山东省地温梯度分布特征研究

张红红 李坤 金兴 孙瑞芃 邵艳琴 刘邦晓 张雅奇 王媛媛

摘要： 在充分搜集山东省区域地质、构造地质、地热地质及地热遥感解译资料等基础上，开展了山东省地温场现状调查、1 ∶ 50万地热遥感解译和测温工作，根据收集资料程度，提出计算地温梯度的方法，计算了整个研究区地温梯度；评价了各个地热区地温梯度的分布规律，并从大地构造、基岩起伏、岩浆活动、地层岩性、断裂构造、地下水活动等方面分析了影响地温场分布的因素，讨论了浅部地温场与深部构造的关系，总结了研究区各区地温梯度的分布特征。

关键词： 地温场；地温梯度；影响因素;山东省

中图分类号： P314     文献标识码： A    doi：10.12128/j.issn.1672 6979.2023.03.009

引文格式： 张红红，李坤，金兴，等.山东省地温梯度分布特征研究［J］.山东国土资源，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

地温场是指地球内部一定空间内，在某一瞬间的地温分布状况［1］。地温测量反映地球内部热能变化程度，它是区域地质历史和地质构造条件的综合反应，是地球表面能直接观测到的表征地球内热的一个基本物理量。

地温测量是人类得以认知地表和地下热状态的最直接的手段，钻井是开展地温测量的常规途径和必要条件［2］。地温测量按测量方式分为直接测量和间接测量两类［3］，而直接测量根据测温目的的不同和测温深度的差异，可以分为浅层测温和深部测温。

地温梯度又称地热梯度或地热增温率，它特指地球内部恒温带以下地溫随深度的变化率。在实际工作中，通常用每100m或1km的温度增加值来表示［4］；在地热异常区，也常用每10m或1m的温度增加值来表示。

本文根据30m测温数据、500m测温数据及收集的大于1000m的地热和矿产终孔测井资料，计算了山东省的地温梯度，分析了其分布规律；并评价了影响地温场的因素。

1 山东省地温梯度的计算

地温梯度计算参考张艳龙［5］研究结果进行计算，按公式1：

T =100（出口温度-恒温带温度）/（取水段中值深度—恒温带深度） （式1）

式中： T —地温梯度（℃/100m）

计算地温梯度主要依据收集到的地热及固体矿产勘查孔的终孔测井资料计算，根据收集资料的完整程度，计算地温梯度采用的温度、深度不同，做如下说明：

（1）对于收集到完井报告的地热井。

收集到地热井完井报告的，根据抽水试验的出水口温度、本次调查的水温、抽水试验段，确定出口温度和取水段中值深度进行计算。

（2）对于未收集到完井报告，仅收集到测井曲线的地热井。

该类地热井地温梯度的计算，采用井底温度和测井深度作为出口温度和计算深度进行计算，按此类方法计算的地温梯度值偏低。

（3）收集的固体矿产勘查孔。

根据测井资料，采用井底温度作为出口温度，测井深度作为计算深度计算地温梯度值。

（4）恒温带深度、恒温带温度。

根据收集资料孔所在的位置，依据附近30m测温孔的恒温带深度、恒温带温度综合确定。

（5）由于大于1000m的地热井和固体矿产勘查孔资料收集存在局部地区集中，局部区域未有井的情况，部分大于1000m的测井资料少的区域，利用500m测温资料计算。

2 山东省地温梯度分布特征

山东省地温梯度主要介于1.5～5.0℃/100m之间，其中鲁东地区在温泉出露区地温梯度大于5℃/100m，其余区域小于3℃/100m，局部地区小于2℃/100m；沂沭断裂带地热区在靠近主断裂的区域，地温梯度介于1.5～3.6℃/100m之间，靠近断裂带附近地温梯度大于2℃/100m，远离断裂带的区域，地温梯度小于2℃/100m；鲁中隆起地热亚区地温梯度在凸起凹陷交界处较高，一般大于2.5℃/100m，其余区域一般小于2℃/100m；鲁中隆起北部地热亚区地温梯度在靠近断裂带附近较高，济南岩体附近较低；鲁西南潜隆起地热亚区地温梯度在东明、鄄城大于3℃/100m，其余大部分区域介于2.5～3.0℃/100m之间，局部区域小于2℃/100m；鲁西北地热区地温梯度一般都大于3℃/100m。

2.1 鲁东地热区地温梯度

鲁东地区地温梯度具有温泉出露区地温梯度高，其余区域地温梯度低的特点，根据收集的《山东省胶东地区地热资源调查评价报告》可知，各温泉出露区地温梯度一般大于5℃/100m，收集的各温泉出露点地温梯度见表1。

鲁东地区地温场主要是受断裂构造控制的，高温部位往往是2组断裂交会处，即地热流体上涌通道，由主通道向四周温度降低，且深度都较浅，一般小于200m，深井地温梯度整体水平不高。

本次收集资料计算的威海市临港经济开发区蔄山镇东许家村东地热井，位于洪水岚汤地热田内，地温梯度达5℃/100m；烟台市牟平区院格庄地区于家汤地热井位于于家汤地热田内，地温梯度达12.6℃/100m；蓬莱市村里集镇温石汤村地热井位于温石汤地热田内，地温梯度达34.37℃/100m；山东省招远—栖霞—蓬莱深部地热资源调查DRZK01干热岩孔位于汤东泉地热田内，地温梯度达4.96℃/100m；而环翠区温泉地热井紧邻温泉汤地热田，地温梯度为2.41℃/100m。在莱州新城金矿附近区域，地温梯度小于2.0℃/100m，一般介于1.47～1.97℃/100m之间；旧店—南墅—日庄—沽河一带区域，地温梯度小于3℃/100m，一般介于2.56～2.83℃/100m；牟平区的武宁—高陵一带，地温梯度小于2.0℃/100m；在潍坊的高密、诸城、日照的五莲一带的拒城河—铺集—林家村—石门—洪凝—中至—高驿—枳沟—九台—注沟一带，地温梯度介于2.0～2.2℃/100m之间（表2）。

2.2 沂沭断裂带地热区地温梯度

沂沭断裂带地热区地温梯度介于1.5～3.6℃/100m之间，靠近主断裂带附近的莒县店子集地温梯度介于2.6～2.9℃/100m，汤头附近地温梯度2.7℃/100m左右，五莲管帅地温梯度大于3℃/100m；远离主断裂带的区域，地温梯度一般小于2℃/100m，如潍坊坊子区地热井，地温梯度仅1.53℃/100m（表3）。

2.3 鲁西隆起地热区地温梯度

2.3.1 鲁中隆起地热亚区地温梯度

该区域地温梯度在凸起凹陷交界处较高，一般介于2.5～3.0℃/100m之间，在铜井地热田、岱岳区附近，地温梯度大于4℃/100m；在峄城南部区域，地温梯度介于2.5～2.6℃/100m；在临沂市区及郯城附近，地温梯度介于2.2～2.4℃/100m；在沂南孙祖附近区域，地温梯度介于2.8～3.0℃/100m；在莱芜附近区域，地温梯度为2.8℃/100m；在临朐附近区域，地温梯度介于2.4～2.6℃/100m；其余区域地温梯度较低，根据鲁西平原地热报告，一般小于2℃/100m（表4，图1）。

2.3.2 鲁中隆起北部地热亚区地温梯度

该区域地温梯度在靠近齐广断裂附近区域，地温梯度一般3℃/100m，在次级断裂附近，地温梯度一般介于2.5～3.0℃/100m之间，在靠近济南岩体附近，地溫梯度较低，一般小于2℃/100m，其余区域地温梯度一般介于2.2～2.4℃/100m之间（图1）。

2.3.3 鲁西南潜隆起地热区地温梯度

该区由断裂构造划分为若干子区，总体规律是菏泽凸起区地温梯度较其他区域高，地温梯度为2.8～3.0℃/100m，其余区域主要为2.4～2.6℃/100m，见图2。

2.3.4 鲁西北地热区地温梯度

该区域地温梯度总体东部济阳坳陷较西部临清坳陷高，埕口凸起、陈庄凸起、青驼凸起区较高，该区以3.2℃/100m地温等值线为界，分为东西2个区域，见图3。

3.2℃/100m地温等值线以西区域主要包括德州潜凹陷、莘县潜凹陷，地温梯度主要介于3.0～3.2℃/100m之间，局部临清市附近区域，地温梯度介于3.2～3.4℃/100m；在莘县—郑家—贾镇一线以南区域、德州市城区附近区域，地温梯度介于2.8～3.0℃/100m之间；在平原恩城附近地温梯度介于2.4～2.6℃/100m、高唐的梁村—尹集附近区域，地温梯度介于2.2～2.4℃/100m。

3.2℃/100m地温等值线以东区域主要包括济阳坳陷的大部分区域，地温梯度主要介于3.2～3.4℃/100m之间，在商河附近区域、博兴—唐坊—赵店—里则—小营—庞家一带、广饶的稻庄—西刘桥—马头一带及庆云附近区域，地温梯度介于3.4～3.6℃/100m之间；在宁津的保店—柴胡店—杜集—长官一带以北区域，地温梯度介于3.6～3.8℃/100m；在无棣—埕口一带、陈庄—黄河口一带，地温梯度大于4℃/100m；在陵县的前孙—宋家一带，地温梯度小于3℃/100m，介于2.4～2.6℃/100m之间；在车镇北部区域，地温梯度介于2.8～3.0℃/100m之间；在青州以东区域，地温梯度介于3.0～3.2℃/100m之间。

3 地温场的影响因素

3.1 大地构造

大地构造性质及所处构造部位，是决定区域地温场基本背景的最重要的控制因素，不同类型的盆地，由于处在板块构造的不同部位，活动性及深部结构有一定的差异，其地温场具有明显的不同。在板块构造的不同部位，反映了截然不同的地温特征，如在稳定的古老地台区具有较低的地温，而在新生代裂谷区则具较高的地温。对具体拉张盆地来说，往往由于地幔上隆，地壳拉张、裂陷、厚度减薄，盖层将受到地幔更强烈的烘烤作用，加上地幔物质的上涌、侵入，致使盆地内部地温增高，总的来说可分为隆起山地对流型地热资源和沉积盆地传导型地热资源［6］。

本次500m测温点，平度旧店500m处地层温度较莱州金矿、五莲、诸城等地要高；根据收集资料点，位于已有地热区块内（即温泉出露点附近），1000m处地层温度高，地温梯度高，边缘温度逐步降低。如位于汤东泉地热区块内的干热岩钻孔PL1，1000m处地层温度达119.49℃、位于洪水岚汤地热区块内的WH1、WH2地热井，1000m处地层温度达64～110℃；而紧邻温泉汤地热田的环翠区地热井WH3温度也较其余地区高，1000m处地层温度43℃；其余区域1000m处地层温度小于40℃，而鲁西地区1000m处地层温度一般介于低于50℃。

鲁东地热区地热田内地热井的地温梯度一般大于5℃/100m，鲁西地区地温梯度一般低于4℃/100m。

3.2 基底起伏

基底起伏形态对地温场影响已为大量的实际测温资料所证实［7 10］，基底的起伏对地温场的影响与盖层厚度有关，在盖层厚度厚的鲁西北地区、鲁西南地区与盖层很薄的鲁中地区，基底起伏对地温场的影响不同。

3.2.1 无盖层或盖层厚度很薄

鲁中隆起地热区，在凸起区无盖层或盖层较薄，来自于地壳深处的热量易散失，地温梯度一般小于2℃/100m。

3.2.2 盖层厚度较薄

鲁西南潜隆起地热亚区，盖层厚度对地温场的影响亦较大，同时正向构造的地温高，地温梯度大；负向构造的地温低，地温梯度小。

该区域嘉祥凸起热储盖层厚度一般小于500m，保温效果差，地温梯度2.4～2.6℃/100m；而菏泽凸起区，具有较厚的盖层，地温梯度一般介于2.8～3.0℃/100m；成武凹陷区，地温梯度为2.4～2.6℃/100m，济宁凹陷区，地温梯度2.0～2.2℃/100m，见表5。

3.2.3 盖层厚度较厚

鲁西北地热区，在新生界盖层一定的深度范围内，正向构造的地温高，地温梯度大；负向构造的地温低，地温梯度小；地壳浅部地温分布与基岩面起伏呈正相关关系。

如鲁西北地热区，在有厚层新生界分布区域，地温梯度水平分布与隐伏基岩起伏呈正向关系。正向构造区基岩埋藏浅，盖层地温梯度大，地温高；负向构造区基岩埋藏深，盖层地温梯度小，地温低。

（1）埕子 宁津潜隆地温梯度值一般介于3.6～4℃/100m，在无棣大山一带地温梯度值＞4℃/100m。

（2）临清潜陷高唐 堂邑潜凸、馆陶潜凸以及邻区的故城 武城潜凸区，地温梯度值一般为3.0～3.2℃/100m；莘县潜凹区地温梯度值一般＜3.0℃/100m。

（3）宁津潜凸、埕口潜凸、孤岛潜凸、陈家庄潜凸、青坨子潜凸地温梯度值一般大于4.0℃/100m；车镇潜凹地温梯度一般＜3.5℃/100m。

（4）东营潜坳中心博兴潜凹，地温梯度值高达3.5℃/100m以上；东营潜凹区中心地带地温梯度一般＜3.2℃/100m。

3.3 岩浆活动

岩浆侵入或喷出的地质时代越新，所保留的余热就越多［11］。在高温岩浆余热的影响下，对现今地温场的影响就越强烈，并且有可能形成地热高异常区，如大高地区，1000m处地层温度大于50℃，地温梯度3.8～4.0℃/100m就是受岩浆岩活动的影响。岩浆侵入体的规模、几何形态及围岩的产状和热物理性质的不同，都将对地温场产生不同影响［12］。火山岩，特别是薄层火山岩，对地温的影响不大而侵入岩对地温的影响比较明显，近期的岩浆侵入，对当地的地温场有巨大的影响，如位于邹平—周村凹陷地区，由于中生代火成岩侵入岩浅埋，1000m处地层温度较西部地区高。至于第四纪以前发生的岩浆侵入，因岩体经过较长时间的冷却，岩浆余热已散失殆尽，对区域今地温场无甚影响或者可以忽略。但岩浆岩中如果富含放射性元素，即使冷却下来，也可对地温场产生影响，而第四纪以前的岩浆侵入或喷发对古地温场及古地温异常的影响是非常明显的。

3.4 地层岩性

大量的井下测温资料表明，当井孔穿过较均一的岩层时，井孔的深度—测温曲线是一条较平滑的直线，即地温梯度为常值；当井孔穿过热物理性质差异较大的岩层剖面时，井孔的深度—温度曲线则成折线，地温梯度有明显变化。在没有外来热源的情况下，同一井中各段的地温梯度与热导率的乘积为一常数，即该井各层段的热流相等［13］。所以，各层段的地温梯度和热导率具有互为消长的关系，因此，导致地温梯度纵向变化的主要因素是岩性［14 15］。

3.5 断裂与地温场的关系

断裂构造对地温场产生的影响，不仅表现在可以使地温升高，也可以使地温降低［16 17］。一般的开启性断层是地下水循环的通道，可以使靠近地表温度较低的地下水引至深部，从而使地温降低也可因深部地下水沿断层上升而使地温增高。深部地下水沿开启性断层上涌至浅部而形成局部热异常的现象。一般的封闭性断层或压剪性断层不会成为地下水循环的通道，而往往因压剪和摩擦产生热量，形成附加热源，使地温增高。

3.6 地下水活动

地下水在地壳浅部分布广泛，易于流动，且比热容较大，对地温场有重要影响［18］。地下水活动可引起围岩温度降低，在一些中小型及某些大型盆地的边缘部位，从补给区进入的地下水温度较低，在流动过程中，不断地把围岩的热量带走，从而降低了地温［19 20］。如汶上凹陷、宁阳凹陷、济宁凹陷由于断裂的影响，各凹陷内进一步呈小凸起与小凹陷相间排列，凹陷东部靠近鲁中山区地下水径流交替，地下水活动对地温梯度影响较大，该区地温梯度较西部低。

研究区内有较大影响的断裂如齐广断裂、沂沭断裂带、聊考断裂以及一些二级断裂等。如在鲁中隆起北部地热亚区，地温梯度在靠近齐广断裂附近区域，地温梯度一般3℃/100m，500m、1000m处地层温度达30～50℃，而附近区域温度为25～43℃；鲁中隆起地热区，靠近沂沭断裂带附近地热井温度、地温梯度较远离断裂带地热井高，如靠近断裂带附近的临沂市兰山区凤仪官庄附近地热井，1000m处地层温度大于50℃，地温梯度4.09℃/100m（1000m以浅），而临沂市北城新区地热井1000m处地层温度仅36℃左右，地温梯度2.2℃/100m。

4 讨论

4.1 浅部地温场与布格重力异常的相关性

通过研究恒温带深度、温度与深部构造的相关性可知：鲁东地区，布格重力场分布与恒温带深度、温度分布一致，布格重力值高，恒温带深度浅，恒温带温度高，其分界线基本与区域重力场分界线一致；鲁西地区相关性不明显。

4.2 浅部地温场与莫霍面埋深的关系

恒温带深度与莫霍面埋深一致，莫霍面埋深浅，恒温带深度浅；莫霍面埋深深，恒温带深度深，如鲁中地区莫霍面埋深大于鲁西北地区，恒温带深度较鲁西北地区深；鲁东地区恒温带深度埋深较深的区域位于三山岛—龙口—蓬莱一带，其分界线基本与鲁东地区34km莫霍面等深线一致，在莫霍面埋深深的区域，恒温带深度深；在高密—莱西一带莫霍面埋深较浅的区域，恒温带深度浅。

5 结论

（1）鲁东地区中生代以来岩石圈剪切破裂，地幔相對鲁西地区有一定的隆起，且是受断裂构造控制的成热类型，在断裂交会处的地层温度、地温梯度较鲁西地区高。

（2）鲁中隆起区在凸起凹陷交界处及靠近断裂附近，地温梯度较其余区域高。

（3）受盖层厚度、地下水活动及断裂构造影响，鲁西南地热区菏泽凸起区地温梯度较其他区域高，地温梯度为2.8～3.0℃/100m，其余区域主要为2.4～2.6℃/100m。

（4）鲁西北地热区地温梯度一般都大于3℃/100m，且正向构造区基岩埋藏浅，盖层地温梯度大，地温高；负向构造区基岩埋藏深，盖层地温梯度小，地温低。

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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