高地温梯度地区应为低大地热流？可能是真的！
大地热流/热流是地质学最为重要的参数，特别是全球构造分析。热流本应是一个再普通不过的一个物理量，似乎没有任何争议。且有对应的国际组织，如国际热流委员会（International Heat Flow Commission, IHFC），国际地热协会（International Geothermal Association, IGA）和不定期的全球和中国陆区的大地热流多个版本的发布和共享数据库。定义为Q=k*dt，其中k为热导率，dt为地温梯度。从公式上看，热流Q的确和地温梯度成正比，和热导率也成正比。正是这一公式，可能让整个地热界误解：在已发现的地热田有高的地温梯度dt，因而也具有高的热流Q。然而，这个靠“直觉”的对热流的高低与地温场分布的关系的理解，可能存在严重的误区。
本研究为疫情前的成果，投了多个期刊，均被拒。理由是，主要结论和主流完全不同。5年了，难啊！近年来清洁能源地热能越来越受到重视，故将此旧文翻出来。在此感谢《中国煤炭地质》期刊登了本文，昨天刚上网，高兴。俗话说，是金子总会发热的。可点击此处“热流的分布特征与大地热流的问题探讨”免费下载。主要结论是：
①热流在垂向上由深至浅的变化可近似为一个常数，考虑热对流和放射性生热后，是一条向上缓慢增加的，比较稳定的曲线；在地质条件相近时，高地温梯度对应低的大地热流，而低地温梯度对应高热流；
②一个地区的大地热流，取决于浅层最低热导率-地热盖层的性质；
③传统观点中高地温梯度必然对应高大地热流的结论可能是错误的。如图1，为沧县隆起剖面温度场和热流场。将剖面左面第三层故意设置成为热导率为0的热盖层(是为了看到“断流”现象)，可以看出，此时热盖层之下为具有高地温梯度的地热田，但该处热流值小，以至于断流。这就是高地温梯度，对应低的热流。相较而言，剖面右侧并无盖层，热传递通畅，热流值高，但地温梯度低。这时就是高热流对应低地温梯度。
图1 不同热盖层条件下的温度场与热流分布特征.(a)温度场；(b)热流场。
最后提出了目前获得的热流在垂向上剧烈变化的原因。这种象测井曲线一样的热流(如图2)在垂向上剧烈变化不符合热传递规律，有三个原因：一是温度测量是连续测量，而热导率是抽样，数量极少，二者无法正确匹配；二是，热导率测试代表性，往往同一种岩性，所测试的数据从0.6-6w/mk，差异极大；三是单层热导率和多个小层组合形成的综合热导率存在权重问题。
图2 郯庐断裂带热流值垂向变化(王一波等，2019，地球物理学报).各井的热流和测井曲线一样，具有极高的相似度
图1中故意设置热盖层K=0是为了看到“断流”现象。在文章中的图2其实也包含了多种接近于实际的模型。包含了2种情况，热盖层的热导率k为0.3w/mk和0.6w/mk，仍可看到相似的现象，但不会出现断流。这个设置落在实测的不同含水率的第四系地层热导率0.1-2.0w/mk范围内。如下图(图3)为温度剖面，剖面左半边有一层热盖层，热导率设置为k=0.6w/mk；而右侧无盖层，热导率与深部一样。可以看出，在1000-5000米处，剖面左半部分有盖层的区域地温较高，地温梯度就较高；而右半部分相对为低温，地温梯度低。图3b则显示了对应的热流，剖面左半部分有盖层的区域，热流较低，为63mW/m2,温度高；而剖面右侧无盖层，其热流高，为72mW/m2，其温度低，地温梯度也低。即，仍然符合高地温梯度对应低热流，不会因为文章中的图4设置热盖层的热导率k为0w/mk而使这个规律不正确。
图3 盖层对温度场的影响. (a)温度剖面，左侧地表设置一层热盖层(k=0.6w/mk)时的稳定地温场分布; (b)热流剖面，为有盖层和无盖层时的热流分布图
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在地热田处，或有地温异常处，几乎一致认为此处一定具有高的大地热流。这个看法完全违背了生活常识，更不符合热传导规律。用大白话解释: (1)热量能"淤积"，说明热的散失受阻，流速或通量小，否则不会淤积；(2)河流上建坝，断流，河流上游形成水库，流动自然不畅，向下游的流量，流速，通过量均会变小，而非高流速，或高的通过量。正象近期印巴冲突，印度将上游的水闸关闭，水库水位提高了，下游就断水了，流量为0。(3)中医还讲，通则不痛，痛则不通。当感觉疼痛时，则一定是气血淤堵，流通不畅，“通过量”变小，形成肿块，“梯度”变大。(4)冬天衣服穿少了，身体的热量会向外散发很多，且在战斗时，夜晚会被夜视镜观察到。这时人体表温度会降低，体表和空气温差减小，热量损失快。反之，若穿得厚，不易被红外镜观察到。体表温度与空气温差大，梯度大，热量损失慢。(5)北京地勘院的冉教授打了一个很有趣的比方：“符合欧姆定律，电阻大，电流就小”，即热阻大，热流就小。
这些是个人看法，需进一步实践检验。如果成立，现在发现的大量有地温异常的地热田，是低热流？不敢往下想。如果把热流的公式换一下，Q=dt/R, 其中R=1/k，为热阻。有高地温异常就需要高的热阻，这时我们就豁然开朗了，对应为低热流就很好理解了。
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毛小平
中国地质大学（北京）能源学院，于河北怀来东花园镇阿卡小区
手机+微信：13911360200
2025年5月24日
主要参考文献
[1]毛小平，陈修蓉. 2025.. 热流的分布特征与大地热流的问题探讨. 中国煤炭地质，37(4): 1-9. doi.org/10.3969/j.issn.1674-1803.2025.04.01
[2]王一波,胡圣标,聂栋刚等.2019.郯庐断裂带是热异常带吗:来自断裂带南段热流的约束.地球物理学报,62(8):3078-3094.
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