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(xiàng)目編號BK20161056摘要：在收集資料和開展野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有的地質(zhì)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(zhì)條件、水文地質(zhì)條件與地?zé)岬刭|(zhì)條件、資源賦存的地質(zhì)條件，對南京市淺層地溫場特征進(jìn)行分析研究。關(guān)鍵詞：淺層地溫場，溫度特征，賦存條件淺層地溫能是蘊(yùn)藏在淺層地質(zhì)環(huán)境中的一種低品位能量，是在地球表層一定深度內(nèi)參與熱量循環(huán)，在一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(chǔ)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(chǔ)。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(nèi)部熱能與上層變溫帶的影響在這個區(qū)域內(nèi)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(jié)合對南京地溫場長期監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)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(cè)，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(jié)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(jié)構(gòu)相關(guān)，另一方面與全新世河流沖積的粉質(zhì)粘土、粉土、淤泥質(zhì)土和粉砂層厚度較大有關(guān)。(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(yán)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(jié)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?yàn)橄赂驳纳细陆y(tǒng)下蜀組粉質(zhì)粘土、粘土不利與熱量的平衡的原因。(三)構(gòu)造剝蝕低山丘陵區(qū)構(gòu)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(gòu)成。山峰標(biāo)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(jié)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(gòu)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(jié)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(dǎo)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(rèn)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(jìn)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(diǎn)認(rèn)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(diǎn)的同一深度恒溫帶溫度有所不同，最大差別可達(dá)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?yàn)榈販靥荻却嬖冢瑴囟缺?0m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(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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?zé)崃髅芏鹊販靥荻仁堑販貓龅闹饕獏?shù)，表示深度每增加100m所增加的溫度值。大地?zé)崃髦凳敲枋龅販貓龅牧硪粋€重要參數(shù)，表示單位時間內(nèi)流經(jīng)單位地球表面的能量。通過計(jì)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(diào)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(dá)到3.0℃/100m以上，這可能與該區(qū)域存在的控制地?zé)岬臉?gòu)造有關(guān)。通過對工作區(qū)內(nèi)的測溫孔梳理，選擇典型的測溫孔，對工作區(qū)淺部大地?zé)崃髦颠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，淺部大地?zé)崃髦?表)范圍為32.40～77.66mW/m2℃，平均值為45.540mW/m2℃。大地?zé)崃髦狄驗(yàn)榕c導(dǎo)熱系數(shù)和地溫梯度相關(guān)，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?zé)崃髦递^低，中部八卦洲-瓜埠鎮(zhèn)-東溝鎮(zhèn)方向大地?zé)崃髦递^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(kuò)散，巖層導(dǎo)熱性能有關(guān)。五、結(jié)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(jìn)行淺層地溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)和資源量評價計(jì)算工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為南京市構(gòu)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(jié)構(gòu)、促進(jìn)我市節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有非常重要的意義。參考文獻(xiàn)：

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