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深究大地热流

已有 6215 次阅读 2020-11-26 22:58 |系统分类:科研笔记

大地热流是一个很重要的物理量,如何理解它,物理含义是什么,影响因素是什么,是本文关注点。大地热流本来很成熟,没可议空间,但本人乘疫情空闲时,发现里面存在较大问题,写此博文,敬请专家批评指正。 


目前存在的问题:


    ■不同深度,热流差异大,忽高忽低;如图2所示如测井曲线

    ■热流浅层计算得高、深层看似小;

    ■相邻井,地质条件相近,热流差异大。

    ■地温梯度高,热流就高?如图3,贵德盆地好象低热流?

    ■海域热流真的高?

微信截图_20201126225209.jpg

(a)              (b)

图2 计算的热流如测井曲线,变化大

(a)测井曲线及温度梯度;

(b)热流及拟合曲线

(王一波,2019)

微信截图_20201126225345.jpg

图3 贵德盆地多数呈现低热流

(郎旭娟,2016)

      大地热流又称热流密度,简称热流,指单位面积、单位时间内由地球内部传输至地表,而后散发到太空去的热量,是地壳或岩石圈深部热状态在地表的综合量化表征。用处很大,它可以表征: 地球内部向外的传热强度; 深部热状态; 居里面深度.


      其数量为热导率乘 地温梯度: 


Q(z)=k(z)*dT/dZ


      下图为目前所认可的全球大地热流分布图。

全球大地热流图Davies2013.jpg

图3 全球热流图(Davies2013)


大地热流的本质是什么?能代表什么?影响因素?


经过研究认为:


      ■目前的所获得的大地热流,是一种未经校正的实测数值,可称为似大地热流,影响因素多,不能代表地球内部向外的传热能力,需要经过地表温度校正和热盖层校正。

      ■高地温梯度地区,不对应高热流,而是低热流。如羊八井河谷地区,是高地温梯度,相对于周围的高山,则是低热流。如图3贵德盆地类似,怎么计算热流都高不起来。

      ■似大地热流强度由垂向上最小热导率决定;如果河道有坝(地表有第四系热盖层),就会有水的聚集成水库,则整条河流量(大地热流)会降低,甚至断流(热流小)。若有好的第四系热阻层,则会有热的聚集成热库,淤积,如图4所示。正所谓:通则不痛、流速快;痛则不通,则有淤。如果有地下水补给,如q1,q2,甚至分流分走了如q3,则河道上的通过量是可变的。但对于浅层地壳,在勘探尺度内,放射性热源是可忽略的,只有物性横向非均质性,会导致分流。所以从深至浅,大地热流表现为一个常数,如下一条。

河流流量.png

图4 河流流速、补给与分流示意图

      ■似大地热流在垂向上近似为一常数,或称热流常数;物性横向变化大时,热流在垂向上局部会产生变化,会产生偏流,其变化率(梯度)服从热流梯度反相原则,在二维剖面上为上-左、下-右的规则。

      ■洋壳热流高于陆壳的原因,不全是洋壳深部比陆壳更热,而是受海水低温的影响;

      ■第四系盖层热导率测试误差大,会导致热流计算失败,很多高地温梯度地区的“高热流”其实是盖层的热导率误差。青藏高原的高热流数据主要来自于拉萨南部两个大湖的较浅的地温测量结果,不具代表性。

      ■似大地热流和当地年平均气温呈反相关关系。真实的、代表地球内部向外传导热强度是在地表温度很低时(如-273度时)且在最低热导率大于1mW/mK时的所计算或实测的热流。

      至于为何得出上面的结论,拟在明天,即2020年11月28-29日在武汉召开的“中国深部地热论坛2020”中作会议发言,发言时间是后天29日上午8:40-9:00,题目是“浅层大地热流的分布特征初探”,敬请关注。上述观点正在投稿外审中,不一定正确,欢迎看到此文的专家、教授指出错误。


参考文献:

[1] 王一波, 胡圣标, 聂栋刚, 张克松, 姜光政, 王朱亭. 2019. 郯庐断裂带是热异常带吗:来自断裂带南段热流的约束[J]. 地球物理学报, 062(008): 3078-3094.

[2] 郎旭娟, 刘峰, 刘志明, 蔺文静, 邢林啸, 王贵玲. 2016. 青海省贵德盆地大地热流研究[J]. 地质科技情报, 035(003):227-232.

[3] Davies J H. 2013. Global map of solid Earth surface heatflow. Geochemistry, Geophysics, Geosystems,14(10):4068—4022.


微信截图_20201127065141.jpg

微信截图_20201127065220.png



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