地热学

地球物理学的分支学科

是经典地球物理学的一个分支学科。研究内容涵盖三个方面。一是理论方面，探索地球的热状态和热历史，包括地球内热的时空分布、形成演变、传输聚散等，尤其着重研究地球内热的驱动-诱发机制，即内热在生成、传输、积聚和耗散过程中驱动壳幔物质的构造变形或运动，以及岩石圈深度内不同规模、不同形式构造运动诱发相应的热效应。由此可见，地热学是深部地质学，尤其是地球动力学研究的一项重要学科内容。二是应用方面，它将地球视为一个蓄存巨大热能资源的热库，重点研究地热资源的形成、分布、富集机制和相应的勘探开发方法及利用途径等；同时，深部热作用对矿藏、煤炭，尤其是石油和天然气的形成、聚集、迁移起着重要的控制和制约作用；另外，当金属、煤炭等矿产资源进行深层开发时，将面临矿井内高温热害，此时地热学的研究任务乃是阐明热害形成的机制及相应的对策。三是实验方面，包括现场的钻孔温度测量、一系列岩石热物理性质的实验测定，乃至实验仪器和装备的设计和研制等实验科学。这三个方面分别归属理论地热学，应用地热学和实验地热学三个学科分支的研究内容。

专业介绍

理论上，地热学阐明地球热状态、热历史以及全球热场分布；研究地球各圈层之间能量平衡的热信息。同时揭示了地球内热与太阳辐射外热之间的关系，根据现今地热资料推断过去地质历史时期中的古气候变化。应用上，研究地热资源分布规律、形成机理及其开发利用途径；各类能源、矿产资源如石油、天然气、甲烷水合物等形成时的今、古地热条件，特别是含油气盆地的热状态、热历史；研究矿区、尤其是煤矿区的深部地温预测、矿井致热因素和矿山热害防治的地质-工程措施。以基础理论研究为主要对象的理论地热研究或“理论地热学”乃是地球物理学的一个分支学科，与“重、磁、电、震”一起成为地球物理学的重要组成部分。地热学的应用部分或称“应用地热学”涉及的面比较广，从内容上看应属地质学范畴。

研究意义

地球内热是推动整个地球发生发展和演化的原动力。在 45~47 亿年前的地球形成早期，地球内热促成了核、幔、壳的分异，使地球从一个太空中未曾分异的“混沌体”演变成现今所看到的多圈层的地球；在现今，地球内热驱动着诸如构造运动、岩浆活动、火山作用等一切内力作用，使地球发生着翻天覆地的变化；在将来，可以预见，地球内热仍将是各种内力作用的原动力。地热学的研究方法多种多样，从学科层面来说，可以概括为地质、地球物理、地球化学三个方面。地球物理只能探测现今，如大地热流是现今从地球内部散发出来的热量。而地球化学可以记录过去，如借助能记录过去地质历史时期中的各种古温标或地质温度计，恢复或重建一个地区、特别是含油气盆地的热历史。地热学的理论研究与实际应用密切相联。如，地热资源的探测以区域地热场分布特点、地壳高温带的时空迁移规律作为其理论基础。矿区深部地温预测、井下热害防治等都亦以区域热背景、产生矿井高温的各种地质因素等地热理论研究为依据。同时，许多实际问题的深入相应提出了一系列有待解决的理论课题。譬如国际上十分热门的所谓“干热岩”或“增强地热系统”地热资源的开发利用，与地壳上部放射性生热元素分布、岩石圈热结构以及地幔热柱等理论问题密切相关。又如各种能源、矿产资源特别是油气资源形成时的古地热条件则更要求恢复整个地区或盆地的热演化历史，这又涉及到理论地热课题。总之，理论和应用两方面的关系可以概括为： “应用”提出问题， “理论”解决问题；理论是基础，应用是目的。

中国的地热学研究

由于地热显示与地质构造特征相关，也与矿产开采相关，所以我国地热研究在六十年代首先从地质部门开始。

国家地质总局水文地质工程地质研究所、北京大学和各省市有关部门多年来对地下热水进行普查勘探,根据不完全统计，我国已发现的温泉露头达二千五百多处。总的分布情况是以我国台湾省及东南沿海的广东、福建、江西等省为最多,约有50余处多为石。℃以上的高温热泉,个别点可达100℃左右。其次是云南省的温泉,约有482处,主要分布在滇池附近、“洱海”南北和萨陀河、怒江等流域,水温皆在40“一50℃以上。滇西有著名的腾冲火山温泉区,共有知余处露头,水温高达98℃左右,其他比较集中分布的地带有辽东半岛、山东半岛、燕山地区等。

在我国太行山、吕梁山、渭河地堑和秦岭东段也有不少温泉出露。水温均在41“一62℃,如临渔华清池为51℃,昆仑山的金格尔北岸有50余处温泉,沿天山北麓也有温泉分布,四川盆地有20余处,柴达木盆地等处均发现有储量丰富的地下热水。

根据中国科学院青藏高原综合科学考察队的资料,我国青藏高原的地热资源十分丰富,地热显示极为明显分布着各种类型的高温热泉,有喷气孔、间歇泉、乃至水热爆炸等等。尤以雅鲁藏布江中游南北两侧水热活动更为强烈。那里有正在勘探的羊八井热田,是一个湿蒸气田,已测到的最高温度为170℃。

综合上述的热水勘探的结果,正在编绘全国温泉分布图。

到了七十年代,对地热资源的勘探更加重视。先后二十多个省市自治区进行了地下热水的普查与勘探工作。通过地质、测温和地球物理探矿的手段,并与钻探工程结合,用以圈定地下热资源的分布范围,确定其覆盖厚度、隐伏的基岩起伏情况及热资源的地点。

利用地球物理勘探手段勘探地热资源的作法自六十年代就开始应用,如湖南省宁乡灰汤、北京小汤山、山西等地的热资源勘探就是利用电法勘探找到的。

在勘探热资源中,也用磁法进行勘探,证明磁异常的范围与地下热水的分布基本上是一致的。

除此以外,我国已研制成功红外线多光谱扫描探侧系统。红外技术和航空遥感手段,已在个别地区进行试验和测量,收到了良好的效果。

在这一勘探的基础上,全国各地对地下热水的利用广泛开展。特别是北京、天津、山东、广东、河北以及东北各地不仅用于工业、农业、医疗卫生,而且还进行了综合利用。

1970年在广东丰顺邓屋地区建成了我国第一座地热试验站,已投入生产。1971年在北京怀来也建成一座小型地热试验站。最近正在西藏羊八井地区建设地热发电站。

随着工业的发展,矿山开采的不断加深,热害问题便被提上了议程,我国开采矿石已普遍达到500一600米,更深可达1000米,这不但给开采带来困难,而且有损矿工身体健康。在这一方面,冶金部、煤炭部等有关单位非常重视热害的调查与防治工作。已在河北唐山开滦煤矿、河南平顶山矿、山东的充州煤田、东滩井田和安徽罗河铁矿设立基点。较系统地开展矿山地热试验研究,取得了一些有意义的结果。

大地热流是表征地球内部热状态的一个物理量,对这一物理量观测与研究,各国都非常重视。至1975年底为止,全球共有热流数据5417个〔2,,海洋比陆地多六倍,展示了全球热场分布面貌。我国热流的测量工作已公布华北及邻近地区第一批热流数据共18个。

华北的热流数据表明:华北地台古老基岩广泛出露隆起的地区,热流值为0.8一13x10卡/厘米2秒,平均值为1.1x10卡/厘米2秒,接近该类地质单元的正常值。华北地台新生代强烈拗陷带其热流值为1.5一1.9x10卡/厘米2秒,平均约1.7x10卡/厘米2秒,显然为高热流区。在扬子一钱塘早古生代准褶皱带,热流平均值为1.84x10卡/厘米2秒,也高于同类地区的平均值。热流值的差异反映了各区域地质构造稳定性的差别,这与该区地壳结构、放射性物质的含量、上地慢的温度等相关。

中国科学院地质研究所收集了石油工业部等单位的石油井的温度数据,又根据华北地区200余个钻孔测温资料,编制了华北平原300米深处的地温状况图和这一范围内的平均地温梯度图,这项工作已为我国在这方面的研究做出了良好的开端。

随着地震预报事业的发展,特别是1976年唐山大地震以后,地热和地震的关系已开始进行探讨。

此外,在地热和板块构造理论中,如地慢涌流,上地慢对流汇3]岩浆上涌等问题已有了一些研究,数学模拟和一些热参数测试(如热导率、密度)也已开展。总的来看,我国对地热资源作了大量的调查工作,热资源的利用、热害防治、地热理论研究还是刚刚开始,我国地热研究尚较薄弱,热流数据还很少,为了祖国的富强,要合理和有效的利用丰富的地热资源。地热工作是大量的、艰巨的,而前景是广阔的。

今后的任务和展望

地热学是地球科学的基础理论研究,它在研究板块构造，成矿规律与矿产资源勘察，地震成因与预报,地热资源的利用,热害的防治与预测以及医药卫生和工农业生产中，均起着重要的作用。我国地热工作已经取得了一定的成绩，为今后大力开展这一领域的研究打下了基础。当然,摆在我国地热工作者面前的任务是艰巨的，地热工作必须统一规划，要在短时间内迅速查清我国地热资源的分布规律,研究地热田的形成机制和控制条件。由于我国地热研究开展较晚，所以就必须加强大地热流的侧量和取得大量资料与数据，并且要在重要的构造活动地区建立地热侧井网,因为它能给出热场特征和地球内部热状态。这对于弄清我国某些典型地区地壳与上地慢的热结构，了解地球内部的温度分布,探讨地球科学中的一些重大问题(如板块运动的驱动力，地慢对流,地慢热柱与上地慢岩浆源的发生、发展与演化,地壳活动性的地热标志,地质年代中地壳高温带的迁移与大地构造的关系)有着深远的意义。

为此,加强地热基础理论及为国民经济服务的应用等研究是地热发展的重要环节。为此,除必须与地壳一上地慢研究结合起来并进行地球物理场的综合研究外，还必须对地热井一观测与试验室参数测定以及大面积地热普查的仪器设备和侧试系统作进一步的改进和提高,将现代科学技术引入地热这一领域,把地热研究与生产紧密地结合起来。

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