河北沽源饶阳地区浅层地温场特征分析

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1、河北沽源、饶阳地区浅层地温场特征分析基金项目：地质大调查项目“区域地温调查技术方法研究”（1212010916037）张杰1，王兴春1，赵敬洗1，郭鑫2，杨毅1，邓晓红1，武军杰1（1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊065000；2.河北省区域地质矿产调查研究所，河北廊坊065000）摘要：通过在河北沽源和饶阳地区建立的40m深试验孔，进行了长期（＞1年）定时（1次/天）的浅层地温观测，分析研究了浅层地温场的特征，并确定了恒温层参数，沽源地区的恒温层深度约为24m，温度约为5.6℃；饶阳地区的恒温层深度约为18m，温度约为14.7℃。关键词：沽源

2、；饶阳；浅层；地温场恒温层是地球内部热扩散与外部热侵入的平衡点，其温度不受大气冷热周性变化的影响，是地球内部热作用过程最直接的显示，蕴含着丰富的地质、地球物理和地球动力学信息[1][2]。但由于恒温层测量周期长、效率低[3]，目前国内很少关于恒温层实测研究的数据资料，大都通过理论计算恒温层深度[4][5][6]，以年平均气温代替恒温层温度[6]。2009年，在地质大调查项目的支持下，物化探所开展了“区域地温调查技术方法研究”，在河北沽源和饶阳地区开展了恒温层测量技术研究与试验，在试验孔（孔深40m）内，以1m间隔布置热敏传感器，进行了长期（＞1年）定时（1次/天）地

3、温观测，取得了两地区大量宝贵的实测浅层地温资料。1试验区概况沽源县和饶阳县分别位于河北省的北部、南部，如图1所示。从地形和地势上看：沽源县地处坝上高原，位于内蒙高原的南缘，属于高原高寒区，干旱、少雨，年平均气温在2℃左右，海拔约1400多米；饶阳县处于华北平原中的海河平原上，海拔在17～65米之间，年平均气温为13～15℃。浅部地层大都为第四系的上更新统和全新统内，下部表现为风积、冲积、湖积为主的覆盖（饶阳试验孔）和冲洪积、坡洪积为主的覆盖（沽源试验孔）。地层结构以粉砂土、砂土、粘土、亚粘土及中、粗砂、卵石互层表现形式为主。此类地层结构的特点为地下水较丰富，特别是在

4、层中的中、粗砂层和卵石层，赋水程度较好，给地表水垂向补给，层内赋水的横向移动提供了条件，也是地温长期观测的干扰因素之一。12图1恒温层测量试验孔位置分布示意图2浅层测温方法技术2.1热敏传感器选配为了使同一个试验孔内的热敏传感器具有较高的一致性，首先进行热敏传感器一致性选配试验。采用的方法是：将热敏传感器以防水导线连接，下置到同一深度（恒温层深度以下）的试验井，待试验井中温度稳定后，逐个测量各热敏传感器温度，测量每天一次，测量天数≥3天，将离散的热敏传感器淘汰，测量结果最接近的分别编组（号）。2.2热敏传感器的装置及置入方法恒温层深度由于受高程、纬度等多种因素的影响

5、，所以不同地区的恒温层深度是互不相同的，要测量一个地区的恒温层温度，首先要确定该区的恒温层深度。在恒温层深度上，温度不受一年四季不同气候变化的影响，所以同一地区的恒温层温度应是一恒定值。为了准确地测量恒温层深度，可以采用串珠状多传感器装置，置入地温试验孔。根据试验区的地理位置、气候环境、高程以及以往研究资料等情况[7][8]，预计试验区恒温层深度小于30m，为了能准确测量出恒温层深度，将试验孔深度定为40m，采用串珠状多传感器装置，布置在试验孔内，进行长期（＞1年）定时（1次/天）观测记录。为了保证热敏传感器置入深度的准确性，将经选配为一组的热敏传感器在硬杆（管）上

6、等间隔（1m12）分别固定，成孔后与硬杆（管）相伴置入，这样保证了下置深度和热传感器垂向间隔的准确性和长期放置的稳定性，每个热敏传感器分别导线（防水）连接，地面测量。2.3恒温层深度确定方法因太阳的辐射和一年四季不同气候的影响，使地球表面的温度随之变化，这种变化因地表地形和覆盖层介质不同，其影响深度是不一样的。我们知道地球内部的热以传导方式向地表方向扩散，地球表面受太阳辐射和一年四季不同气温的侵入，那么当“内扩散”和“外侵入”在地表以下某个深度点（层）达到抵消或平衡时，该深度点（层）的温度值是不随时间而变化的，该点（层）距地表的垂直距离就是恒温层深度。利用试验孔的地

7、温长期观测记录资料，分析出一年时间内相对温度不变的深度点（层），距地表相对最近的点(层)，即认为此深度为该点（区）的恒温层深度。3沽源地区浅层地温场特征分析3.1浅层地温场随时间的变化特征沽源试验孔从2009年9月22日至2010年10月24日，连续观测记录了398天，图2显示了1～40m深度的温度随时间变化曲线，由图可见，在1～10m深度上，温度随时间的变化非常明显，以1m深度为例，该孔开始测量时间为2009年9月23日，正值中国的深秋，几天内观测到的温度均为一相对高值，约12℃（相对温度测量）；随着冬季的到来，温度逐渐降低，曲线随时间向下衰减，在冬季的09年