工程地質

巖石性質對地溫分布的影響

  中國巖石的類型十分復雜。如前所述,中國有中新生代成巖較差的砂泥巖組合巖類,有膏巖、鹽巖及與其有關的砂、泥質組成的化學沉積巖和生物碎屑巖;有質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巖包括弱變質的板巖、石英巖、千枚巖、大理巖等和深變質的片麻巖、片巖、片麻花崗巖、花崗片麻巖及各種時代的巖漿巖等等。這些巖類的導熱率有著很大的差異,在不同巖石的組合下,對地溫的分布又起著不同的作用,結合中國的巖石類型的分布情況來討論各地區不同的巖石性質地溫分布所產生的影響。
 
  在中新生代沉積盆地中,低熱傳導的砂泥巖層組合覆蓋在古生代高熱傳導的結晶巖石之上,使上部砂、泥巖層構成為一相對的隔溫蓋層,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,故盆地地溫一般比丘陵山區為高。各個盆地,的地溫高低尚取決于它們的深部地質結構及區域地質構造的穩定性,在此不再贅述。各地區在縱向上巖石性質的差異都反映了它對地溫產生的影響。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白云巖及硅質灰巖的熱導率為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,而在基底的硅質灰巖和白云巖中則多為2.0-2.5℃/100m。這充分說明了在同一鉆井中巖性對地溫分布所起的作用。在褶皺山區高熱導率的巖石裸露地表,從地下來的熱量很易散失,所以在這些地區常常形成低溫區,如有地下水活動就更加速了淺部低溫區的形成。中國南部的碳酸鹽巖分布區,由于水對巖石溶蝕作用,常形成巖溶洞穴,從而導致地下水的作用加強,而影響了她溫分布。對此下面將予以詳細的討論。
 
  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,地溫和地溫梯度都有明顯變化,一般在該段內梯度降低,增溫率減小(圖3-6)。由此可見,巖石類型和成分對地溫的分布有著明顯的影響,因此研究地溫的分布,應對巖石類型的分布特征給以充分的重視。
 
  在中國境內廣泛分布著不同時代的花崗巖、‘玄武巖、輝綠巖、粗玄巖、閃長巖、英安巖、一…一……    J--一____j流紋巖及安山巖、凝灰巖等各種類型的巖漿巖及火山巖。它們所含的成分對地溫的分布亦可能產生一定的影響,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生的熱在地下積聚,將可能對區域地溫分布起一定的作用。研究表明,巖漿巖的時代俞晚,其所含的放射性元素的豐度愈高(范嗣昆等,1965;南京大學地質系,1981)。在中國東南沿海地區,燕山期花崗巖及閃長巖中放射性元素U、Th、K如的含量高于世界平均值,同時也高于華北盆地及其周圍地區的U、Th、K帕含量(25.89J×10”J/Cffl3)(中國科學院地質研究所地熱組,1979);據計算,其衰變產生熱為華北盆地的1-3倍(表3-1)。據此推斷,東南沿海的放射性元素U、Th、K40蛻變產生熱,亦可能是使區域地溫場升高的因素之一。但此點尚需要在今后的大地熱流研究中給以應有的注意。
 
  歸納上述可以得出以下二點認識:
 
  1)  巖石的礦物組成、結構和構造都直接影響著巖石的熱導率,金屬礦物和結晶巖鹽、膏巖及石英等都具有高的熱傳導能力;堅硬致密的巖石(灰巖、花崗巖、變質石英巖、石英巖葶)同樣具有較高的導熱性;而煤炭、粘土、泥巖、頁巖、粉砂質巖類等則具有較低的導熱性。這些巖石的不同組合在不同的地區則往往形成不同的地溫分布特征;盆地中由于低熱導率的巖石覆于高熱導的基底隆起之上,則有較高的地溫分布。在山區,高熱導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率的高低則表現為地溫梯度的大、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,其蛻變產生熱,可能提高區域地溫場,但對此尚要進一步研究,才可做出定量評價。