m^-2,热流的分布受基底形态和断裂构造控制.研究区东部南口—孙河断裂带两侧小汤山和郑各庄地区为高热流异常区,中部马池口地区也存在局部高热流异常区.（2）在南口—孙河断裂带的不同位置,不同深度地层温度差异明显,体现出区域现今地温场不只受控于该活动断裂,更是多期次构造事件复合叠加的结果.（3）南口—孙河断裂带南侧存在两处有意义的较高地温异常区,分别为郑各庄异常区和马池口异常区,其中马池口异常区是未来地热开发利用有一定潜力的地区.     

The geothermal regime of the northern Yukon and Mackenzie delta regions of northwest Canada — studies of two regional profiles

Temperature data from deep petroleum exploration wells and thermal conductivity estimates based on net rock analysis data have been used to make terrestrial heat flow estimates along two profiles across the sedimentary strata of the Mackenzie Delta, northern Yukon, and offshore Beaufort Sea regions.Both profiles exhibit low heat flow values that range from 34 mWm^–2 to 58 mWm^–2, and little change occurs over large distances in the continental part of the area. Low heat flow values (<40 mWm^–2) occur in the Beaufort-Mackenzie Basin and Rapid Depression, both of which are areas of thick successions of Cretacecus and Tertiary clastic sedimentary strata. High heat flow values of almost 80 mWm^–2 occur to the south in the Taiga Nahoni Foldbelt and values as high as 60 mWm^–2 are indicated along the Aklavik Arch Complex, northeast of Aklavik.The regional variations of effective thermal conductivity are insufficient to account for the heat flow variations along the profiles, and so these may indicate deep radiogenic or other heat sources.     

Subsurface temperature measurements and terrestrial heat flow estimates in the Aswan region,Egypt

Summary The results of temperature measurements in six boreholes, drilled near the west shores of the Lake Nasser in the Aswan region in the Nubian Desert, are reported. Temperature-depth profiles, complemented by thermal conductivity determinations of surface rock samples, were used to calculate the existing range of heat flow density in the region as 40 ÷ 60 mWm⁻², which is consistent with the values from the adjacent areas, reported in the literature. The extrapolated mean annual ground surface temperatures amount, on the average, to 30°C, which is 3 K higher than the mean annual air temperature in the region.     

利用气象地温资料反演大地热流

利用气象台记录的深度为0.8m,1.6m和3.2m的月平均地温资料,进行Fourier频谱分析,得到定常波和子谐波（变化波）两部分.同时取地表以下为水平分层的均匀双层介质,建立数学模型,根据线性热传导和最优化理论对定常波以及子谐波的振幅谱和相位谱进行联合反演,计算气象台地表附近的定常地温梯度以及地表土壤的热扩散系数等物性参数,并据此计算该地的大地热流值.初步计算结果表明,上述方法得到的某些地区的大地热流值与传统的通过钻孔测量法得到的大地热流值符合得相当好.     

中国东南地区实测热流值

本文系统地分析了中国东南地区现有的125个实测热流值.全区热流值的变化范围为35.6-209mW/m²,平均值为67.9±24.1mW/m².这些热流值中,高质量A类和中等质量B类的数据占总数的72％.热流值在区域上的分布呈现“二低一高”的格局:研究区西北和东南沿海一带为低热流区（除热异常区外）,中部和南部为高热流区.     

青海柴达木盆地大地热流测量与统计热流计算

１９９１年６-８月对青海柴达木盆地２１个石油勘探孔进行了钻孔温度测量,其中８个用于热流计算;从油田已有的测温资料中选取了１４个孔用作热流研究．为解决线性温度段与采样段的不匹配,对１７６块岩样的实测热导率与岩样的埋藏深度及地层年代之间的相关性进行了系统分析,求出热流计算段的加权平均热导率,共获得２２个热流值,其变化范围３２-７５ｍＷ／ｍ^２,平均约５３ｍＷ／ｍ^２．为阐明全盆地热流分布趋势,采用网格化方法计算统计热流．实测和统计热流一致表明,柴达木盆地热流值呈西高东低的分布特征．     

Frictional heat generation and seismic radiation in a foam rubber model of earthquakes

Results from a study of stick-slip particle motion at the interface between two stressed foam rubber blocks indicate that normal vibrations and interface separation are an important part of the stick-slip process in foam rubber. The dimension of the dynamic slip pulse is small compared to the dimension of the model (approximately 10 cm vs. 200 cm) consistent with the abrupt-locking slip pulse model ofBrune (1970, 1976), andHeaton (1990). A comparison of frictional heat generation between stable-sliding and stick-slip foam rubber models indicates a linear relation between the temperature increase on the fault surface (for a given distance of slip) and the driving shear force for the stable-sliding model, while for the stick-slip model there is essentially no variation in frictional heat generation with an increase in shear stress. We performed experiments to investigate the ratio of normal motion to shear motion at different levels of normal stress in the stick-slip foam rubber model. Preliminary result indicate that the normal component of the particle motion increases more rapidly with increasing normal stress than the shear component. The phenomenon of interface separation and normal vibrations may thus explain some of the most frustrating problems in earthquake mechanics, e.g., the heat flow paradox, the long-term weakness of major active faults, and anomalousP-wave radiation.     

An attempt to define Curie point depths in Greece from aeromagnetic and heat flow data

The objective of this study is to understand the nature and extent of the regional geothermal system at depth beneath the area of Greece by constructing the Curie isotherms.Spectral analysis of aeromagnetic data in conjunction with heat flow information revealed an almost inverse linear relation between heat flow and Curie depths and was used to construct the Curie isotherms from the existing heat flow data.The results showed that Curie depths in the area range from about 20 km in western Greece, up to 1 km beneath the Hellenic volcanic arc. These results are consistent with the existing geothermal and geotectonic regime in the area.     

中国大陆地区热流数据的分布及其初步分析

本文首次系统地收集整理了观测资料比较齐全、国内公开发表的热流数据167个,并对之进行了初步分析。这些数据的地理分布还很不均匀,热流值变化范围为25—245mWm-2,多种平均方法得到的结果表明,中国大陆区域代表性热流值范围为61—68mWm-2。作者所作的经纬度网格和条带统计还揭示,数据覆盖区内热流沿经、纬向的分布有明显的差异,纬向条带平均热流值看来具有波状起伏变化的规律。这一结果已经得到日本及其周围海域热流数据的初步印证,如果获得更广泛的证实,无疑具有深刻的地质和地球物理意义     

中国大陆余震活动深度分布及其流变学机制

本文研究了中国大陆１９６６年以来发生的５次大地震（Ｍｓ≥７．０）的余震活动深度与地热流的关系。研究表明，地热流较高的震源区，余震活动深度分布较浅，并且得出余震深度分布受地壳内部岩石脆性－韧性转变深度的流变学特征控制的推论。