地热，地球的体温

在疫情时期，我们进出人群密集的地方时，总会被一只测温枪拦去了前路，滴一声，就能准确获取我们的体温。有着正常的体温，意味着我们的身体正常产热，不用被拉去检查了。那么地球有体温吗？地球的体温正常吗？今天我们来聊聊地球的体温。

首先大家应该都已经对地球有着基本的了解了，包括分层与板块构造等。那基本上的规律就是，越往地球深处，地球各层温度也应当是越大的。比如地壳深部温度可达 1000℃，到地幔深部可能达到 1000-2000℃，最热的就是我们的地核，地核中心甚至高达 5000℃及以上。

当然，我们平常测人的体温也不太可能测内部器官的体温，基本上只测皮肤上的温度。对于地球，我们直接测量其内部的温度可能性实在太小，我们能做的，或者我们需要的就是浅层的地温，也就是地壳部分的。就算是测量浅层的地温，我们能够针对稍深部的直接测量手段也是少之又少。目前直接测量地温，只有钻探地温测量井这一条路，由于目前资金、技术手段等限制，世界上最深的一口井也只打到了约 12km 左右（前苏联的科拉超深钻孔）。因此稍深部的地温直接测量也是做不到的，但是我们能够通过浅层的地温测量计算地温梯度，这样可以推测深部的温度。但是浅层的地温梯度受限的因素很多，时间影响、气候影响等等，想要实现在世界范围内同时测量可能性等同无，因此选择合适的参数代表地温特性显得非常重要，这个参数就是地热流值（Heat Flux）。

大地热流值定义为单位时间内通过地球表面单位面积的热流值。这个参数消除了时间的影响，是目前最能表征地球表面温度的参数，其公式如下：

q = - 100 Kr （dT/dz）

其中 Kr 为岩石导热率，dT / dz 是地温梯度，因此热流值包含了该地的岩石热性特征。利用各地的获取的地温梯度等数据，再结合各地的地质岩性等情况，能够计算各地的热流值，由此合成了地热的数据集。众多科学家研究者利用这些数据集进行了全球的表面地热特征模拟，这就像是在给地球测体温。我们可以看到 2010 年 Davies 给出的全球的地温特征结果，热源的分布基本上在新生的洋壳，也就是板块边界。不过由于海洋数据以及两极数据的稀疏性，估计的误差也会偏大。

偶尔地球也会长青春痘或者发烧，比如火山爆发等。有时，我们会去泡天然温泉，你有想过温泉到底是咋回事吗？其实，这就是地热异常导致的。这是我们今天要聊的第二个话题，地热能。

2020 年，双碳提出后，利用可再生能源替代传统能源成为了社会的共识。这其中，地热能作为主要的可再生能源之一，具有低成本、可持续利用和环保的特性，越来越受到社会的关注。

地热资源按照热流体传输、开发模式等可分为地热资源可分为浅层地热能、水热型地热能和干热岩型地热能（增强型地热系统）三种类型（周总瑛等，2015）。这其中干热岩具有能量大、分布广、利用率极高、安全性好、无污染、不需尾水回灌、拥有优质资源的大陆边缘海盆、建发电站效能高用地省、热能稳定持续、发电可控性强、减灾减排效果好等特点，是地热能开发的重要目标。目前比较认同的干热岩定义是一种不含水或蒸气、埋深 3-10km、温度为 150-650℃的致密热岩体（李德威等，2015）。目前许多地区发现的干热岩，大多数为花岗岩。这样比较：科拉超深钻孔 12km 深，最高地温也才 200℃，而干热岩钻井 4km 可能就达到了 300 摄氏度左右。这就是干热岩的温度！

干热岩的分布几乎遍布全球，各个大陆地下都有干热岩资源。干热岩开发利用潜力最大的地方还是一些新的火山活动区，或者地壳较薄的地区，这些地区主要位于全球板块或者构造地体的边缘（蔺文静等，2012）。2011 年，中国地质调查局开展了中国陆区干热岩资源潜力评估，结果显示我国陆区干热岩资源量巨大，分布广泛，可采资源量占比大，具有巨大开发潜力（汪集旸等，2011）。

2014 年国土资源系统分别在青海、西藏、四川、福建、广东、湖南、松辽盆地、海南等高热流区域进行了干热岩资源地质勘查，并在青海贵德和共和、山东利津、广东惠州、四川康定等地相继开展干热岩初步钻探（许天福等，2018）。我国的干热岩资源十分丰富，但是干热岩勘查开发还处于初步的阶段，需要进一步的研究。；另外，干热岩的后续开发依然会面临众多的挑战，比如有可能会诱发地震、引发社会影响等，这些都需要更多更深入的研究。中国干热岩开发利用之路还有很长。

全球的热流值可以应用于地球动力学的研究，推动地球热机制的研究。而局部的地温异常可以作为绿色能源进行开发利用。不得不感叹，我们的地球是个宝！

参考文献

• Davies J H , Davies D R . Earth's surface heat flux[J]. Solid Earth Discussions, 2010,1(1):5-24.

• 周总瑛，刘世良，刘金侠.中国地热资源特点与发展对策 [J].自然资源学报，2015,30 (07):1210-1221.

• 李德威，王焰新.干热岩地热能研究与开发的若干重大问题 [J].地球科学 (中国地质大学学报),2015,40 (11):1858-1869.

• 汪集旸，胡圣标，庞忠和，何丽娟，赵平，朱传庆，饶松，唐晓音，孔彦龙，罗璐，李卫卫.中国大陆干热岩地热资源潜力评估 [J].科技导报，2012,30 (32):25-31.

• 许天福，胡子旭，李胜涛，姜振蛟，侯兆云，李凤昱，梁旭，冯波.增强型地热系统: 国际研究进展与我国研究现状 [J].地质学报，2018,92 (09):1936-1947.

• 蔺文静，刘志明，马峰等.我国陆区干热岩资源潜力估算 [J]. 地球学报，2012, 33 (6): 1-5.

本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），撰稿：行雨，美编：刘俞伶