[科普中国]-矿井地热

矿井内围岩散发出来的地球内部热量。它是矿井内空气增温的主要热源，既是矿井热害的根源，又是一种宝贵的地下热源。研究矿井地热的主要任务是，查明矿区(矿井)地温状况，对出现的热异常区段或热异常点进行调查并测量有关地热参数，查明热异常区的分布及其地质背景，为防治井下热害或利用地热提供方案。

各矿的地温梯度大小不一，由1～2℃/100m到4.1℃/100m不等。地温梯度小的矿井在800m深度条件下，正常通风后井下温度不超过26℃;而地温梯度大的矿井，深度在500m以内气温即可超过30℃，在井下湿度大的条件下工人劳动条件恶化，构成热害。1

地壳浅部地热分带在地壳近地表的浅部，一方面把地球深处传导上来的热流散发到空间; 另一方面又接受来自太阳的辐射热。这种放热与吸热的相互作用，构成地壳浅部的地温场。据地温测量资料，地壳浅部地温场呈现分带现象，由上而下可分为变温带、恒温带和增温带等三带 (图1、图2)。2

变温带位于地壳最上部，主要受太阳辐射热影响，温度发生周期性变化的层带。它可分为日变温带和年变温带。一般。日变温带深度仅1～2m;年变温带则可达15～30m。变温带内地温场的变化特点是，地温随地表气温呈近似正弦曲线的周期变化，但是两者变化不同步，地温比气温滞后一段时间，同时地温的变化幅度小于气温的变化幅度，并随深度增加而锐减(图3)。

恒温带位于变温带之下，太阳辐射热与地球内部热相互作用达到平衡、温度常年不变的层带。恒温带一般很薄。它的温度约比当地年平均气温高0.5～2℃。恒温带的深度多数在地表下15～30m。恒温带的深度和温度，在一定程度上反映一个地区的热状况和热历史，对评价深部地温、地热资源有参考意义。

增温带位于恒温带之下，主要受地球内部热流控制，温度随深度增加而增高的层带。增温带的温度随深度的变化率，用地温梯度或地温率表示。地温梯度又称地热梯度，是由地表向地心方向单位距离内温度增加的数值，通常用每100m或1000m深度内温度增加的数值表示(℃/100m或℃/1000m)。地温率是地温梯度的倒数。

地温梯度受多种因素影响。不同地区或同一地区不同深度的地温梯度均存在变化，但由地表向深部，地温梯度有变小的趋势，因而不能用浅部的地温梯度无限下推。实测的地温曲线可以反映一个地区的地热状况并计算相应的地温梯度 (图4)。

矿区地温场影响因素一个矿区(矿井)的地温场是当地长期地质历史发展的结果，它受大地构造性质、岩石热物理性质、基底起伏与褶皱构造、深大断裂、地下水活动的状况、局部热源等多种地质条件的影响。

大地构造性质在中、新生代造山带等地壳强烈活动区，地温场的特征是热流值大，地温高，平均地温梯度大; 而在古老的地盾和地台区等地壳运动相对稳定区，地温场的特征则正好相反，热流值小，地温梯度小，地温低。但地台区在中、新生代有由伸展运动引起的断裂带，地温偏高。

岩石热物理性质岩石热物理性质包括热导率、比热和导温系数等。它们决定着岩石传导、储存和扩散地热的能力，是评价矿区地温场不可缺少的重要参数。热导率低的岩石，地温梯度大;热导率高的岩石，地温梯度小。沉积岩中，煤的热导率低，在煤层较厚或煤层集中分布的地段，地温梯度大。

基底起伏与褶皱构造在深度相同的条件下，基底隆起区比相邻拗陷区，背斜部位比相邻向斜部位的地温高，地温梯度大 (图5)。

深大断裂通达上地幔的深大断裂，是深部岩浆、热水等热载体的上升通道。因此，邻近深大断裂的煤田，热流值偏大，地温偏高。但深大断裂各段的力学性质及围岩的热物理性质有差异，热载体活动不均匀，深大断裂两侧的地热状况也存在差别。

地下水活动在地下水由地表向下强烈活动区，地下水起降温作用，形成低地温区。地下水在深部被地温加热后，又流向浅部，使附近地温升高，把矿井变为高温矿井。重庆北碚的北温泉，广西合山煤矿的热水，就属这种成因。

局部热源①矿山附近有近期的岩浆活动时，火成岩体在冷却过程中释放的热量，可使附近地温升高。②矿山附近岩层和岩体内有放射性元素富集时，它们的衰变热可使地温升高。③金属硫化物的氧化，也可使局部地温升高。

中国矿山地温类型中国科学院地质研究所通过对中国东部各类矿山的地温状况的研究，于1978年提出了矿山地温类型的初步划分方案，1988年又作了修订，把矿山分为低地温梯度类(包括深源低热型、地下水循环冷却型)、中常地温梯度类、高地温梯度类(包括深源高热型、局部聚热型及基底隆起亚型和高热阻岩盖亚型以及高热导岩带亚型、附加热源型及岩石高产热亚型及热水循环亚型)等三类、五型、五亚型，并提出了各类型矿山地温场研究方法和矿山高温对策的原则性考虑。

矿区地温研究方法包括地温测量、恒温带确定、地温梯度计算，岩石热物理性质测定，热流值计算和矿区深部地温预测等。

地温测量通过钻孔或炮眼，利用测温仪器测定地温。钻孔测温方法分为稳态测温和非稳态测温两种。稳态测温是指冲洗液温度与围岩温度已达平衡，孔内温度处于完全稳定状态，钻孔所测各段冲洗液温度即代表围岩温度。非稳态测温是冲洗液温度与围岩温度尚未达到完全平衡状态时的钻孔测温。

恒温带确定恒温带的深度与温度，一般通过恒温带观测孔来确定，在冬季和夏季分别测温，顶部的交点即恒温带 (图2)。在没有观测孔的条件下，可根据地面气象资料确定，即用当地年平均气温加0.5～2℃。深度用一般测温孔的曲线标定。

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学