浅层地温测量在地热能勘查中的应用与研究——以昌黎空港产业园区为例

赵昕宇 王 朋 李京晶 苏 玲 季倩男 湛 丹

(河北省地矿局第二地质大队 唐 山 063000)

浅层地热能是指蕴含在地表200 m以内，温度一般不超过25 ℃的热能。与其他能源相比，其具有分布广泛、可循环再生、储量巨大、可就近利用等优点。深部的地热异常必然以各种方式传递到地层浅部或地表，据此理论在进行地热地质调查时首先布置浅层地温测量。

1 浅层地温测量法原理

根据国内外学者(贾苓希、Coolbaugh)研究，地下1 m以下深度24小时太阳辐射造成的温度变化可以忽略，2 m以下深度的地温受雨水、地表植被的影响很小。在一般情况下，季节性温度变化可以通过长期监测资料来修正。

贾苓希等人较早的进行了浅层测温的研究，主要在湖北英山(1982年)和漳州(1985年)等地进行1 m测温的野外实验，基本探测出热异常区域。王连成于1998年在夏县南山底地热田开展1 m测温工作：完成测温点42个，点间距150～200 m，探测出地热异常区，总面积1 km2(图1、图2)。

图1 湖北英山浅层土壤不同深度地温日变化(贾苓希，1989)

图2 湖北英山热田1 m测温结果(贾苓希，1982)

2 本次工作区地热地质

本次工作区位于“燕山山前中低温地热亚区”的昌黎县晒甲坨地热异常区，地热资源类型为隆起断裂型，属受断裂构造控制的由地下水深循环形成的地热异常。控制本区地热场的构造主要为北东东向的滦南—昌黎断裂(F5)、滦南—北戴河断(F6)和北西向的雷店子—泥井断裂(F7)(图3)。

工作区热储为带状热储，在平面上水温、水量差异极大。根据当地已有地热井资料，深300 m时地下热水水温约50 ℃。地下热水水质为Cl-Na·Ca型水，矿化度2674.9～3079.60 mg/L。在180～500 m深度内，单井涌水量为16.87～61.56 m3/h，单位涌水量0.234～3.11 m3/hm。

3 浅层地温测量法的实施

3.1 仪器设备

成孔工具：Φ50 mm洛阳铲，探杆Φ20 mm镀锌铁管，丝扣连接，长度为2.0 m。

测温仪器：探针温度计，测量精度为0.1 ℃。

测量点间距：本工程浅层(1.40 m)地温测量的测量点间距为250 m。

3.2 工作方法

定点：根据项目要求布置测温点间距，三点之间呈正三角形，用手持GPS定点，并在现场结合地形、地物标注在地形底图上，其图上与实际误差<2 mm(图上距离)。

成孔:用洛阳铲在预定的测温点位打一个浅孔，由于仪器总长度为1.50 m，仪器显示器为0.10 m，所以洛阳铲成孔深度为1.40 m±2 cm。

测试:成孔后，将仪器探针插入地层内2～3 cm，将孔口塞严，以减少气温的影响，待显示器所显示的温度稳定(约2～4 min)后读数，并记录到“地温调查记录表”内，主要内容为：点号、测点坐标、测点地温、测量时间、测量时气温、仪器编号、测量日期、天气情况、测量中需要说明的问题。

4 测温结果与分析

4.1 测温结果

(1)单孔连续测温

工作时间内，每天对固定地点进行测温(表1)。

表1 单孔连续测温统计表

表1数据说明，在较短工作时间内，气温对地温测量工作的结果影响较小，其造成的误差可忽略不计。

(2)测温数据利用

利用此法对“河北省昌黎县空港产业园” 30 km2的区域进行了测量，根据测量数据绘制了昌黎县空港产业园的1.40 m地温等值线图(图3)。

4.2 浅层地温场平面分布特征

昌黎县龙家店镇9月份地下1.40 m深的地温正常值约为16.3 ℃。从本次地温测量所绘地温等值线图看，规律性不十分明显，且均在地温正异常区(以16.3 ℃为地温平均值)，但总趋势是场地西北部较高，东南部较低，中间为过渡地带，三带走向为近北东向。地温平均值为20.3 ℃。地温最低点位于张庄子村北1450 m(17.6 ℃)，地温最高点位于晒甲坨村内(23.5 ℃)。地温高于21.5 ℃的面积为1.97 km2，占总面积的6.54%，多分布于测区西北部；地温低于19.5 ℃的面积为3.15 km2，占总面积的10.46%，多分布于测区东南部；温度为19.5～21.5℃的面积为24.99 km2，占总面积的83.00%。

从平面上看，可以连出纵横各两条高温点连线带，与区域上的F5、F6、F7断裂近似平行和或重叠。

纵向两条，从西到东为Ⅰ-Ⅰ＇、Ⅱ-Ⅱ＇，这两条线均与F7断裂基本平行。Ⅰ-Ⅰ＇带在测区西侧，最高温度点22.0℃，最低温度点19.2 ℃。Ⅱ-Ⅱ＇带在测区中部，最高温度点23.5 ℃，最低温度点19.6 ℃。

横向两条，从北到南为A-A＇、 B-B＇，这三条线均与F5、F6断裂走向近似。A-A＇带在测区北部，最高温度点23.5 ℃，最低温度点20.3 ℃。B-B＇带在测区中部，最高温度点22.0 ℃，最低温度点19.2 ℃。

4.3 浅层地温场垂向分布特征

在浅层(1.40 m)地温大于21.5 ℃的范围内施工第四系地质勘查孔一个，孔深156.00 m，以了解第四系地温梯度。钻孔终孔后进行了井温测量，测点间距为10 m，测井结果如表2。

图3 昌黎县空港产业园规划区(1.40 m)地温等值线图

深度(m)10．020．030．040．050．060．070．080．0地温(℃)15．2116．6317．7018．9419．8720．5921．5122．36深度(m)90．0100．0110．0120．0130．0140．0150．0156．0地温(℃)23．3124．2124．9725．7126．4127．0427．7328．40

地温增幅13.19 ℃/146 m，T=9.03 ℃/100 m。梯度明显高于正常值(1～3 ℃/100 m)，结果有力的证明了深层地热能能够通过热传导和热对流传递到地球表面。

5 结论

由上述实例得出，浅层(1.40 m)地温测量结果与勘查孔测井结果一致，试验显示了1.40 m地温测量法在地热探测初期的有效性，可以反映区域浅层地热能条件及其分布规律，可以作为区域和场地浅层地温能勘查评价的手段之一，可为浅层地热能开发利用和布局提供依据。

浅层(1.40 m)地温测量法是进行大比例尺地热地质测量中简单、实用、经济的一种有效的探测手段；合理布置浅层(1.40 m)测温点，能获取大量浅层地温数据，绘制温度等值线图，从而初步确定地热异常区范围；根据1.40 m深度地温分布，常常可以探测出地下水流分布和断裂带；基于1.40 m地温测温法，建立地温预测模型(短时间内可以将地下温度场视为稳态温度场。由傅里叶定律，已知某一深度的地温 ，则另一深度的地温值可由已知地温和导热系数及热流密度决定:T2=T1+q*(H2-H1)*λ)，合理修正后可以推断深部地温场分布。

基于1.40 m测温法的地温预测模型原理清晰，使用空港产业园区进行验证，结果说明该方法预测准确，1.40 m地温测量法取得良好效果，该方法在我国具有实际推广意义。

[1]贾苓希,关小平,徐建华.在地热勘查中一米测温法几个问题的探讨[J]物探与化探,1986,10(2):115-122.

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