工程地質(zhì)
巖石性質(zhì)對(duì)地溫分布的影響
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-11 13:46:54瀏覽次數(shù):1961
中國(guó)巖石的類型十分復(fù)雜。如前所述,中國(guó)有中新生代成巖較差的砂泥巖組合巖類,有膏巖、鹽巖及與其有關(guān)的砂、泥質(zhì)組成的化學(xué)沉積巖和生物碎屑巖;有質(zhì)純層厚的碳酸鹽巖及陸相碎屑巖;有古生代和元古代的弱變質(zhì)巖包括弱變質(zhì)的板巖、石英巖、千枚巖、大理巖等和深變質(zhì)的片麻巖、片巖、片麻花崗巖、花崗片麻巖及各種時(shí)代的巖漿巖等等。這些巖類的導(dǎo)熱率有著很大的差異,在不同巖石的組合下,對(duì)地溫的分布又起著不同的作用,結(jié)合中國(guó)的巖石類型的分布情況來討論各地區(qū)不同的巖石性質(zhì)對(duì)地溫分布所產(chǎn)生的影響。
在中新生代沉積盆地中,低熱傳導(dǎo)的砂泥巖層組合覆蓋在古生代高熱傳導(dǎo)的結(jié)晶巖石之上,使上部砂、泥巖層構(gòu)成為一相對(duì)的隔溫蓋層,由地下深處來的熱量一般不易很快散失,而聚積于盆地中的蓋層的底部和基底的頂端,故盆地的地溫一般比丘陵山區(qū)為高。各個(gè)盆地,的地溫高低尚取決于它們的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性,在此不再贅述。各地區(qū)在縱向上巖石性質(zhì)的差異都反映了它對(duì)地溫產(chǎn)生的影響。華北盆地、松遼盆地等中新生代沉積盆地的第三系砂泥巖層組,其熱導(dǎo)率多在1. 26-1. 67W/m.K,而其基底的薊縣系及青白口系的硅質(zhì)白云巖及硅質(zhì)灰?guī)r的熱導(dǎo)率為2. 5-3.30W/m.K,其地溫梯度在上部第三系地層中多為3. 0-5.O℃/100m,而在基底的硅質(zhì)灰?guī)r和白云巖中則多為2.0-2.5℃/100m。這充分說明了在同一鉆井中巖性對(duì)地溫分布所起的作用。在褶皺山區(qū)高熱導(dǎo)率的巖石裸露地表,從地下來的熱量很易散失,所以在這些地區(qū)常常形成低溫區(qū),如有地下水活動(dòng)就更加速了淺部低溫區(qū)的形成。中國(guó)南部的碳酸鹽巖分布區(qū),由于水對(duì)巖石溶蝕作用,常形成巖溶洞穴,從而導(dǎo)致地下水的作用加強(qiáng),而影響了她溫分布。對(duì)此下面將予以詳細(xì)的討論。
許多盆地(如華北盆地的南部、四川盆地,江漢盆地及中國(guó)南部的諸多小型盆地中)都有厚層鹽巖和膏巖或含膏、鹽巖的泥、砂巖類沉積,由于鹽巖及膏巖的熱導(dǎo)率一般都在3.35W/m-K以上,因此在含有鹽巖和膏巖的井段內(nèi),地溫和地溫梯度都有明顯變化,一般在該段內(nèi)梯度降低,增溫率減小(圖3-6)。由此可見,巖石類型和成分對(duì)地溫的分布有著明顯的影響,因此研究地溫的分布,應(yīng)對(duì)巖石類型的分布特征給以充分的重視。
在中國(guó)境內(nèi)廣泛分布著不同時(shí)代的花崗巖、‘玄武巖、輝綠巖、粗玄巖、閃長(zhǎng)巖、英安巖、一…一…… J--一____j流紋巖及安山巖、凝灰?guī)r等各種類型的巖漿巖及火山巖。它們所含的成分對(duì)地溫的分布亦可能產(chǎn)生一定的影響,尤其是各種各樣的花崗巖,由于其所含放射性元素的衰變而產(chǎn)生的熱在地下積聚,將可能對(duì)區(qū)域地溫分布起一定的作用。研究表明,巖漿巖的時(shí)代俞晚,其所含的放射性元素的豐度愈高(范嗣昆等,1965;南京大學(xué)地質(zhì)系,1981)。在中國(guó)東南沿海地區(qū),燕山期花崗巖及閃長(zhǎng)巖中放射性元素U、Th、K如的含量高于世界平均值,同時(shí)也高于華北盆地及其周圍地區(qū)的U、Th、K帕含量(25.89J×10”J/Cffl3)(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)?/a>組,1979);據(jù)計(jì)算,其衰變產(chǎn)生熱為華北盆地的1-3倍(表3-1)。據(jù)此推斷,東南沿海的放射性元素U、Th、K40蛻變產(chǎn)生熱,亦可能是使區(qū)域地溫場(chǎng)升高的因素之一。但此點(diǎn)尚需要在今后的大地熱流研究中給以應(yīng)有的注意。
歸納上述可以得出以下二點(diǎn)認(rèn)識(shí):
1) 巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都直接影響著巖石的熱導(dǎo)率,金屬礦物和結(jié)晶巖鹽、膏巖及石英等都具有高的熱傳導(dǎo)能力;堅(jiān)硬致密的巖石(灰?guī)r、花崗巖、變質(zhì)石英巖、石英巖葶)同樣具有較高的導(dǎo)熱性;而煤炭、粘土、泥巖、頁巖、粉砂質(zhì)巖類等則具有較低的導(dǎo)熱性。這些巖石的不同組合在不同的地區(qū)則往往形成不同的地溫分布特征;盆地中由于低熱導(dǎo)率的巖石覆于高熱導(dǎo)的基底隆起之上,則有較高的地溫分布。在山區(qū),高熱導(dǎo)率的巖石直接出露地表,因散熱快而具低地溫分布。在垂直方向的巖石熱導(dǎo)率的高低則表現(xiàn)為地溫梯度的大、小之上。
2)巖石中U、Th、K40的含量在地溫分布中亦可能產(chǎn)生一定的影響;U,Th、K40的含量大大超過正常含量的巖石,其蛻變產(chǎn)生熱,可能提高區(qū)域地溫場(chǎng),但對(duì)此尚要進(jìn)一步研究,才可做出定量評(píng)價(jià)。
在中新生代沉積盆地中,低熱傳導(dǎo)的砂泥巖層組合覆蓋在古生代高熱傳導(dǎo)的結(jié)晶巖石之上,使上部砂、泥巖層構(gòu)成為一相對(duì)的隔溫蓋層,由地下深處來的熱量一般不易很快散失,而聚積于盆地中的蓋層的底部和基底的頂端,故盆地的地溫一般比丘陵山區(qū)為高。各個(gè)盆地,的地溫高低尚取決于它們的深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性,在此不再贅述。各地區(qū)在縱向上巖石性質(zhì)的差異都反映了它對(duì)地溫產(chǎn)生的影響。華北盆地、松遼盆地等中新生代沉積盆地的第三系砂泥巖層組,其熱導(dǎo)率多在1. 26-1. 67W/m.K,而其基底的薊縣系及青白口系的硅質(zhì)白云巖及硅質(zhì)灰?guī)r的熱導(dǎo)率為2. 5-3.30W/m.K,其地溫梯度在上部第三系地層中多為3. 0-5.O℃/100m,而在基底的硅質(zhì)灰?guī)r和白云巖中則多為2.0-2.5℃/100m。這充分說明了在同一鉆井中巖性對(duì)地溫分布所起的作用。在褶皺山區(qū)高熱導(dǎo)率的巖石裸露地表,從地下來的熱量很易散失,所以在這些地區(qū)常常形成低溫區(qū),如有地下水活動(dòng)就更加速了淺部低溫區(qū)的形成。中國(guó)南部的碳酸鹽巖分布區(qū),由于水對(duì)巖石溶蝕作用,常形成巖溶洞穴,從而導(dǎo)致地下水的作用加強(qiáng),而影響了她溫分布。對(duì)此下面將予以詳細(xì)的討論。
許多盆地(如華北盆地的南部、四川盆地,江漢盆地及中國(guó)南部的諸多小型盆地中)都有厚層鹽巖和膏巖或含膏、鹽巖的泥、砂巖類沉積,由于鹽巖及膏巖的熱導(dǎo)率一般都在3.35W/m-K以上,因此在含有鹽巖和膏巖的井段內(nèi),地溫和地溫梯度都有明顯變化,一般在該段內(nèi)梯度降低,增溫率減小(圖3-6)。由此可見,巖石類型和成分對(duì)地溫的分布有著明顯的影響,因此研究地溫的分布,應(yīng)對(duì)巖石類型的分布特征給以充分的重視。
在中國(guó)境內(nèi)廣泛分布著不同時(shí)代的花崗巖、‘玄武巖、輝綠巖、粗玄巖、閃長(zhǎng)巖、英安巖、一…一…… J--一____j流紋巖及安山巖、凝灰?guī)r等各種類型的巖漿巖及火山巖。它們所含的成分對(duì)地溫的分布亦可能產(chǎn)生一定的影響,尤其是各種各樣的花崗巖,由于其所含放射性元素的衰變而產(chǎn)生的熱在地下積聚,將可能對(duì)區(qū)域地溫分布起一定的作用。研究表明,巖漿巖的時(shí)代俞晚,其所含的放射性元素的豐度愈高(范嗣昆等,1965;南京大學(xué)地質(zhì)系,1981)。在中國(guó)東南沿海地區(qū),燕山期花崗巖及閃長(zhǎng)巖中放射性元素U、Th、K如的含量高于世界平均值,同時(shí)也高于華北盆地及其周圍地區(qū)的U、Th、K帕含量(25.89J×10”J/Cffl3)(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)研究所地?zé)?/a>組,1979);據(jù)計(jì)算,其衰變產(chǎn)生熱為華北盆地的1-3倍(表3-1)。據(jù)此推斷,東南沿海的放射性元素U、Th、K40蛻變產(chǎn)生熱,亦可能是使區(qū)域地溫場(chǎng)升高的因素之一。但此點(diǎn)尚需要在今后的大地熱流研究中給以應(yīng)有的注意。
歸納上述可以得出以下二點(diǎn)認(rèn)識(shí):
1) 巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都直接影響著巖石的熱導(dǎo)率,金屬礦物和結(jié)晶巖鹽、膏巖及石英等都具有高的熱傳導(dǎo)能力;堅(jiān)硬致密的巖石(灰?guī)r、花崗巖、變質(zhì)石英巖、石英巖葶)同樣具有較高的導(dǎo)熱性;而煤炭、粘土、泥巖、頁巖、粉砂質(zhì)巖類等則具有較低的導(dǎo)熱性。這些巖石的不同組合在不同的地區(qū)則往往形成不同的地溫分布特征;盆地中由于低熱導(dǎo)率的巖石覆于高熱導(dǎo)的基底隆起之上,則有較高的地溫分布。在山區(qū),高熱導(dǎo)率的巖石直接出露地表,因散熱快而具低地溫分布。在垂直方向的巖石熱導(dǎo)率的高低則表現(xiàn)為地溫梯度的大、小之上。
2)巖石中U、Th、K40的含量在地溫分布中亦可能產(chǎn)生一定的影響;U,Th、K40的含量大大超過正常含量的巖石,其蛻變產(chǎn)生熱,可能提高區(qū)域地溫場(chǎng),但對(duì)此尚要進(jìn)一步研究,才可做出定量評(píng)價(jià)。