標籤:地球物理勘探地下地球物理勘探

測量地球溫度場的分佈和變化,研究地殼內熱源體的要素,觀測外部熱源影響和測定地殼物質的熱物理參數,以勘探地熱資源或解決某些地質問題的地球物理勘探方法。

1簡介

地幔相當於溫度很高的熱源,熱量不斷從內部向地表傳導,使地
地溫法勘探

  地溫法勘探

殼中的溫度隨深度的增加而升高。地殼中的溫度主要受地球內部熱源(如岩漿侵入、噴發、冷卻)和外部熱源(如太陽輻射、核爆炸)的雙重製約。內部熱源基本上是穩定的,而外部熱源則是變化的,受氣候、地下水活動和人類活動等因素的影響而變化。測量地球溫度場的空間分佈和隨時間的變化,可以調查地熱、油氣和礦產資源,以及解決其他地質問題。測量方法有地溫測量法(包括直接測量法和遙感測量法)、人工地溫法(測量人工地溫場中的溫度變化)以及地熱流法。

2熱源變化

地表和地殼任一點的溫度受地球內部岩漿活動、地球外部太陽輻射變化、冰期及人為活動的影響。地球內部岩漿作為熱源,其影響可以認為是相對穩定的,而外部熱源影響則是變化的。外部熱源變化主要是太陽輻射的日變、年變和冰期等的變化。一般的地溫法勘探只要求消除太陽輻射的日變影響,其方法是在一個地區地表以下日變變溫層(中國由南向北深度界於15~30米之間)以下測定,以避免日變影響,或在工區內設一個日變觀測基點,觀測某一深度或幾個深度的日變曲線,用以對各測點數據進行改正。只有在研究深部構造、古地溫或跨季度測量時,才考慮年變化和冰期變化的影響。在精確測量時要求消除人為活動影響,如耕作活動和污水影響等,也需對各測點數據進行必要的改正。為避免外部熱源變化影響,常常採取測量地溫垂向梯度、大地熱流值或熱容量等參數。

3測量方法

為研究某些特殊地質問題,則測量地溫的變化部分,或進行人工改變地溫場的方法。
地溫法勘探
在鑽井內進行溫度測量一般要在停鑽48小時後進行,為的是減少鑽進過程泥漿循環對井溫的干擾。停鑽后井溫恢復是很慢的。如測量允許誤差為0.2℃,則需要5天的恢復期;高精度測量允許誤差為0.02℃,則需要恢復兩個月。井底溫度恢復較快,所以一些專門的測量,可以在鑽進過程中進行分段井底溫度測量。採用石英晶體作溫度計的高精度井底溫度長期觀測,其精度可達0.001℃。這種長期高精度井溫觀測可以用來監測地震活動和進行地震預報研究。
地熱流測量
地熱流亦稱地熱流密度,其量綱為在單位面積、單位時間內放出的熱量,稱為熱流單位(HFU)。1HFU=1微卡/(平方厘米·秒),也可換算成1HFU=41.86毫瓦/平方米。地熱流值等於垂直地溫梯度與同深度的岩石熱導率的乘積,即
地溫法勘探

  地溫法勘探

式中Q為地熱流值;K為岩石導熱率;T為溫度;Z為深度。在室內測定岩心標本的導熱率,在鑽井中測量地溫梯度,兩個數值的乘積即為地熱流值。
由於用標本測定導熱率有許多困難,鑽孔岩心標本離開了它的原位就破壞了其自然狀態,岩石的溫度、濕度和所受的壓力都有很大變化。如果岩心破碎了,測定誤差更大。第四紀、第三紀(見早第三紀、晚第三紀)的鬆散沉積物和半固結沉積岩及泥岩(見泥質岩)、頁岩等取心受到的影響更大。近年來發展了一種地熱流原位測定方法,大大推動了海洋地熱流測定進度。其方法是將專門設計的海底探測器放入海底淤積層內,給予一個人工熱脈衝,從不同的熱衰減過程計算海底淤積層的導熱率,還可以測定淤積層的地熱梯度,從而自動計算出地熱流值。
全球地熱流研究是板塊構造學的重要支柱之一。到20世紀80年代末,全球地熱值已測得1萬多個,其中有2/3的數據分佈在海洋。全球平均地熱流值為1.47±0.79HFU,洋中脊為 1.90±1.48HFU,是正在進行成礦作用的地帶,海盆為1.27±0.53HFU,海溝為1.16±0.70HFU(圖2)。大陸構造區從老到新,地熱流值從低到高,前寒武紀地塊為0.91±0.02HFU,加里東褶皺帶為1.11±0.07HFU,海西期為1.24±0.03HFU,中生代褶皺區為1.42±0.06HFU,喜馬拉雅期為1.75±0.06HFU。陸地熱流值大於2.0HFU的地段,一般被認為是具有良好地熱資源地區。

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