山東省地溫梯度分布特征研究

張紅紅 李坤 金興 孫瑞芃 邵艷琴 劉邦曉 張雅奇 王媛媛

摘要： 在充分搜集山東省區域地質、構造地質、地熱地質及地熱遙感解譯資料等基礎上，開展了山東省地溫場現狀調查、1 ∶ 50萬地熱遙感解譯和測溫工作，根據收集資料程度，提出計算地溫梯度的方法，計算了整個研究區地溫梯度；評價了各個地熱區地溫梯度的分布規律，并從大地構造、基巖起伏、巖漿活動、地層巖性、斷裂構造、地下水活動等方面分析了影響地溫場分布的因素，討論了淺部地溫場與深部構造的關系，總結了研究區各區地溫梯度的分布特征。

關鍵詞： 地溫場；地溫梯度；影響因素;山東省

中圖分類號： P314 ????文獻標識碼： A ???doi：10.12128/j.issn.1672 6979.2023.03.009

引文格式： 張紅紅，李坤，金興，等.山東省地溫梯度分布特征研究［J］.山東國土資源，2023，39（3）：57 64.ZHANG Honghong， LI Kun， JIN Xing， et al. Study on the Distribution Characteristics of Geothermal Gradient in Shandong Province［J］.Shandong Land and Resources，2023，39（3）：57 64.

0 引言

地溫場是指地球內部一定空間內，在某一瞬間的地溫分布狀況［1］。地溫測量反映地球內部熱能變化程度，它是區域地質歷史和地質構造條件的綜合反應，是地球表面能直接觀測到的表征地球內熱的一個基本物理量。

地溫測量是人類得以認知地表和地下熱狀態的最直接的手段，鉆井是開展地溫測量的常規途徑和必要條件［2］。地溫測量按測量方式分為直接測量和間接測量兩類［3］，而直接測量根據測溫目的的不同和測溫深度的差異，可以分為淺層測溫和深部測溫。

地溫梯度又稱地熱梯度或地熱增溫率，它特指地球內部恒溫帶以下地溫隨深度的變化率。在實際工作中，通常用每100m或1km的溫度增加值來表示［4］；在地熱異常區，也常用每10m或1m的溫度增加值來表示。

本文根據30m測溫數據、500m測溫數據及收集的大于1000m的地熱和礦產終孔測井資料，計算了山東省的地溫梯度，分析了其分布規律；并評價了影響地溫場的因素。

1 山東省地溫梯度的計算

地溫梯度計算參考張艷龍［5］研究結果進行計算，按公式1：

T =100（出口溫度-恒溫帶溫度）/（取水段中值深度—恒溫帶深度） （式1）

式中： T —地溫梯度（℃/100m）

計算地溫梯度主要依據收集到的地熱及固體礦產勘查孔的終孔測井資料計算，根據收集資料的完整程度，計算地溫梯度采用的溫度、深度不同，做如下說明：

（1）對于收集到完井報告的地熱井。

收集到地熱井完井報告的，根據抽水試驗的出水口溫度、本次調查的水溫、抽水試驗段，確定出口溫度和取水段中值深度進行計算。

（2）對于未收集到完井報告，僅收集到測井曲線的地熱井。

該類地熱井地溫梯度的計算，采用井底溫度和測井深度作為出口溫度和計算深度進行計算，按此類方法計算的地溫梯度值偏低。

（3）收集的固體礦產勘查孔。

根據測井資料，采用井底溫度作為出口溫度，測井深度作為計算深度計算地溫梯度值。

（4）恒溫帶深度、恒溫帶溫度。

根據收集資料孔所在的位置，依據附近30m測溫孔的恒溫帶深度、恒溫帶溫度綜合確定。

（5）由于大于1000m的地熱井和固體礦產勘查孔資料收集存在局部地區集中，局部區域未有井的情況，部分大于1000m的測井資料少的區域，利用500m測溫資料計算。

2 山東省地溫梯度分布特征

山東省地溫梯度主要介于1.5～5.0℃/100m之間，其中魯東地區在溫泉出露區地溫梯度大于5℃/100m，其余區域小于3℃/100m，局部地區小于2℃/100m；沂沭斷裂帶地熱區在靠近主斷裂的區域，地溫梯度介于1.5～3.6℃/100m之間，靠近斷裂帶附近地溫梯度大于2℃/100m，遠離斷裂帶的區域，地溫梯度小于2℃/100m；魯中隆起地熱亞區地溫梯度在凸起凹陷交界處較高，一般大于2.5℃/100m，其余區域一般小于2℃/100m；魯中隆起北部地熱亞區地溫梯度在靠近斷裂帶附近較高，濟南巖體附近較低；魯西南潛隆起地熱亞區地溫梯度在東明、鄄城大于3℃/100m，其余大部分區域介于2.5～3.0℃/100m之間，局部區域小于2℃/100m；魯西北地熱區地溫梯度一般都大于3℃/100m。

2.1 魯東地熱區地溫梯度

魯東地區地溫梯度具有溫泉出露區地溫梯度高，其余區域地溫梯度低的特點，根據收集的《山東省膠東地區地熱資源調查評價報告》可知，各溫泉出露區地溫梯度一般大于5℃/100m，收集的各溫泉出露點地溫梯度見表1。

魯東地區地溫場主要是受斷裂構造控制的，高溫部位往往是2組斷裂交會處，即地熱流體上涌通道，由主通道向四周溫度降低，且深度都較淺，一般小于200m，深井地溫梯度整體水平不高。

本次收集資料計算的威海市臨港經濟開發區蔄山鎮東許家村東地熱井，位于洪水嵐湯地熱田內，地溫梯度達5℃/100m；煙臺市牟平區院格莊地區于家湯地熱井位于于家湯地熱田內，地溫梯度達12.6℃/100m；蓬萊市村里集鎮溫石湯村地熱井位于溫石湯地熱田內，地溫梯度達34.37℃/100m；山東省招遠—棲霞—蓬萊深部地熱資源調查DRZK01干熱巖孔位于湯東泉地熱田內，地溫梯度達4.96℃/100m；而環翠區溫泉地熱井緊鄰溫泉湯地熱田，地溫梯度為2.41℃/100m。在萊州新城金礦附近區域，地溫梯度小于2.0℃/100m，一般介于1.47～1.97℃/100m之間；舊店—南墅—日莊—沽河一帶區域，地溫梯度小于3℃/100m，一般介于2.56～2.83℃/100m；牟平區的武寧—高陵一帶，地溫梯度小于2.0℃/100m；在濰坊的高密、諸城、日照的五蓮一帶的拒城河—鋪集—林家村—石門—洪凝—中至—高驛—枳溝—九臺—注溝一帶，地溫梯度介于2.0～2.2℃/100m之間（表2）。

2.2 沂沭斷裂帶地熱區地溫梯度

沂沭斷裂帶地熱區地溫梯度介于1.5～3.6℃/100m之間，靠近主斷裂帶附近的莒縣店子集地溫梯度介于2.6～2.9℃/100m，湯頭附近地溫梯度2.7℃/100m左右，五蓮管帥地溫梯度大于3℃/100m；遠離主斷裂帶的區域，地溫梯度一般小于2℃/100m，如濰坊坊子區地熱井，地溫梯度僅1.53℃/100m（表3）。

2.3 魯西隆起地熱區地溫梯度

2.3.1 魯中隆起地熱亞區地溫梯度

該區域地溫梯度在凸起凹陷交界處較高，一般介于2.5～3.0℃/100m之間，在銅井地熱田、岱岳區附近，地溫梯度大于4℃/100m；在嶧城南部區域，地溫梯度介于2.5～2.6℃/100m；在臨沂市區及郯城附近，地溫梯度介于2.2～2.4℃/100m；在沂南孫祖附近區域，地溫梯度介于2.8～3.0℃/100m；在萊蕪附近區域，地溫梯度為2.8℃/100m；在臨朐附近區域，地溫梯度介于2.4～2.6℃/100m；其余區域地溫梯度較低，根據魯西平原地熱報告，一般小于2℃/100m（表4，圖1）。

2.3.2 魯中隆起北部地熱亞區地溫梯度

該區域地溫梯度在靠近齊廣斷裂附近區域，地溫梯度一般3℃/100m，在次級斷裂附近，地溫梯度一般介于2.5～3.0℃/100m之間，在靠近濟南巖體附近，地溫梯度較低，一般小于2℃/100m，其余區域地溫梯度一般介于2.2～2.4℃/100m之間（圖1）。

2.3.3 魯西南潛隆起地熱區地溫梯度

該區由斷裂構造劃分為若干子區，總體規律是菏澤凸起區地溫梯度較其他區域高，地溫梯度為2.8～3.0℃/100m，其余區域主要為2.4～2.6℃/100m，見圖2。

2.3.4 魯西北地熱區地溫梯度

該區域地溫梯度總體東部濟陽坳陷較西部臨清坳陷高，埕口凸起、陳莊凸起、青駝凸起區較高，該區以3.2℃/100m地溫等值線為界，分為東西2個區域，見圖3。

3.2℃/100m地溫等值線以西區域主要包括德州潛凹陷、莘縣潛凹陷，地溫梯度主要介于3.0～3.2℃/100m之間，局部臨清市附近區域，地溫梯度介于3.2～3.4℃/100m；在莘縣—鄭家—賈鎮一線以南區域、德州市城區附近區域，地溫梯度介于2.8～3.0℃/100m之間；在平原恩城附近地溫梯度介于2.4～2.6℃/100m、高唐的梁村—尹集附近區域，地溫梯度介于2.2～2.4℃/100m。

3.2℃/100m地溫等值線以東區域主要包括濟陽坳陷的大部分區域，地溫梯度主要介于3.2～3.4℃/100m之間，在商河附近區域、博興—唐坊—趙店—里則—小營—龐家一帶、廣饒的稻莊—西劉橋—馬頭一帶及慶云附近區域，地溫梯度介于3.4～3.6℃/100m之間；在寧津的保店—柴胡店—杜集—長官一帶以北區域，地溫梯度介于3.6～3.8℃/100m；在無棣—埕口一帶、陳莊—黃河口一帶，地溫梯度大于4℃/100m；在陵縣的前孫—宋家一帶，地溫梯度小于3℃/100m，介于2.4～2.6℃/100m之間；在車鎮北部區域，地溫梯度介于2.8～3.0℃/100m之間；在青州以東區域，地溫梯度介于3.0～3.2℃/100m之間。

3 地溫場的影響因素

3.1 大地構造

大地構造性質及所處構造部位，是決定區域地溫場基本背景的最重要的控制因素，不同類型的盆地，由于處在板塊構造的不同部位，活動性及深部結構有一定的差異，其地溫場具有明顯的不同。在板塊構造的不同部位，反映了截然不同的地溫特征，如在穩定的古老地臺區具有較低的地溫，而在新生代裂谷區則具較高的地溫。對具體拉張盆地來說，往往由于地幔上隆，地殼拉張、裂陷、厚度減薄，蓋層將受到地幔更強烈的烘烤作用，加上地幔物質的上涌、侵入，致使盆地內部地溫增高，總的來說可分為隆起山地對流型地熱資源和沉積盆地傳導型地熱資源［6］。

本次500m測溫點，平度舊店500m處地層溫度較萊州金礦、五蓮、諸城等地要高；根據收集資料點，位于已有地熱區塊內（即溫泉出露點附近），1000m處地層溫度高，地溫梯度高，邊緣溫度逐步降低。如位于湯東泉地熱區塊內的干熱巖鉆孔PL1，1000m處地層溫度達119.49℃、位于洪水嵐湯地熱區塊內的WH1、WH2地熱井，1000m處地層溫度達64～110℃；而緊鄰溫泉湯地熱田的環翠區地熱井WH3溫度也較其余地區高，1000m處地層溫度43℃；其余區域1000m處地層溫度小于40℃，而魯西地區1000m處地層溫度一般介于低于50℃。

魯東地熱區地熱田內地熱井的地溫梯度一般大于5℃/100m，魯西地區地溫梯度一般低于4℃/100m。

3.2 基底起伏

基底起伏形態對地溫場影響已為大量的實際測溫資料所證實［7 10］，基底的起伏對地溫場的影響與蓋層厚度有關，在蓋層厚度厚的魯西北地區、魯西南地區與蓋層很薄的魯中地區，基底起伏對地溫場的影響不同。

3.2.1 無蓋層或蓋層厚度很薄

魯中隆起地熱區，在凸起區無蓋層或蓋層較薄，來自于地殼深處的熱量易散失，地溫梯度一般小于2℃/100m。

3.2.2 蓋層厚度較薄

魯西南潛隆起地熱亞區，蓋層厚度對地溫場的影響亦較大，同時正向構造的地溫高，地溫梯度大；負向構造的地溫低，地溫梯度小。

該區域嘉祥凸起熱儲蓋層厚度一般小于500m，保溫效果差，地溫梯度2.4～2.6℃/100m；而菏澤凸起區，具有較厚的蓋層，地溫梯度一般介于2.8～3.0℃/100m；成武凹陷區，地溫梯度為2.4～2.6℃/100m，濟寧凹陷區，地溫梯度2.0～2.2℃/100m，見表5。

3.2.3 蓋層厚度較厚

魯西北地熱區，在新生界蓋層一定的深度范圍內，正向構造的地溫高，地溫梯度大；負向構造的地溫低，地溫梯度小；地殼淺部地溫分布與基巖面起伏呈正相關關系。

如魯西北地熱區，在有厚層新生界分布區域，地溫梯度水平分布與隱伏基巖起伏呈正向關系。正向構造區基巖埋藏淺，蓋層地溫梯度大，地溫高；負向構造區基巖埋藏深，蓋層地溫梯度小，地溫低。

（1）埕子 寧津潛隆地溫梯度值一般介于3.6～4℃/100m，在無棣大山一帶地溫梯度值＞4℃/100m。

（2）臨清潛陷高唐 堂邑潛凸、館陶潛凸以及鄰區的故城 武城潛凸區，地溫梯度值一般為3.0～3.2℃/100m；莘縣潛凹區地溫梯度值一般＜3.0℃/100m。

（3）寧津潛凸、埕口潛凸、孤島潛凸、陳家莊潛凸、青坨子潛凸地溫梯度值一般大于4.0℃/100m；車鎮潛凹地溫梯度一般＜3.5℃/100m。

（4）東營潛坳中心博興潛凹，地溫梯度值高達3.5℃/100m以上；東營潛凹區中心地帶地溫梯度一般＜3.2℃/100m。

3.3 巖漿活動

巖漿侵入或噴出的地質時代越新，所保留的余熱就越多［11］。在高溫巖漿余熱的影響下，對現今地溫場的影響就越強烈，并且有可能形成地熱高異常區，如大高地區，1000m處地層溫度大于50℃，地溫梯度3.8～4.0℃/100m就是受巖漿巖活動的影響。巖漿侵入體的規模、幾何形態及圍巖的產狀和熱物理性質的不同，都將對地溫場產生不同影響［12］。火山巖，特別是薄層火山巖，對地溫的影響不大而侵入巖對地溫的影響比較明顯，近期的巖漿侵入，對當地的地溫場有巨大的影響，如位于鄒平—周村凹陷地區，由于中生代火成巖侵入巖淺埋，1000m處地層溫度較西部地區高。至于第四紀以前發生的巖漿侵入，因巖體經過較長時間的冷卻，巖漿余熱已散失殆盡，對區域今地溫場無甚影響或者可以忽略。但巖漿巖中如果富含放射性元素，即使冷卻下來，也可對地溫場產生影響，而第四紀以前的巖漿侵入或噴發對古地溫場及古地溫異常的影響是非常明顯的。

3.4 地層巖性

大量的井下測溫資料表明，當井孔穿過較均一的巖層時，井孔的深度—測溫曲線是一條較平滑的直線，即地溫梯度為常值；當井孔穿過熱物理性質差異較大的巖層剖面時，井孔的深度—溫度曲線則成折線，地溫梯度有明顯變化。在沒有外來熱源的情況下，同一井中各段的地溫梯度與熱導率的乘積為一常數，即該井各層段的熱流相等［13］。所以，各層段的地溫梯度和熱導率具有互為消長的關系，因此，導致地溫梯度縱向變化的主要因素是巖性［14 15］。

3.5 斷裂與地溫場的關系

斷裂構造對地溫場產生的影響，不僅表現在可以使地溫升高，也可以使地溫降低［16 17］。一般的開啟性斷層是地下水循環的通道，可以使靠近地表溫度較低的地下水引至深部，從而使地溫降低也可因深部地下水沿斷層上升而使地溫增高。深部地下水沿開啟性斷層上涌至淺部而形成局部熱異常的現象。一般的封閉性斷層或壓剪性斷層不會成為地下水循環的通道，而往往因壓剪和摩擦產生熱量，形成附加熱源，使地溫增高。

3.6 地下水活動

地下水在地殼淺部分布廣泛，易于流動，且比熱容較大，對地溫場有重要影響［18］。地下水活動可引起圍巖溫度降低，在一些中小型及某些大型盆地的邊緣部位，從補給區進入的地下水溫度較低，在流動過程中，不斷地把圍巖的熱量帶走，從而降低了地溫［19 20］。如汶上凹陷、寧陽凹陷、濟寧凹陷由于斷裂的影響，各凹陷內進一步呈小凸起與小凹陷相間排列，凹陷東部靠近魯中山區地下水徑流交替，地下水活動對地溫梯度影響較大，該區地溫梯度較西部低。

研究區內有較大影響的斷裂如齊廣斷裂、沂沭斷裂帶、聊考斷裂以及一些二級斷裂等。如在魯中隆起北部地熱亞區，地溫梯度在靠近齊廣斷裂附近區域，地溫梯度一般3℃/100m，500m、1000m處地層溫度達30～50℃，而附近區域溫度為25～43℃；魯中隆起地熱區，靠近沂沭斷裂帶附近地熱井溫度、地溫梯度較遠離斷裂帶地熱井高，如靠近斷裂帶附近的臨沂市蘭山區鳳儀官莊附近地熱井，1000m處地層溫度大于50℃，地溫梯度4.09℃/100m（1000m以淺），而臨沂市北城新區地熱井1000m處地層溫度僅36℃左右，地溫梯度2.2℃/100m。

4 討論

4.1 淺部地溫場與布格重力異常的相關性

通過研究恒溫帶深度、溫度與深部構造的相關性可知：魯東地區，布格重力場分布與恒溫帶深度、溫度分布一致，布格重力值高，恒溫帶深度淺，恒溫帶溫度高，其分界線基本與區域重力場分界線一致；魯西地區相關性不明顯。

4.2 淺部地溫場與莫霍面埋深的關系

恒溫帶深度與莫霍面埋深一致，莫霍面埋深淺，恒溫帶深度淺；莫霍面埋深深，恒溫帶深度深，如魯中地區莫霍面埋深大于魯西北地區，恒溫帶深度較魯西北地區深；魯東地區恒溫帶深度埋深較深的區域位于三山島—龍口—蓬萊一帶，其分界線基本與魯東地區34km莫霍面等深線一致，在莫霍面埋深深的區域，恒溫帶深度深；在高密—萊西一帶莫霍面埋深較淺的區域，恒溫帶深度淺。

5 結論

（1）魯東地區中生代以來巖石圈剪切破裂，地幔相對魯西地區有一定的隆起，且是受斷裂構造控制的成熱類型，在斷裂交會處的地層溫度、地溫梯度較魯西地區高。

（2）魯中隆起區在凸起凹陷交界處及靠近斷裂附近，地溫梯度較其余區域高。

（3）受蓋層厚度、地下水活動及斷裂構造影響，魯西南地熱區菏澤凸起區地溫梯度較其他區域高，地溫梯度為2.8～3.0℃/100m，其余區域主要為2.4～2.6℃/100m。

（4）魯西北地熱區地溫梯度一般都大于3℃/100m，且正向構造區基巖埋藏淺，蓋層地溫梯度大，地溫高；負向構造區基巖埋藏深，蓋層地溫梯度小，地溫低。

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Study on the Distribution Characteristics of ??Geothermal Gradient in Shandong Province

ZHANG Honghong1， LI Kun2， JIN Xing1， SUN Ruipeng1， SHAO Yanqin3， LIU Bangxiao1， ZHANG Yaqi1， WANG Yuanyuan1

（1.Shandong Geo-engineering Group Limited Corporation，Shandong Ji'nan 250000，China;2.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Limited Corporation， Shandong Ji'nan 250100，China; 3.No. Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Ji'nan 250014，China）

Abstract： On the basis of fully collecting regional geology， geothermal geology， structural geology， geothermal well completion report and geothermal remote sensing interpretation data in Shandong province， survey on present condition of geothermal field in Shandong province，and geothermal remote sensing interpretation with the scale of 1 ∶ 500000 have been carried out. According to the degree of data collection， a method for calculating the geothermal gradient has been put forward， and geothermal gradient of the whole study area has been calculated. The distribution rules of geothermal gradients in various geothermal areas have been evaluated， and the factors affecting the distribution of geothermal fields have been analyzed from the following aspects， such as geotectonics， bedrock fluctuations， magmatic activity， stratigraphic lithology， fault structures， and groundwater activity. The relationship between shallow geothermal fields and deep structures has been discussed， and the distribution characteristics of geothermal gradients in various regions of the study area have been summarized.

Key words： Geothermal field; geothermal gradient; influencing factors; Shandong province