根据地温资料推断气候变化——当代理论地热研究的一个前沿课题

近年来,在陆上进行热流测试或钻孔地温测量过程中,人们发现一些地区近地表数十米以至上百米的地温曲线发生某些“扭曲”或“畸变”现象,在排除了可能造成这些现象的各种因素诸如岩性变化、地形、植被以及地下水活动影响之后,地温曲线依然与稳态地温     

中国大陆地区大地热流数据汇编

大地热流是地球内热在地表最为直接的显示,并能给出发生于地球内部深处各种作用过程间能量平衡的信息,因而日益引起地球科学界的广泛兴趣和普遍关注。我国大地热流研究始于60年代,易善锋(1966)曾报道过东北中生代盆地的三个热流数据。1979年,中国科学院地质研究所地热组正式公布了我国第一批大地热流数据25个。近十年来,不同单位和作者在华北、东北、攀西、西藏等地区又先后获得了一批热流数据。最近,本文第一作者受国际热流委员会的委托,负责将我国大陆地区热流数据进行汇总并作统计分析,以便纳入“世界热流数据汇编”。     

关于地热带分类及地热田模型

全球地热活动的分布具有明显的规律性,高温地热活动仅分布在相对比较狭窄的地壳活动地带,目前已公认为是地壳岩石圈板块的边界;而低温地热活动则广泛分布于板块内部。分布在板块边界的高温地热活动及分布在板块内部的低温地热活动,其热源性质、地表地热显示、区域地温场及热流以及水热系统的温度和水化学特征等,都有着显著的差异,这是由它们     

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。     

漳州热田温度场

漳州热田属对流型地热田,是我国东南沿海地区目前所见温度最高(90m深处121.5℃)的一个。温度场研究表明,热田中心区具有最高温度和最大的地温梯度,此乃漳州盆地的排泄区。在盆地补给区,由于岩体中的热量被冷的地下水“冲刷”带走,该区见到低地温和低的地温梯度。显然,漳州热田温度场与盆地地下水活动密切相关。在分析研究152个钻孔测温资料的基础上,本文着重讨论了地下水的垂向和水平运动对热田温度场的影响。     

Elimination of Wind Wave Effects on Sub-Bottom Profiler Record

With the presence of wind waves, the swaying of survey vessel may effect the quality of sub-bottom profiler records and, therefore, it is necessary to correct the distortions induced by wave action. A major issue is to distinguish wind wave effect and real bedforms such as sand waves. In this paper, a bandstop filter is designed according to the frequency features of wind wave effect to treat the distortion of seabed topography by wind waves. The technique is used to correct the sub-bottom profile in order to eliminate the wave-induced distortions for the sub-bottom profile records from the Yangtze Estuary. This study shows that the undulate seabed record is resulted from wave action, rather than the presence of sand waves, and the filtration technique helps to eliminate the wave effect and recover the real morphology of seabed and the sediment sequence underneath. In addition, a method for data processing is proposed for the case that the record indeed represents a combination of wave effects and real bedforms.     

天然气水合物的聚集和形成及南海地质条件分析

天然气水合物目前已经成为世界范围的一个研究热点，而我国的天然气水合物研究起步则相对较晚，通过阅读国内外有关文献，总结了天然气水合物在海底的分布特征，聚集和形成机制，产状及其形成机理，甲烷羽的形成过程，天然气水合物在沉积物中的聚集位置通常有两种情况：一是较浅的沉积物（海底以下几米）中，受控于泥底辟，泥火山，断层等；二是较深的沉积物（海底以下几十米，甚至更深）中，受控于流体，当断层延伸至海底时，通常在水合物聚集处的上部发现甲烷羽，天然气以溶解气，游离气或分子扩散的形式运移，在温，压适宜的沉积物中，即水合物稳定带内聚集并形成水合物，水合物的形成过程是：最初形成晶体，呈分散状分布于沉积物中，之后逐渐聚集，生长成结核状，层状，最后形成块状，在细粒的浅层沉积物中，通常以较慢的速度生长，形成分散状的水合物；而在粗粒沉积物中，水合物通常呈填隙状，并且这种产状可能位于较深层位中，我国南海在温度，压力，构造条件，天然气来源等方面都能满足天然气水合物的形成条件，并且在南海也发现了一些水合物存在的标志，如似海底反射层（BSR）以及孔隙水中氯离子浓度的降低。因此，天然气水合物在我国南海海域可能有很好的前景。     

“双碳”目标下煤田区地热资源开发利用与储能技术

开发煤田地热不仅可以改善煤田开采的温度环境,还可以通过地热能的清洁利用变“害”为“利”,尤其是在目前“双碳”目标下利用煤田采空区储能大有前景。评估获得我国主要赋煤区地热资源热储量为1.12×1019 kJ,折合标煤3 795.39亿t,可采热储量1.71×1018 kJ,折合标煤569.31亿t。其中,华北赋煤区的可采热储量约占74.7%,特别西区(晋陕蒙宁分区)拥有神东、晋北、晋东、晋中、陕北、黄陇(华亭)、宁东7大煤炭基地,资源最为丰富,占近48.7%。进一步指出“煤-热共采”是煤田区地热开发利用的主要形式,包括充填埋管取热、采空区矿井水取热和深部煤矿含水层取热等。此外,提出将采空区以及排水后腾出来的空间作为“储层”加以利用是下一步的工作方向,并对回填(相变)材料储热、废弃煤田抽水蓄能和废弃煤田压缩空气蓄能做了详细评述。最后,对煤田热害防治技术进行了简要评述。总之,煤田规模化储能与热害防治和地热利用将成为煤田地热研究和开发利用的主要方向,是实现煤矿绿色转型和国家“双碳”目标的重要抓手。     

渭河盆地岩石圈热结构与地热田热源机理

岩石圈热结构是盆地现今地温场研究的重要延伸和扩展,是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要窗口,更是地热田热源机理研究的核心问题.本次工作,在系统分析渭河盆地现今地温场和水动力系统基础上,编制了渭河盆地大地热流分布等值线图;通过实测生热率等热物性参数,利用一维稳态热传导方程计算了研究区岩石圈热结构,并分析了渭河盆地岩石圈热结构特征和地热田热源机理.结果表明,渭河盆地现今大地热流值分布范围为62.5~80.2mW·m-2,平均为70.8±4.8mW·m-2,西部明显高于东部,西安坳陷最高,咸礼凸起次之;渭河断裂并不是控热断裂,其沟通作用引起的水热循环一定程度上影响了浅部热量再分配,对渭河盆地地温场并没有起到明显的控制作用.西安坳陷—咸礼凸起地壳热流介于32.2~37.5mW·m-2之间,平均为34.6mW·m-2;地幔热流分布范围为33.8~38.9mW·m-2,平均为36.0mW·m-2;地壳热流和地幔热流的总体变化趋势一致,西安坳陷高于咸礼凸起,分析认为西安坳陷沉积层厚度大于后者,且沉积层放射性生热率更大,是造成西安坳陷地壳热流高于咸礼凸起的原因,而西安坳陷相比咸礼凸起更高的地幔热流,表明西安坳陷深部活动性强于咸礼凸起.西安坳陷和咸礼凸起地壳/地幔热流比值相近,介于0.93~1.01之间,平均为0.96,"热"岩石圈厚度约为95~101km.渭河盆地岩石圈热结构特征与鄂尔多斯盆地在很大程度上具有相似性,暗示着二者具备相似的深部稳定性,这与渤海湾盆地为代表的中国东部中—新生代主动裂谷盆地岩石圈热结构特征截然不同,表明渭河盆地为被动伸展裂陷.从鄂尔多斯盆地、渭河盆地、山西裂谷到华北盆地,"热"岩石圈厚度的有序变化表明太平洋板块俯冲引起的地幔对流对华北地块深部动力学行为的影响主要发生在太行山以东,而太行山以西的鄂尔多斯盆地和渭河盆地则影响甚微,这种空间差异影响从侧面暗示着华北克拉通破坏过程的有序性.综合分析渭河盆地地质—地球物理资料认为,岩石圈表层伸展破裂、深部重力均衡调整进而引起软流圈被动上涌,其产生的相对高地幔热流的热传导和深大断裂沟通的水体热对流相互叠加作用,共同构成了渭河盆地中—低温地热田的热源机理.     

中国大陆地区大地热流数据汇编(第四版)

大地热流是表征地球内部热状态的重要参数,也是进行岩石圈热结构、地球动力学研究和区域地热资源潜力评价的必要参数.大地热流的测量和数据汇编是地热学研究的一项重要的基础性工作,目前我国已经分三版公开发表中国大陆地区大地热流数据862个,本文在第三版热流数据汇编的基础上,共计收集整理公开发表的热流数据345个,并在空白区开展了大地热流数据补充性测量,获得大地热流数据23个.本文将2001年以来新增的368个数据及第三版热流数据构建成中国大陆地区大地热流数据汇编(第四版).截止目前已汇编我国大陆地区热流数据1230个,其中A、B、C和D类数据分别占49.3%、34.2%、12.6%和3.9%,较第三版热流数据A类数据比重增加了2.9%.基于现有汇编数据更新了中国大陆地区大地热流测点图并进行了统计分析.相较于第三版汇编数据,热流测量空白区面积已显著减小,热流测点覆盖率低和平面分布不均一的缺陷得到改善,本次汇编填补了西藏阿里、贵州省、广西省以及吉林省的热流测量空白区.新版热流数据统计表明,中国大陆地区(含渤海海域)热流值范围为23~319mW·m~(-2),平均值61.5±13.9mW·m~(-2);除去受地下水活动影响强烈的D类数据,热流值范围30~140mW·m~(-2),平均值60.4±12.3mW·m~(-2).本次大地热流数据汇编结果显示,我国大陆地区热流分布格局总体仍表现为:东高、中低,西南高、西北低.在西太平洋板块俯冲远程效应影响下,中国东部表现为一个高热流带,自东南沿海向东北方向一直延伸到东北地区的松辽盆地、长白山一带;受控于新生代欧亚板块和印度板块碰撞影响,青藏高原高热流区主要集中在雅鲁藏布江缝合带和南北向展布的裂谷带,总体热流值向北逐渐降低,并伴随局部的高热流区,如东北缘的共和盆地;中部地区新生代以来构造活动相对微弱,为中-低热流背景.