我国陆区浅层地温场空间分布及规律研究_一_王贵玲

变温带 深度 ３２．６（ｍ） １５ ３１．５ ３０ ４５ ２５ ３５ ２０ ３５ ２７ ３０ ３３．３ １ ９．８ ３０ １０ １１ ２０ １４ １ ３．３ １５ ２０ １５ １３ ２７．４ １０ ２５ ２０ １５ ３１．１
恒温带
厚度
温度
３０．６（ｍ）
１ １．５（℃）
１５
１ ２．３
１ ４．６
７．７
１０
空调热泵 Air Conditioning Heat Pump
浅层地温场是浅层地温能的表现形式，研究其形成、分布等特征对浅层地温能的 开发、管理具有非常重要的作用。本文通过对 ２９ 个全国省会级城市浅层地温场数 据的分析整理，分析得出浅层地温场在全国范围内的分布特征与影响因素。
我国陆区浅层地温场空间分布 及规律研究（一）
１． 陆区浅层地温场变温带特征及影响因素
变温带的厚度即恒温带埋深，是变温带最重要 的参数。如图 １ 所示，我国陆区浅层地温场变温带 厚度总体上呈东南低，西北、东北地区高的特征。按 气候条件分，亚热带地区由沿海向内陆厚度逐渐增 大，一般不超过 ２０ｍ。暖温带地区等值线平直，由南 向北逐渐增大，埋深范围为 ２０￣ ３５ｍ。中温带与青藏 高寒区变温带厚度普遍较高，最高达 ３０￣ ４５ｍ。从全 国范围看，变温带厚度变化与气候变化基本一致， 温度越低，厚度越大。东南沿海地区气候温暖，年温 度变化较小，太阳辐射影响范围小，变温带厚度小， 中温带与青藏高寒区由于冻土层的存在，温度变动
２０
３
２５
２．４７
４５．５４
２３
３．０３
３３
３．４１
２０
１．４
２８．９７
５０
２．５４
２６
１．８３
５０．６２
６０
１．５
４０
２．２
３５
２
３５
１．７４
２０
３．８５
３７．１
２．９４
变温带厚度呈正相关关系。基岩埋深越大的地区、地 下水对地温的干扰越强，变温带厚度越大。福州的研 究表明，水动力条件较好的区域变温带厚度较大，这 主要是由于含水层与地表水、大气降雨等联系紧密， 易受外部环境的影响所致。
３０
２５
Ｔ恒 ＝０．９１Ｔ大气 ＋３．６
Ｒ２＝０．９６
２０
１５
１０
５
０
０
５
１０
１５
２０
２５
年平均气温 ／℃
图 ４ 我国陆区恒温带温度— ——年平均气温相关曲线
恒温带温度／℃
明，我国陆区恒温层温度平均比当地年平均气温大
２．４℃。二者关系如图 ４ 所示，用公式（１）表达，则为：
Ｔ 恒 ＝０．９１ Ｔ 大气 ＋３．６
首次在全国范围内分析了恒温层温度与当地年平
均气温的关系，采用的是全国范围内最新数据，更
有代表性和实用性。因此，在我国其他无恒温层温
度实测资料的地区，可以利用图 １ 查出或利用当地
平均气温与式（１）计算得出近似值。
气候条件控制了恒温带温度在全国范围内的
整体变化趋势。在小范围区域内，恒温层温度也受
各种因素的影响而表现出不同的区域性特征。
增温带
浅层大地热流
埋深
平均地温梯度 平均值
６３．２（ｍ） ２．５（℃／１００ｍ） （ＭＷ／ｍ·２ ℃）
３０
３．９９
６０．５７
４６．１
３．３
４０
３．３
６０
３５
１．７
４０
１．７５
４６．０５
２０
３．１ ２
５５．８１
２５
２．８
３５
２７
３
３０
０．９４
３３．３
２．７１ ５
２８．８
３．５
５７
３０
２０
２．５２
４７．６４
层地温场的状况。研究恒温带的温度、厚度等参数 的影响因素，对于浅层地温能的研究与开发利用具 有非常重要的意义。 ２．１ 恒温带温度特征及影响因素
根据表 １ 的数据作出我国陆区恒温带温度与年 平均气温等值线图（见图 ２、图 ３）。两图温度变化趋势 十分相近，总体都表现出随纬度的升高而降低，同一 纬度东部大于西部的特点。说明在我国陆区范围内， 恒温层温度受太阳辐射影响最大。本次调查数据表
８．１
１５
１ １．２
１０
１ １．６
５
１ ０．５
５
１５
１ ２．９
１６
１５
１ ６．５
９
１ ２．３
１２
１０
１ ８．３
１ ７．３
１ ９．１ ４
１ ７．４
１１
１ ８．４
９．７
１ ７．９
源自文库
１８
１ ９．６２
１ ９．５
３５
２２．８
１３
２３．８７
３２．６
１ ８．４
３０
１ ９．８
１０
１ ６．２５
１５
１９
５
２３．８
６
２７．５
综上，变温带的厚度在大范围内主要受气候影 响，气候寒冷地区厚度大，温暖地区厚度小，地层条 件（基岩热导率）在一定程度上对气候影响有干扰。 基岩热导率越低的地区变温带厚度越小。地下水的 一般仅在局部范围内有影响，受地下水影响越大， 变温带厚度越大。
使得该处地层温度常年保持不变。 因此，恒温带的特征在某种程度上反映地壳浅
综上，恒温层的温度受多种因素共同制约，其
中气候最大，控制整体变化趋势。断裂的存在一般
会使局部地温增大，地下水的影响则较复杂，会使
地温向水温方向变化。在一定程度上，基岩浅埋区
的地温略大于深埋区。
（未完待续）
54 ２０１５ 年 ０２ 月
图 １ 我国陆区浅层地温场变温带厚度等值线
厚度 ／ｍ ４３ ４０ ３８ ３５ ３３ ３０ ２８ ２５ ２３ ２０ １８ １５ １３ １０
范围广，变温带厚度特别大。 除气候外，变温带厚度大小也受其他因素制约。 热导率较低的岩土体导热性能较差，受气候环
境影响的深度也较浅。因此表层岩土热导率越差，变 温带厚度越小。这在东南沿海的丘陵地区表现尤为明 显（见图 １）。在表层地层为导热性能较好的砂性土区 域，变温带厚度较大，受外部气候环境影响的深度较 大，华北平原地区第四系地层广布，变温带厚度变化 趋势与年平均气温变化趋势较为吻合（见图 １、图 ３）。 还有一些因素在全国范围内对变温带影响较小，仅在 局部地区有影响。如基岩埋深、水文地质条件等，主要 是地下水的影响。太原盆地的研究表明，基岩埋深与
地下水影响的程度及范围，则受水动力条件的
控制。水动力条件好的地区，地温受地下水影响大，反
之影响变小，在远距地下水补给区的大型盆地腹部，
地下水径流缓慢甚至处于停滞状态，这种影响即逐渐
减弱以至消失。华北平原水动力条件较好，不仅山麓
地带受到冷水流的影响，山前 ３０ｋｍ￣ ６０ｋｍ的范围
内，仍然不同程度受到冷水流的影响。南宁市，总体
52 ２０１５ 年 ０２ 月
表 １ 全国主要省会城市浅层地温场参数汇总
区域位置 青藏高寒区
中温带 暖温带
亚热带
热带
城市
拉萨 西宁 哈尔滨 长春 沈阳 乌鲁木齐 呼和浩特 西安 太原 郑州 石家庄 济南 兰州 银川 武汉 杭州 合肥 南京 上海 南昌 长沙 福州 广州 成都 重庆 贵阳 昆明 南宁 海口
中国地质科学院水文地质环境地质研究所 ／ 王贵玲 刘峰 王婉丽
目前我国浅层地温能的研究较少，但也取得了 一定成果。全国主要省会城市浅层地温场数据如表 １ 所示。其中城市年平均气温与恒温层埋深、温度数 据较全，恒温层厚度、增温带平均地温梯度数据略 有不足。大地热流值数据缺失较多。浅层地温场的 形成与特征与太阳辐射、地球内部热能、当地的水 文地质条件有关，分析各参数的影响因素，也要从 这些方面综合考虑。
上恒温带温度由盆地四周向盆地中心逐渐升高，显
示出地下水由补给—径流— — —排泄区径流条件的
变化，一般地下水的排泄区也是地温高值区。
基岩热导率则主要控制地层对外来温度反应
的灵敏程度。一般，结构紧密孔隙度小的岩石热导
率大；而结构疏松孔隙度大的岩石热导率小，外部
热源对地层的影响也越小，越缓慢。
断裂的影响：有断裂存在的地区，活动断裂是地
温和高地温梯度。上海市地温水平方向上的分布受
基岩起伏的控制，基岩浅埋区的地温略高于其他地
区，但同一深度上不同地区的地温差异较小，说明
基岩起伏与埋深对恒温层温度的影响较小，在有其
他影响因素共同作用时更易被抵消，南京市的基岩
浅埋区由于上覆地层颗粒较粗，岩石导热率较高，
受补给的冷水影响大，温度就明显偏低。
下热能向地表释放的重要通道。通常地层深度越深，
构造影响越大，银川市 ８０ｍ深度以下地温由中部向
东、西部递减，与主要断裂走向一致。对恒温层的直接
影响较小，主要通过加热流经的地下水，在浅层地温
场地下水与围岩的热交换过程中使地温增加。
基岩起伏的影响：地壳浅部地温分布与基岩面
的起伏呈正相关关系， 在基岩隆起区的浅部形成高
２． 陆区浅层地温场恒温带特征及影响因素
在地表下面一定深度范围内，地温变化逐渐消失， 在此深度上，地温常年基本保持恒定不变。这一深度 范围内的地层即恒温带（层），也称常温带或中性层。
恒温带上部为变温带，下部为增温带。变温带 温度变化主要受太阳辐射的影响，越向地层深处所 受影响越小。增温带主要受地球内部热能的影响， 越向地层深处所受影响越大，温度越高。在恒温带 处，地球内部热能与太阳能的影响达到一种平衡，
地下水与地表水的影响：水易于流动且热容量
大，广布于地壳浅部的地下水，在流动过程中可不断
与围岩进行热交换，对地温场有重要的影响。冷水不
断地把热量带走，对围岩起着冷却作用，从而降低地
温。温度较高的地下水则相应地会将热量传导到围
岩中，从而使地温升高。有地表水存在的地区，恒温
层温度相对偏低，如郑州的东北郊黄河侧渗区。
平均气温
８．９（℃） ７．６ ５．３ ４．８ ７．５ ７．８８ ６．５ １ ３．３ ９．５
１ ４．２５ １３ １ ４．７ ９．１ １ ０．１ １ ６．３ １ ６．５ １ ５．５ １ ５．４ １ ７．７
１ ７．７５ １７ ２０．６ ２１．９ １ ６．２ １８ １ ５．３ １ ４．７ ２１．６ ２４．５
温度 ／℃
２６ ２４ ２２ ２０ １８ １６ １４ １２ １０ ８ ６
图 ２ 我国陆区浅层地温场恒温带温度等值线
ｗ ｗ ｗ ．ｃｈｉｎａｇｒｚｌ．ｃｎ 53
空调热泵 Air Conditioning Heat Pump
温度 ／℃
２６ ２４ ２２ ２０ １８ １６ １４ １２ １０ ８ ６
图 ３ 我国陆区年平均气温等值线
（１）
式（１）
Ｒ２＝０．９６
其中，Ｔ 恒为恒温带温度，Ｔ 大气为同位置的年平 均气温。按气候条件分，青藏高原与中温带等寒冷
地区 Ｔ 恒与 Ｔ 大气相差较大，最高相差 ５℃，平均 ３．５℃。暖温带以南较温暖的地区两者相差较小，一
般相差 ０￣ ３℃，平均 ２℃。前人的研究中，一般认为
恒温带的温度大致相当于当地的年平均气温。本文