南京市浅层地温场特征研究

南京市浅层地温场特征研究

范琦 田蓉 单静

江苏省有色金属华东地质勘查局 , 江苏 南京 210007

江苏省青年基金资助，项目编号BK20161056

摘要：在收集资料和开展野外调查的基础上，结合已有的地质资料、岩土热物特性、浅层地温能资源开发利用现状等，查明了南京市浅层地温能地质条件、水文地质条件与地热地质条件、资源赋存的地质条件，对南京市浅层地温场特征进行分析研究。

关键词：浅层地温场，温度特征，赋存条件

浅层地温能是蕴藏在浅层地质环境中的一种低品位能量，是在地球表层一定深度内参与热量循环，在一定技术经济条件下可以被利用的资源。本文在全面收集整理南京市浅层地温场数据的基础上，分析了浅层地温场的特征，对该市高效合理开发利用浅层地温能奠定基础。

一、恒温带的确定

恒温带是指距地表以浅的年温度变化小于0.1℃的带。该带地温不受太阳辐射影响，地球内部热能与上层变温带的影响在这个区域内处于相对平衡，所以岩土体温度总体上比较一致。为综合比较，结合对南京地温场长期监测的数据进行整理，做出了不同地貌单元典型钻孔同一时间段不同地点的典型钻孔地层温度特征线。从而确定不同地貌单元恒温带的埋深范围。

(一)冲积平原区恒温带的确定

冲积平原区主要发育在长江、滁河、秦淮河两侧，地势开阔，微向河面倾斜。监测从炎热的夏季到寒冷的冬季连续半年的监测结果得出冲积平原区恒温带的埋深范围约20～35m之间，相对其它地貌单元埋深较深。其原因一方面可能与下部河流冲积相的砂砾石层组成的二元结构相关，另一方面与全新世河流冲积的粉质粘土、粉土、淤泥质土和粉砂层厚度较大有关。

(二)侵蚀堆积波状平原区恒温带的确定

侵蚀堆积波状平原区分布在山前边缘和平原之间，地面起伏较明显,地面被水流侵蚀严重，形成沟、岗相隔的波状地貌景观。监测从炎热的夏季到寒冷的冬季连续半年的监测结果得出冲积平原区恒温带的埋深范围约19-27m之间。恒温带厚度比冲积平原较薄，可能主要因为下覆的上更新统下蜀组粉质粘土、粘土不利与热量的平衡的原因。

(三)构造剥蚀低山丘陵区

构造剥蚀低山丘陵区主要由江南紫金山、幕府山、栖霞山、青龙山、凤凰山以及江北浦口区老山等山丘构成。山峰标高一般在200—400m之间。监测从炎热的夏季到寒冷的冬季连续半年的监测结果得出冲积平原区恒温带的埋深范围约14-26米之间。

从以上三种地貌单元段典型钻孔地层温度特征线，我们可以发现：南京市恒温带总体深度一般在14m～25m之间，埋深变化比较大。其中冲积平原恒温带的埋深大于侵蚀堆积波状平原区，构造剥蚀低山丘陵区恒温带埋深最小。恒温带厚度冲积平原区最大。由此我们得出结论：不同的地貌单元恒温带的埋深和厚度有较大变化，不能同平原区一并而论。

二、增温带和变温带

“恒温带”之上称为“变温带”，其温度主要受太阳辐射的影响呈周期性变化，“恒温带”之下称为“增温带”，其温度主要受地壳传导热的影响，随深度的增加而增高。由工作区的长期监测站的监测数据可知，南京地区增温带的埋深在25m左右，25m以下温度变化在18.8℃~19.7℃之间，趋于稳定。故可认为南京地区25m 以上为变温带，25m 以下为增温带，变温带的平均温度为18℃左右。本次勘察测得的工作区原始平均温度为18.4℃，与南京市以往的资料相符，进一步说明了数据的可靠性。

通过野外监测数据深入研究，可以得知以下四点认识：

⑴工作区变温带为0～20m，其温度随环境变化而变化；恒温带位于地下20m左右，其温度不受环境温度影响；

⑵由于岩土体的热惰性，变温带温度和环境温度相比有一定的滞后性。其滞后性为：地表以浅1～3m和3～9m岩土体的原始地温比环境温度分别滞后1个月和2个月；

⑶浅层地温大体趋势是随深度增加略有增大，但是我们不能排除由于岩土体热物性的参数和地下水径流的作用，地温有随深度增大而减小的可能；

⑷不同地点的同一深度恒温带温度有所不同，最大差别可达到1.2℃。

三、地温平面分布特征

南京市50米埋深深度的地温普遍低于20℃，北部程桥镇～新集镇一带及南部江宁镇、板桥、方山、东善桥等附近温度基本在18～18.5℃，在工作区北部雄州镇、瓜埠镇、及西部汤泉镇、星甸镇和东部汤山镇附近温度较高，基本都在19.5℃。

南京市100m埋深深度温度等值线图与50m埋深深度等值线图基本一致，因为地温梯度存在，温度比50m温度略高。在工作区北部雄州镇、瓜埠镇、及西部汤泉镇、星甸镇和东部汤山镇附近温度同样较高,基本都在21℃左右。而北部程桥镇～新集镇一带及南部江宁镇、板桥、方山、东善桥等附近温度较低,基本在19～20.5℃。

根据实际工作获取的数据，得出南京市100m深钻孔平均温度为17.1-20.6℃，平均值为18.9℃。在基岩埋深较浅区，上覆地层颗粒较粗，岩石热导率较高，因此该区域温度明显偏低。断层较多的区域温度较高，可以有效沟通地下热源，为上覆地层传导热量。长江冲积平原第四系地层较厚，基岩埋深大部分大于60m，热导率较小，该地区断层也较少，因此温度相对中部低。汤山附近、汤泉一带平均温度偏高。

四、南京地区浅层地温梯度与大地热流密度

地温梯度是地温场的主要参数，表示深度每增加100m所增加的温度值。大地热流值是描述地温场的另一个重要参数，表示单位时间内流经单位地球表面的能量。

通过计算得出南京市地温梯度范围为1.5～3.85℃/100m，平均为2.47℃/100m。调查区地温梯度分布特征有明显的条带性，汤山镇、汤泉镇一带地温梯度较高，达到3.0℃/100m以上，这可能与该区域存在的控制地热的构造有关。

通过对工作区内的测温孔梳理，选择典型的测温孔，对工作区浅部大地热流值进行统计，浅部大地热流值(表)范围为32.40～77.66mW/m²℃，平均值为45.540 mW/m²℃。大地热流值因为与导热系数和地温梯度相关，所以区域性非常明显，北部区程桥镇-马鞍镇-八百桥镇方向及东部栖霞附近大地热流值较低，中部八卦洲-瓜埠镇-东沟镇方向大地热流值较高，都大于59.38mW/m²·℃，而南部和东部地区处于两者之间。其高值区与地温梯度高值区有明显偏移，可能与热扩散，岩层导热性能有关。

五、结束语

近年来，我国浅层地温能的开发利用得到了国家的大力支持和推广，也取得了较为显著的节能减排效果。查明南京市浅层地温场特征，为进行浅层地温能开发利用适宜性分区和资源量评价计算工作奠定了坚实的基础。为南京市构建资源节约型和环境友好型社会、保障能源安全、改善南京市现有能源结构、促进我市节能减排战略目标的实现具有非常重要的意义。

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