地熱學及其應用

本書對地熱學的研究方法及應用進行了全面總結和介紹。理論上，闡明瞭地球熱狀態、熱歷史以及全球熱場分佈；研究地球各圈層之間能量平衡的熱信息。同時介紹了地球內熱與太陽輻射外熱之間的關係，根據現今地熱資料推斷過去地質歷史時期中的古氣候變化。應用上，闡述了地熱資源分佈規律、形成機理及其開發利用途徑；各類能源、礦產資源如石油、天然氣、甲烷水合物等形成時的今、古地熱條件，特別是含油氣盆地的熱狀態、熱歷史；研究礦區、尤其是煤礦區的深部地温預測、礦井致熱因素和礦山熱害防治的地質-工程措施。本書包含基礎篇、資源篇和應用篇。基礎篇包括：地球內熱與熱傳遞；中國陸域大地熱流；中國海域大地熱流；全球大地熱流；岩石圈熱結構。資源篇包括：地熱資源成因與分類；地熱資源探測；地熱資源評價；地熱儲優化開採。應用篇包括：油氣盆地熱演化；地熱與天然氣水合物；礦山地熱；地熱與全球變化。 ^[1] 

目錄

序一

序二

前言

第1章 緒論 1

1.1 地熱學及其研究對象 1

1.2 地熱學研究方法 2

1.3 地熱學發展簡史與釀進展 3

1.4 地熱學發展方向展望 9

1.5 結語 13

參考文獻 15

上篇 基礎篇

第2章 地球內熱與熱傳遞 19

2.1 地球內熱的起源 19

2.1.1 地球的重力位能轉化熱 19

2.1.2 放射性同位素衰變產生的熱 21

2.1.3 地球內熱的損耗 24

2.2 地球內熱的演化 25

2.2.1 地球內部的温度分佈 26

2.2.2 地球內熱演化的歷史 32

2.2.3 地幢對流與地幔熱柱的熱演化模型 37

2.3 地球與類地行星內熱的比較 44

2.3.1 地球與類地行星內熱演化參數與機制的比較 44

2.3.2 地球與水星、月球內熱演化的比較 47

2.3.3 地球與金星內熱演化的比較 48

2.3.4 地球與火星內熱演化的比較 49

2.4 地球內部的熱傳遞 52

2.4.1 地球內部的熱傳導 52

2.4.2 地球內部的熱對流 58

2.4.3 地球內部的熱輻射 60

參考文獻 61

第3章 中國陸地大地熱流 64

3.1 地温測量 64

3.1.1 地殼表層温度分帶 65

3.1.2 穩態與非穩態鑽井地温測量 70

3.1.3 地温梯度 78

3.1.4 鑽井測温曲線的地質涵義 79

3.2 岩石熱物性 83

3.2.1 岩石熱導率 83

3.2.2 熱導率空間變化及其熱效應 88

3.2.3 比熱和熱擴散率 89

3.3 大地熱流 91

3.3.1 熱流值計算 91

3.3.2 實測與估算熱流值 93

3.3.3 熱流值校正 94

3.3.4 熱流數據質量分類 99

3.4 中國大陸地區熱流圖 99

3.4.1 熱流數據彙編 99

3.4.2 中國大陸地區熱流圖 101

3.4.3 熱流異常及其控制因素 103

3.5 區域熱流格局的形成機制 113

3.5.1 熱流-地貌高程-新生代火山活動 113

3.5.2 熱流-構造-熱事件、造山作用年齡的關係 115

3.5.3 熱流分佈格局的形成機制 116

參考文獻 120

第4章 中國海域大地熱流 123

4.1 海底熱流調查設備 124

4.1.1 常規海底地熱探針 124

4.1.2 其他海底熱流測量設備 127

4.2 數據處理方法 129

4.2.1 温度偏移校正 130

4.2.2 數據解算方法 131

4.2.3 地温梯度和熱流計算 134

4.3 海底沉積物熱導率 135

4.3.1 實驗室熱導率測量 136

4.3.2 熱導率温壓校正 139

4.4 海底熱流影響因素與校正 139

4.4.1 沉積作用 139

4.4.2 海底水温週期性變化 142

4.5 中國周邊海域熱流分佈特徵 143

4.5.1 南海 143

4.5.2 渤海 148

4.5.3 黃海 152

4.5.4 東海 153

4.5.5 幾點認識 155

參考文獻 156

第5章 全球熱流 160

5.1 全球熱流數據庫與熱流圖 160

5.2 大地熱流與構造-熱事件的關係 166

5.2.1 構造熱與熱鬆弛時間 167

5.2.2 典型構造事件的瞬時熱效應 168

5.3 熱流與板塊構造 169

5.3.1 概述 169

5.3.2 大陸熱流 170

5.3.3 大洋熱流 175

5.4 全球熱量收支 179

5.4.1 地球內熱源的構成與分配 179

5.4.2 地球熱散失量的不對稱性 181

參考文獻 182

第6章 岩石圈熱結構 186

6.1 岩石生熱率 186

6.2 地震波速與岩石生熱率 189

6.2.1 地震波速與生熱率的函數方程 189

6.2.2 定量關係的質疑 191

6.3 熱流與生熱率的線性經驗關係 194

6.3.1 線性經驗關係的提出 194

6.3.2 花崗岩體中的生熱率分佈研究 195

6.3.3 地殼剖面生熱率的研究 196

6.3.4 熱流與生熱率線性關係的地球物理模擬 200

6.3.5 中國東南地區熱流和生熱率的關係研究 201

6.3.6 全球熱流省資料統計分析 202

6.3.7 熱流與生熱率線性關係探究 205

6.4 中國大陸地區生熱率研究現狀和進展 206

6.4.1 中國東南地區生熱率的區域分佈特徵 207

6.4.2 中國大陸科學鑽探孔生熱率的垂向分佈特徵 209

6.4.3 蘇魯地殼的生熱模型 211

6.4.4 中國大陸地區地殼生熱模型的對比 213

6.5 岩石圈熱結構 214

6.5.1 岩石圈熱結構分析 214

6.5.2 中國岩石圈熱結構分區 217

6.5.3 岩石圈熱結構的動力學意義 219

6.6 熱岩石圈厚度 221

6.6.1 熱岩石圈厚度的確定 221

6.6.2 地震-熱岩石圈厚度 223

6.6.3 克拉通熱岩石圈與地震岩石圈厚度的對比 224

6.7 岩石圈熱-流變結構與大陸動力學 227

6.7.1 大陸岩石圈熱-流變結構的時空特徵 227

6.7.2 岩石圈熱-流變性質對地球動力學事件的制約 230

6.7.3 大陸構造與岩石圈熱-流變結構 232

6.8 熱與克拉通破壞 235

6.8.1 放射性生熱與克拉通熱平衡 236

6.8.2 地幔柱與克拉通熱平衡 236

6.8.3 板塊俯衝與克拉通熱平衡 237

6.8.4 太平洋板塊俯衝與華北克拉通破壞 238

參考文獻 241

下篇 應用篇

第7章 地熱系統與地熱資源 257

7.1 地熱資源概述 257

7.2 地熱系統成因分析 258

7.2.1 高温對流型地熱系統——羊八井型 262

7.2.2 中低温對流型地熱系統——漳州型 263

7.2.3 中低温對流傳導型地熱系統——雄縣型 266

7.3 地熱系統探測與模擬方法 268

7.3.1 土壤氣體探測方法 270

7.3.2 微動探測在地熱勘查中的應用 276

7.3.3 電磁法地熱探測 285

7.4 沉積盆艦熱資源評價：以蘇北盆地建湖隆起為例 292

7.4.1 地熱資源評價方法 292

7.4.2 蘇北盆地建湖隆起 295

7.5 油區地熱資源評價：以大慶油區為例 333

7.6 我國大陸地區乾熱巖地熱資源評價 364

參考文獻 372

第8章 含油氣盆地地熱學 377

8.1 地熱與石油 377

8.2 古地温計方法 378

8.2.1 有機質古地温計 379

8.2.2 低温熱年代學古地温計 383

8.2.3 其他方法 396

8.2.4 古温標熱歷史恢復方法和原理 406

8.3 地球動力學方法 410

8.3.1 裂谷盆地(多期)拉張動力學模型 411

8.3.2 沉積盆地岩石圈構造-熱演化模擬的應變速率法 416

8.3.3 前陸(擠壓)盆地動力學模型 422

8.4 盆地熱歷史與油氣關係 426

8.4.1 熱史恢復實例 426

8.4.2 烴源巖成熟度演化模擬 431

8.4.3 烴源巖灶演化模擬 433

參考文獻 437

第9章 地熱與天然氣水合物 445

9.1 天然氣水合物穩定帶厚度的計算 445

9.1.1 基本原理 445

9.1.2 應用實例 447

9.2 BSR熱流及其與實測熱流的對比 458

9.2.1 BSR熱流計算方法 459

9.2.2 BSR熱流與實測值的對比 459

9.3 南海北部水合物前景的地熱學預測 467

9.3.1 甲烷通量與水合物生成帶厚度 467

9.3.2 對水合物前景的討論 469

參考文獻 471

第10章 礦山地熱 473

10.1 礦山熱害與礦山地熱學 473

10.2 礦山地温場形成模式 474

10.2.1 區域地熱背景 474

10.2.2 岩石熱導率 475

10.2.3 基底起伏變化 478

10.2.4 地下水活動的影響 482

10.3 礦山地温類型 486

10.3.1 簡要評述 486

10.3.2 方案修訂 487

10.4 三河尖煤礦劉莊區地熱模型研究 489

10.4.1 礦山地熱概念模型 489

10.4.2 方法原理與流程 498

10.4.3 勘探線13地温場模擬 498

10.5 華北及全國賦煤區地熱背景及深部地温預測 502

10.5.1 華北礦區深部地温預測 502

10.5.2 全國煤礦區地温概況 512

參考文獻 514

第11章 地熱與全球氣候變化 516

11.1 利用地温資料研究氣候變化歷史的原理與方法 517

11.1.1 基本原理 517

11.1.2 正演方法 519

11.1.3 反演方法 521

11.1.4 地熱-古氣候研究方法的特點 522

11.2 典型實例分析 523

11.2.1 美國阿拉斯加州 523

11.2.2 四川攀西地區鑽孔温度反演結果 524

11.2.3 利用全球熱流數據研究晚第四紀氣候變化 525

11.3 全球鑽孔温度與氣候變化歷史數據庫 528

11.3.1數據來源和分佈 528

11.3.2 百年趨勢反演方法 529

11.3.3 全球和大陸尺度結果分析 530

11.4 陸地與大氣熱相互作用監測 533

11.4.1 長期系統監測的重要性 533

11.4.2 國際地温與氣候變化監測站概況 534

11.4.3 西安交通大學熱環境與氣象監測站 536

11.5 從月球表面温度提取地球氣候變化信息 539

11.5.1 地球氣候系統的輻射平衡 539

11.5.2 阿波羅月表温度數據的實證 540

參考文獻 542

索引 547

Contents

Foreword One

Foreword Two

Preface

Chapter 1 Introduction 1

1.1 Geothermics and its scope 1

1.2 Geothermal research methods 2

1.3 Brief history of geothermics and recentprogresses 3

1.4 Prospects of the future geothermics 9

1.5 Concluding remarks 13

References 15

Section One Fundamentals

Chapter 2 The Earth’sInternalHeat and HeatTransfer 19

2.1 The Origin