南京市淺層地溫場特征研究

南京市淺層地溫場特征研究

江蘇省青年基金資助，項目編號BK20161056摘要：在收集資料和開展野外調查的基礎上，結合已有的地質資料、巖土熱物特性、淺層地溫能資源開發(fā)利用現(xiàn)狀等，查明了南京市淺層地溫能地質條件、水文地質條件與地熱地質條件、資源賦存的地質條件，對南京市淺層地溫場特征進行分析研究。關鍵詞：淺層地溫場，溫度特征，賦存條件淺層地溫能是蘊藏在淺層地質環(huán)境中的一種低品位能量，是在地球表層一定深度內參與熱量循環(huán)，在一定技術經濟條件下可以被利用的資源。本文在全面收集整理南京市淺層地溫場數(shù)據(jù)的基礎上，分析了淺層地溫場的特征，對該市高效合理開發(fā)利用淺層地溫能奠定基礎。一、恒溫帶的確定恒溫帶是指距地表以淺的年溫度變化小于0.1℃的帶。該帶地溫不受太陽輻射影響，地球內部熱能與上層變溫帶的影響在這個區(qū)域內處于相對平衡，所以巖土體溫度總體上比較一致。為綜合比較，結合對南京地溫場長期監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行整理，做出了不同地貌單元典型鉆孔同一時間段不同地點的典型鉆孔地層溫度特征線。從而確定不同地貌單元恒溫帶的埋深范圍。(一)沖積平原區(qū)恒溫帶的確定沖積平原區(qū)主要發(fā)育在長江、滁河、秦淮河兩側，地勢開闊，微向河面傾斜。監(jiān)測從炎熱的夏季到寒冷的冬季連續(xù)半年的監(jiān)測結果得出沖積平原區(qū)恒溫帶的埋深范圍約20～35m之間，相對其它地貌單元埋深較深。其原因一方面可能與下部河流沖積相的砂礫石層組成的二元結構相關，另一方面與全新世河流沖積的粉質粘土、粉土、淤泥質土和粉砂層厚度較大有關。(二)侵蝕堆積波狀平原區(qū)恒溫帶的確定侵蝕堆積波狀平原區(qū)分布在山前邊緣和平原之間，地面起伏較明顯,地面被水流侵蝕嚴重，形成溝、崗相隔的波狀地貌景觀。監(jiān)測從炎熱的夏季到寒冷的冬季連續(xù)半年的監(jiān)測結果得出沖積平原區(qū)恒溫帶的埋深范圍約19-27m之間。恒溫帶厚度比沖積平原較薄，可能主要因為下覆的上更新統(tǒng)下蜀組粉質粘土、粘土不利與熱量的平衡的原因。(三)構造剝蝕低山丘陵區(qū)構造剝蝕低山丘陵區(qū)主要由江南紫金山、幕府山、棲霞山、青龍山、鳳凰山以及江北浦口區(qū)老山等山丘構成。山峰標高一般在200—400m之間。監(jiān)測從炎熱的夏季到寒冷的冬季連續(xù)半年的監(jiān)測結果得出沖積平原區(qū)恒溫帶的埋深范圍約14-26米之間。從以上三種地貌單元段典型鉆孔地層溫度特征線，我們可以發(fā)現(xiàn)：南京市恒溫帶總體深度一般在14m～25m之間，埋深變化比較大。其中沖積平原恒溫帶的埋深大于侵蝕堆積波狀平原區(qū)，構造剝蝕低山丘陵區(qū)恒溫帶埋深最小。恒溫帶厚度沖積平原區(qū)最大。由此我們得出結論：不同的地貌單元恒溫帶的埋深和厚度有較大變化，不能同平原區(qū)一并而論。二、增溫帶和變溫帶“恒溫帶”之上稱為“變溫帶”，其溫度主要受太陽輻射的影響呈周期性變化，“恒溫帶”之下稱為“增溫帶”，其溫度主要受地殼傳導熱的影響，隨深度的增加而增高。由工作區(qū)的長期監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，南京地區(qū)增溫帶的埋深在25m左右，25m以下溫度變化在18.8℃~19.7℃之間，趨于穩(wěn)定。故可認為南京地區(qū)25m以上為變溫帶，25m以下為增溫帶，變溫帶的平均溫度為18℃左右。本次勘察測得的工作區(qū)原始平均溫度為18.4℃，與南京市以往的資料相符，進一步說明了數(shù)據(jù)的可靠性。通過野外監(jiān)測數(shù)據(jù)深入研究，可以得知以下四點認識：⑴工作區(qū)變溫帶為0～20m，其溫度隨環(huán)境變化而變化；恒溫帶位于地下20m左右，其溫度不受環(huán)境溫度影響；⑵由于巖土體的熱惰性，變溫帶溫度和環(huán)境溫度相比有一定的滯后性。其滯后性為：地表以淺1～3m和3～9m巖土體的原始地溫比環(huán)境溫度分別滯后1個月和2個月；⑶淺層地溫大體趨勢是隨深度增加略有增大，但是我們不能排除由于巖土體熱物性的參數(shù)和地下水徑流的作用，地溫有隨深度增大而減小的可能；⑷不同地點的同一深度恒溫帶溫度有所不同，最大差別可達到1.2℃。三、地溫平面分布特征南京市50米埋深深度的地溫普遍低于20℃，北部程橋鎮(zhèn)～新集鎮(zhèn)一帶及南部江寧鎮(zhèn)、板橋、方山、東善橋等附近溫度基本在18～18.5℃，在工作區(qū)北部雄州鎮(zhèn)、瓜埠鎮(zhèn)、及西部湯泉鎮(zhèn)、星甸鎮(zhèn)和東部湯山鎮(zhèn)附近溫度較高，基本都在19.5℃。南京市100m埋深深度溫度等值線圖與50m埋深深度等值線圖基本一致，因為地溫梯度存在，溫度比50m溫度略高。在工作區(qū)北部雄州鎮(zhèn)、瓜埠鎮(zhèn)、及西部湯泉鎮(zhèn)、星甸鎮(zhèn)和東部湯山鎮(zhèn)附近溫度同樣較高,基本都在21℃左右。而北部程橋鎮(zhèn)～新集鎮(zhèn)一帶及南部江寧鎮(zhèn)、板橋、方山、東善橋等附近溫度較低,基本在19～20.5℃。根據(jù)實際工作獲取的數(shù)據(jù)，得出南京市100m深鉆孔平均溫度為17.1-20.6℃，平均值為18.9℃。在基巖埋深較淺區(qū)，上覆地層顆粒較粗，巖石熱導率較高，因此該區(qū)域溫度明顯偏低。斷層較多的區(qū)域溫度較高，可以有效溝通地下熱源，為上覆地層傳導熱量。長江沖積平原第四系地層較厚，基巖埋深大部分大于60m，熱導率較小，該地區(qū)斷層也較少，因此溫度相對中部低。湯山附近、湯泉一帶平均溫度偏高。四、南京地區(qū)淺層地溫梯度與大地熱流密度地溫梯度是地溫場的主要參數(shù)，表示深度每增加100m所增加的溫度值。大地熱流值是描述地溫場的另一個重要參數(shù)，表示單位時間內流經單位地球表面的能量。通過計算得出南京市地溫梯度范圍為1.5～3.85℃/100m，平均為2.47℃/100m。調查區(qū)地溫梯度分布特征有明顯的條帶性，湯山鎮(zhèn)、湯泉鎮(zhèn)一帶地溫梯度較高，達到3.0℃/100m以上，這可能與該區(qū)域存在的控制地熱的構造有關。通過對工作區(qū)內的測溫孔梳理，選擇典型的測溫孔，對工作區(qū)淺部大地熱流值進行統(tǒng)計，淺部大地熱流值(表)范圍為32.40～77.66mW/m2℃，平均值為45.540mW/m2℃。大地熱流值因為與導熱系數(shù)和地溫梯度相關，所以區(qū)域性非常明顯，北部區(qū)程橋鎮(zhèn)-馬鞍鎮(zhèn)-八百橋鎮(zhèn)方向及東部棲霞附近大地熱流值較低，中部八卦洲-瓜埠鎮(zhèn)-東溝鎮(zhèn)方向大地熱流值較高，都大于59.38mW/m2·℃，而南部和東部地區(qū)處于兩者之間。其高值區(qū)與地溫梯度高值區(qū)有明顯偏移，可能與熱擴散，巖層導熱性能有關。五、結束語近年來，我國淺層地溫能的開發(fā)利用得到了國家的大力支持和推廣，也取得了較為顯著的節(jié)能減排效果。查明南京市淺層地溫場特征，為進行淺層地溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)和資源量評價計算工作奠定了堅實的基礎。為南京市構建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、保障能源安全、改善南京市現(xiàn)有能源結構、促進我市節(jié)能減排戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)具有非常重要的意義。參考文獻：

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