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1 地热壳构热控理论的提出
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热源机制的分析是进行地热系统分析的核心内容。我国地质条件复杂，不同地质背景下形成地热系统源、通、盖、储要素的地质因素千差万别，但识别不同地质背景下不同地热系统的热源构成，对于区域地热勘查靶区选址与开发具有重要的指导意义。我国西厚东薄的地壳分布格局导致的壳幔热量配分差异是制约地热系统热源机制的基础地质背景，而东部地壳沉降区（华北、松辽、江汉等中、新生代盆地）的基底起伏与地壳隆起区（东南沿海及胶辽半岛丘陵区）的不同规模断裂（岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂、层间滑动断裂等）则构成了影响浅地表温度场的主要因素，其中又以华北盆地、东南沿海等地区为典型代表。壳构热控理论即以地球动力学理论为基础，以控热作用研究为主线，通过大地构造学、构造地质学、地热地质学等学科理论和方法，研究深部热能聚敛过程及热异常分布规律，分析各种构造要素间的控热作用及相互关系，探讨地热资源靶区预测方法，从而指导地热勘查的科学，具体可概括为“壳幔生热-构造聚热-同源共生”。
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1.1 壳幔结构是最根本的控热因素（壳幔生热）
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地球内部热状态是地热学研究的重要参数，壳幔两部分热流的配分比例及组构关系直接影响现今地壳、上地幔的活动性及深部温度状况（邱楠生等，2019）。地热资源的生成与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系。全球性地热带一般沿地壳各大板块边界分布，高热流的部位常在俯冲带的前端。中、新生代造山带一般为地壳变动剧烈的地区，也是地热异常区; 而板块内部地壳稳定部位，如古老的克拉通，因其多具有深达200 km 的巨厚岩石圈根，故地热状况较为稳定，表现为低地表热流、低地温梯度的特征（李永华等，2011）。我国地处亚欧板块的东南部，东濒太平洋西缘构造活动带，受太平洋板块和菲律宾板块的挤压作用以及西南部印度板块的强烈碰撞作用，在这几方面的应力作用下，形成我国独特的壳幔结构，地壳厚度自东部沿海地区30~40 km逐渐增至青藏高原大部分地区的70±5 km，根据地壳厚度的变化特征，可以将全国大体划分成东部（＜40 km），中部（40~50 km）和青藏高原（＞50 km）三大区，与此相对应的是我国大陆的热流分布随地壳厚度变化由东到西大体上表现为“中—低—高”的变化格局（图1）。中国大陆整体的平均热流值为61.5±13.9 mW/m2（姜光政等，2016），其中，东部受太平洋板块俯冲的影响，在漠河—大兴安岭—太行山—武陵山一线以东地壳减薄，厚度普遍小于40 km，其热流值多高于60 mW/m2; 西南部受印度-亚洲大陆碰撞的影响，沿昆仑山东延—柴达木盆地北缘—阿尔金山—祁连山一线以南青藏高原隆起地壳增厚，厚度普遍大于60 km，其热流多高于70 mW/m2; 中部地区热流值位于40~60 mW/m2之间。
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大地热流由地壳岩石放射性生热的贡献Qc和来自地幔的深部热流Qm组成，我国除青藏高原外大部分地区表现为“热幔冷壳”或“温幔温壳”，反映了我国陆区热流值主要受地幔热流的控制，而壳内主要放射性生热元素U、Th、K集中于上地壳，不同地区地壳放射性元素集中层的厚度变化不大（一般在10 km左右），其上地壳放射性生热量差别也并不大（1.58~1.67 μW/m3）（何丽娟等，2001; Jaupart et al.，2016），因此地壳厚度越大，其地表获取的地幔传导热量越小，相应地其地表热流值也随之变小，这与我国陆区大部分地区的地壳厚度变化与热流值分布相一致，而青藏高原巨厚的增厚地壳却拥有我国陆区最高的地表热流值分布，除了有增厚地壳中放射性元素重分布引起的热量富集因素外，青藏高原壳内还分布有大面积的“低速层”（李永华等，2006; 贺日政等，2007; 滕吉文等，2012; 严江勇等，2019; 牛潇等，2021），目前主流观点认为该“低速层”是部分熔融层，为区内强烈水热活动的主要热源（沈显杰等，1990; 杨晓松等，1998; 廖志杰等，1999; 李振清等，2005; 白嘉启等，2006; Wang Qiang et al.，2012，2016; 王强等，2017; Long Denghong et al.，2021）。
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图1 中国陆区地壳厚度与大地热流空间分布关系
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Fig.1 The relationship between crust thickness and heat flow spatial distribution of China's Mainland
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地壳厚度数据引自CRUST1.0（据Laske et al.，2013），热流数据根据姜光政等（2016）进行了补充
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Crustal thickness data were cited from CRUST1.0 (after Laske et al., 2013) and heat flow data were supplemented according to Jiang Guangzheng et al. (2016)
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1.2 影响地表浅层热量配分的构造因素（构造聚热）
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构造作用是由于地球内部能量引起地壳乃至岩石圈的变位和变形、洋底的增生和消亡以及相伴随的地震活动、岩浆活动或变质作用的机械运动，是影响地壳浅部温度场的最重要的地质因素，不同的构造背景决定了地热系统的聚热模式、水热运移通道、赋存空间（王贵玲等，2020）。我国幅员辽阔，所处的板块构造位置比较特殊，西南部受印度板块挤压，东南部受菲律宾板块挤压，东部受太平洋板块的俯冲作用和挤压作用，地壳应力场复杂，构造极为发育。受复杂构造条件制约，在我国西南藏滇地区、东南沿海及台湾地区孕育有大量的水热活动，另外，在我国陆区东部的华北盆地、松辽盆地、江汉盆地、苏北盆地等中、新生代裂谷型沉积盆地中也赋存有大量的中低温热水资源（Wang Guiling，2019），开展这些不同构造区控热规律的研究对于分析区内地热的形成并指导未来地热勘探具有重要意义。陈墨香（1988）系统分析了华北盆地地壳浅部地温场分布，提出影响地壳浅部地温分布的主要因素包括基岩的起伏和构造形态、地下水的活动以及岩浆活动。汪集旸等（1993）利用新构造分析方法开展了福建漳州地热系统研究，分析了漳州地区新构造断裂的活动性、相关关系及与区内热水形成、分布的关系，建立了区内构造控热模式并成功指导了新塘、黄坑等地热异常区的勘探。廖志杰等（1999）系统分析了滇藏地热带255个高温地热系统，将其划分为三种构造成因类型:地壳浅层存在正在冷却的岩浆囊（云南腾冲地区）、陆-陆碰撞带（西藏南部）部分重熔产生的S型花岗岩以及构造活动活跃、高热流背景区（羌塘高原、川西高原和滇西大部分地区）的深循环。王贵玲等（2004）以鄂尔多斯为例，系统分析了大地热流、地温场特征与基底构造、活动断裂等的关系，提出了鄂尔多斯周缘地质构造控制着地热资源的形成，并预测呼包盆地、银川盆地有很好的地热勘探前景。Lin Wenjing et al.（2021a）系统分析了青海共和盆地的地温场分布、岩石放射性生热率特征、大地热流以及地壳热结构，提出青藏高原增厚地壳中的“低速层”为共和盆地干热岩资源的形成提供了最重要的壳内恒常热源，是影响区内地壳浅部温度场的主要因素。综合前人的相关研究成果，浅地表温度场异常除了受到区内地幔传导热、上地壳放射性生热的制约外，还主要受到壳内熔融体、潜山凸起、深大断裂等地质因素的影响。
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1.3 壳构热控理论的应用（水热型地热-干热型地热“同源共生”）
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按照不同类型地热系统的热储特征、热量赋存以及开发利用方式等，地热资源可划分为水热型地热资源、干热型地热资源以及浅层地热资源三大类。其中，水热型地热资源是赋存于高渗透孔隙或裂隙介质中以液态水或蒸气为主的地热资源，干热型地热资源是地下低孔隙度或渗透性的高温岩体（一般大于180℃）通过人工造储等手段进行热能开采的地热资源，浅层地热资源是指地表以下一定深度范围内（一般为恒温带至 200 m 埋深），主要通过地源热泵技术进行采集利用的地热资源。原则上，浅层地热资源与干热型地热资源属于无处不在的地热资源，其开发利用主要制约于技术经济性。就现阶段来看，由于技术和手段等限制，能被人类所揭露及开发利用的干热型地热资源主要是埋深较浅、温度较高、有经济开发价值的地下高温岩体。目前世界上进行干热型地热资源开发的相关案例大多与火山活动、岩浆余热等附加热源有关。我国除台湾、腾冲等部分地区存在有明确证据的火山活动或岩浆余热控制的高温地热系统外，已揭露的干热型地热系统多为特定水热型翼部的不透水高温岩层或含少量蒸汽的高温岩层，干热型地热系统与水热型地热系统同源共生的特征十分明显。以西藏羊八井ZK4002孔为例，孔深2006 m，在1850 m处测得温度为329.8℃，孔中揭露少量蒸汽（白嘉启等，2006），为典型的高温水热系统翼部所伴生的干热型地热系统。近年来，青海共和-贵德盆地也发现了潜力巨大的干热型地热资源，其深部是否存在附加热源尚在探讨中，但钻探揭露地下高温岩体的共和恰卜恰地区（李永革等，2021）、贵德扎仓沟地区地表水热活动均十分强烈（郞旭娟等，2016），具有明显的干热型地热系统与水热型地热系统伴生的特征。
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2 我国陆区壳幔尺度热量配分
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2.1 地表热流通量
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以0.1°×0.1°范围为单元可将中国陆区剖分为近1000个网格。每个网格内的温泉天然放热量相加后除以该网格对应的面积，即为该网格温泉放热通量，以此可近似表征地表的对流型地热背景。而大地热流是地球内热在地表的显示，可以近似表征地表的传导型地热背景。将对应网格内的温泉放热通量与该网格内的平均热流值叠加，即可得到该网格的地表综合热通量数据。与大地热流值相比，该热通量数据综合考虑了热对流与热传导在地表的显示，更能直观表明我国的地热背景。
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中国陆区地表综合热通量等值线如图2所示，分布格局表现为:东部高、中部低、西南部高、西北部低，总体与大地热流值特征相近。究其原因，温泉作为一种地表的地热显示，其存在位置、温度等特征在一定程度上也受区域大地热流背景的影响，二者具有一定的正相关性。
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同时，温泉的产生受到构造、岩浆活动、地层岩性和水文地质条件等因素的控制。温泉放热通量的叠加，使得与热流图相比，我国地表综合热通量等值线图的分带性更为明显，与我国地热资源的分布特征也更加契合。藏滇地热带、东南沿海地区-苏北盆地-郯庐断裂周边一线、汾渭地堑-二连盆地一线、共和周边、银额盆地等地区综合热通量值较高，均大于65 mW/m2; 长江中游山区、燕山地区、黑龙江省北部、新疆自治区大部分等地区相对较低，均小于55 mW/m2，但热通量值相对热流值有较大提升; 华北平原、松辽盆地、鄂尔多斯盆地及其他地区介于以上地区之间，由于这些区域温泉出露较少，基本不受影响。
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2.2 壳幔尺度热量配分
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2.2.1 陆区地壳生热作用及空间分布
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基于最新大地热流统计数据、CRUST1.0地壳分层模型与各区域不同圈层生热率统计数据，通过剥层法可获得中国陆区壳源热流-幔源热流分布数据（图3、4）。
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图2 中国陆区地表综合热流通量等值线图
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Fig.2 Total terrestrial heat flux contour map of China's Mainland
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中国陆区壳源热流的分布基本呈西高东低，南高北低的趋势。东部地壳减薄区壳源热流普遍低于40 mW/m2，其中华北陆块东部最低，小于25 mW/m2，应与该区域华北克拉通岩石圈减薄程度较大，地壳厚度最小有关。南岭地区、长白山中北部、台湾西部壳源热流相对较高，应为区域内存在高放射性花岗岩、壳内岩浆囊等热源所致。
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中西部克拉通型岩石圈地壳厚度中等，约35~50 km。壳源热流值变化相对较小，在30~55 mW/m2之间; 其中二连盆地、云贵高原、四川盆地等区域相对较高，鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地相对较低。
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青藏高原增厚地壳区壳源热流值最高，约55~75 mW/m2，是中国陆区壳源热流值最高的区域。该地区地壳厚度普遍大于50 km，巨厚的地壳产生的壳源热流值也组成了该地区大地热流值的主要部分。
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2.2.2 陆区地幔热量传导及空间分布
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中国陆区幔源热流分布的分带性规律较差，总体而言东部岩石圈减薄区较高，中部克拉通岩石圈区南低北高，新疆全域及西藏中西部较低。幔源热流是地幔向上传导的热通量，表征地幔深部的热源贡献。东部岩石圈减薄区地壳较薄，地幔热流贡献较大，热流范围约30~50 mW/m2。青藏高原地壳大部分区域厚度较大、中西部各盆地及长江中游热流值较小，幔源热流均相对最低，基本低于30 mW/m2。青藏高原中南部与东北缘壳源、幔源热流值均较高，与该区域地热显示较多、温度较高的现象相一致，表现出较好的地热背景条件。其他地区的幔源热流高值区也基本位于大地热流或热通量较高的区域，部分为幔源热上涌所致，部分可能是测量结果误差造成的异常值。
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2.3 不同构造分区壳幔结构及热量配分
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基于中国岩石圈三维结构研究成果（李廷栋等，2013）与最新版《中国大地构造图》（潘桂棠等，2016），可将我国陆区分为19个生热率计算分区，分区名称如表1所示。各分区内部具有一致的地壳结构和相似的地壳物质组成，可据此分析不同构造区块的壳幔热流特征。
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图3 中国陆区壳源热流等值线图
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Fig.3 The crust heat flow contour map of China's Mainland
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注:Qc/Qm平均值为一个区域内所有热流测点Qc/Qm的平均值，并非该区域内Qc平均值与Qm平均值这两个数据的比值。
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如图5所示，我国东部的松辽盆地、华北陆块东部、下扬子地块等平原区Qc/Qm基本小于0.8，为幔源热流为主的区域，可以划分为“幔源产热区”。青藏高原、西北地区、上扬子陆块等区域Qc/Qm比值基本都大于1.5，表现为明显的壳源产热，可以划分为“壳源产热区”。其他构造区域Qc/Qm范围为0.8~1.5，壳幔产热比例接近，可以划分为“壳幔热源平衡区”。按不同构造区所占的面积进行统计， Qc/Qm＞1的面积占80.1%、Qc/Qm＞1.2的面积占65.8%，除华北地区、东北地区、长江中下游地区及中部的一些盆地之外，地壳均为大地热流的最主要热源，主要由地壳放射性生热产生。
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3 制约地热系统的主要控热构造
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地热系统所处的地质构造背景是地球长期运动演化的结果，其制约了地热系统的温度、流体成分和储层特征，并决定了其具体类型（对流型还是传导型）。世界各地的地热田无一例外地受到构造的控制，它们通常与块断作用、地堑、断裂或火山机构有关。典型的构造环境主要分布在活跃的板块边缘，如俯冲带（太平洋沿岸等）、扩张脊（大西洋中部等）、裂谷带（东非等）和造山带（喜马拉雅山、地中海等）（Alam，2021）。除了这些构造活跃区，一些局部的构造或因素也对地热系统起着重要的控制作用。我国虽处在地中海-喜马拉雅地热带与环太平洋地热带两大构造活跃区的交接部位，但广大陆区为板内构造活动带，包括陆内高原（青藏高原）、陆内裂陷（华北克拉通内裂谷）、陆内造山（天山造山带）等活动构造类型（王霄飞等，2014），以发育中低温地热系统为主。因此，识别板内不同活动构造类型区地热系统的主要控热构造或因素，对于开展地热资源勘查、靶区选址等具有重要意义。
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3.1 断裂及控热作用
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我国大陆地壳以块断构造为主要特征，即整个中国大陆地壳由不同规模、不同级别的剪切断裂系统分割成大大小小的各种断裂块体（张文佑，1960），分割块体的断裂系统按其切穿各构造层的深度可分为:岩石圈断裂，切穿整个岩石圈，到达上地幔软流圈; 地壳断裂，切穿整个地壳，到达莫氏面; 基底断裂，切穿地壳上部整个“花岗岩质层”，到达康氏界面; 盖层断裂，切穿沉积盖层，到达变质基底顶面; 层间滑动断裂，深浅不一，深的多与巨型隆起和凹陷构造运动伴生，浅的多与褶皱相联系。某些断裂或其某些部位，常常是水（热的或冷的）与岩浆活动的有利通道，可能在一定范围、一定程度上影响地温状况，从而形成地热异常区。以纵贯我国整个东部地区北北东向延伸的郯庐大断裂为例，高温的壳下物质会源源不断地沿该深达上地幔的深大断裂带上涌，从而将深部热量直接带至地壳浅部或携出地表，形成了围绕郯庐大断裂的带状高地温异常的深部地质背景（陶士振等，2000）。更为普遍的情况是，地下水作为载热体，把深部热能沿断裂构造聚集到地表。大气降水渗入到地壳内部经深循环加温之后，在有利的地质构造条件下，如沿高角度的断裂带或陡倾斜的透水地层聚集上涌至浅部或出露于地表，从而在热水上涌主要通道附近形成局部热异常。
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图4 中国陆区幔源热流等值线图
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Fig.4 The mantle heat flow contour map of China's Mainland
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3.2 沉积基底起伏及控热作用
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沉积盆地基岩面的起伏形成基底隆起和凹陷格局，对区域地温场和地表热流的分布起着控制作用（陈墨香，1988）。沉积盆地深部一般无异常热源（如岩浆房），其内部坳中凸的结构造成了水平方向上热传导能力的差异，从而引起温度场发生变化。当其巨厚的沉积盖层下存在热导率相对较高的基岩时，源于正常的基底热流，会向热导率大的基岩凸起部位集中，使得基底隆起区的大地热流值大于凹陷区的大地热流值（熊亮萍等，1988），即沉积盖层下的高热传导层可以将基底热量快速地传递到浅层而形成异常高温（毛小平等，2018）。因此，具有良好隔热保温作用盖层的沉积盆地潜山凸起是沉积盆地地热异常区的重要控热构造。
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3.3 壳内低速体及控热作用
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实验岩石学、岩石地球物理学、地质学理论分析表明，部分熔融作用可能是造成壳内低速层的主要原因。壳内部分熔融是在地壳一定深度范围内，地热温度接近或达到岩石固相线时而引起局部熔融作用的产物，由部分熔融作用所形成的壳内低速层称壳内部分熔融低速层（杨晓松等，1998）。地壳中存在低速层是青藏高原地壳结构的一大特色，关于其成因尚无定论，目前的解释主要有壳内部分熔融（Hacker et al.，2014）、地壳韧性剪切带（Tapponnier，2001）、正在进行的变质作用（Shapiro et al.，2004）以及构造叠置（姜枚等，2009）等几种模型。不论何种成因，其部分熔融或者剪切生热均会造成低速层同时兼具相对高温层的属性。因此，地壳内合适深度处的低速层可能成为影响浅地表温度场、形成地热异常区的重要地质构造。
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图5 中国陆区不同构造分区壳幔热流比值及分区
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Fig.5 Heat flow ratio of crust-mantle in different tectonic units of China's Mainland
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4 壳构热控理论找热实践
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4.1 我国主要地热系统分布
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4.1.1 水热型地热系统
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地热系统是构成相对独立的热能储存、运移、转换的系统，水热型地热系统则是以水或蒸汽为主的地热系统。我国地处环太平洋地热带的西太平洋岛弧型板缘地热带以及地中海-喜马拉雅陆陆碰撞型板缘地热带的交汇部位，受构造活动控制，我国西南藏滇地区以及台湾地区孕育有大量的水热活动，这两个地区也是我国最主要的高温温泉密集带。大陆内部则以中低温水热系统为主，主要包括东南沿海闽琼粤地热带、川滇地热带、郯庐地热带等。另外，我国陆区分布有大面积的中、新生代沉积盆地，尤其东部地区的渤海湾盆地、松辽盆地、江汉盆地、苏北盆地等裂谷型盆地中赋存有大量的中低温热水资源。以上三种类型的地热系统构成了我国主要的水热型地热系统，也是我国最重要的地热开发潜力区。王贵玲等（2020）从系统论观点出发，系统分析了我国不同水热系统的运移条件、热源机制，归纳阐述了我国不同类型的水热型地热资源成因模式，将我国主要水热系统划分为沉积盆地古潜山型复合水热系统、沉积盆地深坳陷层控型水热系统、大陆裂谷型水热系统、陆陆碰撞板缘型水热系统、板缘俯冲带热控构造型水热系统、隆起山地深循环型水热系统以及近代火山型水热系统等七种类型，其主要分布见图6。
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4.1.2 干热岩型地热系统
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根据中国地质构造背景、可能的热源条件，可将中国潜在的干热岩资源靶区划分为高放射性产热型、沉积盆地型、近代火山型和强烈构造活动带型等四种成因类型（图6; 甘浩男等，2015）。其中，高放射性产热型干热岩资源主要分布于华南火成岩分布区; 沉积盆地型干热岩资源主要位于中国东部广大的中新生代沉积盆地，包括华北平原、松辽盆地等; 强烈构造活动带型干热岩资源主要位于青藏高原、台湾等板块边界现代活动造山带及强烈活动的地震带; 近代火山型则主要位于云南腾冲、吉林长白山等近代火山活动相对活跃的地区（蔺文静等，2021）。
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4.2 不同地区地热勘查实践
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现以渤海湾盆地、东南沿海、青藏高原等我国主要地热资源分布区论述壳构热控理论的勘查实践。
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图6 中国陆区温泉分布及地热系统分布示意图
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Fig.6 Distribution of hot springs in China's Mainland and classification scheme of geothermal systems
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4.2.1 渤海湾盆地地热勘查实践
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渤海湾盆地为一大型中新生代断陷盆地，地质历史时期，华北克拉通破坏所造成的岩石圈减薄、地壳变形、地震及岩浆活动，为本地区深部热能进入地层浅部形成地热资源创造了良好的条件（朱日祥等，2012）。盆地内发育多层叠置的热储系统，主要热储层是中生界砂岩孔隙型热储和古生界与中新元古界碳酸盐岩岩溶裂隙型热储，为典型的沉积盆地古潜山复合水热系统; 盆地基底凸凹相间配置的构造格局使得在基岩隆起区的浅部易形成高温和高地温梯度，成为影响浅地表温度场、形成地热异常区的重要地质构造。
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4.2.1.1 地壳热结构及壳幔热量配分
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渤海湾盆地整体区域背景热流值表现为高热流区与低热流区相间分布的特征（图7），大地热流的空间展布特征总体上反映了断裂构造及基底埋深的控制作用，与盆地内隆起坳陷分布格局相对应，其中高热流区多分布在隆起区，盆地北缘地区体现为低热流特征，局部区域甚至低于40 mW/m2。总体上说，华北盆地热流的水平方向变化特征与基底埋深呈负相关，基底浅的凸起区热流高，而基底埋深大的坳陷区热流相对低。利用“回剥法”分别计算了华北盆地冀中坳陷和沧县隆起的分层热流，建立了这两个地区的地壳热结构（图8）。计算结果表明，冀中坳陷和沧县隆起现今地壳热流分别为20 mW/m2和16 mW/m2，两地区地壳热流在地表热流中的占比相差不大，分别为29.5%和22.8%; 冀中坳陷和沧县隆起地幔热流分别为47.71 mW/m2和54.22 mW/m2; 两地区地壳/地幔热流比值分别为0.42和0.30，表明来自深部的地幔热流占主导地位，为“冷壳热幔”型热结构，表明渤海湾盆地深部活动性显著。与世界上典型的主动裂谷盆地，如东非大裂谷的“热壳冷幔”型热结构具有显著差别。沧县隆起相比冀中坳陷较高的地幔热流，表明沧县隆起深部活动性略大于冀中坳陷。
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4.2.1.2 古潜山凸起及控热作用
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以雄安新区为例，探讨沉积盆地古潜山凸起对区域温度场的控热作用。雄安新区位于中朝准地台（Ⅰ级）华北盆地（Ⅱ级）内的冀中凹陷（Ⅲ级）的北部，容城凸起、廊坊固安凹陷、牛驼镇凸起、霸县凹陷等IV级构造单元交汇处。区内主要断裂为牛东断裂和容城断裂。区内新生界随凸起和凹陷的分布呈披盖式沉积，第四系松散层和新近系砂岩、砾岩和泥岩近乎水平，古近系砂岩、砾岩和泥岩倾角平缓。下伏地层主要包括奥陶系、寒武系、蓟县系和长城系灰岩及太古宇变质岩。区内热储分为两种类型:孔隙热储层与基岩裂隙岩溶热储层。孔隙热储层主要为新近系明化镇组与馆陶组，其中明化镇组热储分布范围较广，馆陶组只分布在牛驼镇凸起边缘地带。基岩裂隙岩溶热储层是区内主要热储，包含热储层较多，牛驼镇凸起以蓟县系雾迷山组为主要热储层，容城凸起除此之外还包括长城系高于庄组热储层。研究区周边凹陷区巨厚的沉积层拥有较低的热导率，阻碍了热量的传导，而凸起区较高的热导率为热流的运移提供了有利条件，使得热量向凸起区聚集; 牛东断裂、容城断裂沟通深部热源，起到导热作用; 上覆低孔、低渗、低热导率的古近系、新近系及第四系松散沉积层相当于盖层，形成了雄安新区古潜山丰富的地热资源。
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图7 渤海湾盆地热流分布及沉积层厚度等值线
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Fig.7 Heat flow distribution and sediment layer thickness in the Bohai Bay basin
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图8 渤海湾盆地沧县隆起（a）与冀中坳陷（b）地壳热结构
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Fig.8 Crustal thermal structure of Cangxian uplift (a) and Jizhong depression (b) in the Bohai Bay basin
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以雄安新区古潜山地热地质条件为基础，结合现今地温场特征，建立研究区二维剖面模型，预测深部地温场分布，分析研究区深部热状态及古潜山凸起、断裂等对区域地温场的控制机制。水热运移是形成浅部地热资源的必要条件，本次研究以地质条件为基础，主要考虑深部热源聚敛机制和浅部热储天然密度差对流过程，建立了雄安新区古潜山热传导剖面模型（图9）。模型顶部为恒温边界，底部为恒定热通量边界，侧边界为开放边界。热量主要来自深部热源传导，牛东断裂、容城断裂起到沟通深部热源的作用。资料显示，研究区底部热流值为90 mW/m2，稳定且分布均匀; 顶部恒温带温度为14.8℃; 热量通过热传导方式由深部到达浅部，基岩热导率为3.2 W/（m·K），主要热储热导率为2.1~2.7 W/（m·K），上覆盖层热导率为1.4 W/（m·K）（王贵玲等，2017）。断裂具有较高的热导率，为4.5 W/（m·K）。主要热储孔隙度为20%，渗透率为1×10-15 m2; 盖层和基岩渗透率为1×10-18 m2。模型重点研究雄安新区古潜山基底热量向浅部运移过程以及天然状态下深部热传导、凸起、断裂的控热机制，未考虑人类活动的影响。模型初始温度场设为的14.8℃，整个模型通过底部热流逐渐增温; 初始压力通过静水压力平衡得到。
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图9 雄安新区古潜山分布及热储概念模型示意图
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Fig.9 Schematic diagram of the distribution of buried hills and the conceptual model of geothermal system in Xiongan New Area
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周瑞良等（1989）据华北油田、河北省第九水文队资料详细研究了雄安新区古潜山中浅部地温分布情况，并依据钻孔测温资料对重要剖面1000 m地温进行了预测，是本文模型识别的重要依据。容1、雄102、雄4和家3等钻孔在1000 m深处的地温分别为58℃、66℃、57℃和43℃（图10）。华北油田于霸县凹陷区6027 m发现201℃高温（赵贤正等，2011），同样对本次研究具有较大的参考意义。5个主要测温点既有水平方向分布，也有深度方向分布，能够对模型结果进行良好的校准。1000 m深度地温分布模型拟合效果见图11。
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由2 km深度地温分布可见凸起区的地温明显高于凹陷区地温，容城凸起和牛驼镇凸起地温最高可达83℃，而固安凹陷和霸县凹陷地温最低，其中固安凹陷最低地温为58℃（图11）。这是因为凹陷区内浅部沉积了巨厚的低热导率盖层，热量传导较少，地温较低; 而凸起区岩石热导率较高，来自于基底的传导热量多，地温较高。然而，对比5 km和 7 km深度的地温则发现，深部凸起区的地温比凹陷区低，这与浅部的规律相反。霸县凹陷深部地温最高为234℃（7 km深），均高于容城凸起和牛驼镇凸起地温。这是因为，地层热量主要来自深部，在热量总和一定的情况下，基岩与松散沉积物的热导率差异导致凸起区有利于热量向浅部传导，这样就导致凸起区上部的温度高于同深度坳陷区的温度，产生由凸起区流向坳陷区的水平热流; 而凸起区下部由于温度的快速向上传导，致使其温度低于同深度坳陷区的温度，从而产生由坳陷区流向凸起区的水平热流; 在某一深度在此之间存在一热流平衡线，其深度与上覆盖层厚度、基岩隆起高度以及盖层与基岩热导率的比值等有关（熊亮萍等，1982）。
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另外，断裂对地温场的分布影响是显而易见的，断裂热导率较高，断裂通道内热量传导更快，热量到达浅部更迅速，形成地温等值线凸起（图10）。图11显示5 km和7 km深度温度分布情况，图中可见断裂处温度明显高于周围地层温度。容城断裂5 km和7 km深度处最高温度分别可达170℃和225℃，高出周围地层10~20℃; 牛东断裂5 km深度可见明显高温异常，但在7 km处的温度与霸县凹陷地区地层温度接近，这是因为牛东断裂在7 km深度紧邻霸县凹陷区基底地层。
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4.2.1.3 小结
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沉积盆地传导型地热系统的主要热源为上地幔的热传导与地壳中放射性元素的衰变产热，其中基岩面的起伏和构造形态对浅部地温起着主导作用。以华北地区为例，在西太平洋板块俯冲驱动下，受华北克拉通岩石圈拆沉作用的影响，古近纪以来强烈断陷的渤海湾盆地具有华北克拉通最薄的岩石圈（60~80 km）和地壳厚度（厚度＜35 km）。岩石圈减薄、地幔热物质的上涌形成了局部的地热异常为区内地热资源的形成提供了高温热背景，而盆地基底基岩面的起伏所形成的隆起和凹陷格局，对区域地温场和地表热流的分布起着控制作用。由于基岩与上覆沉积盖层热导率的差异，当其巨厚的沉积盖层下存在热导率相对较高的基岩时，源于深部的基底热流会向热导率大的基岩凸起部位集中，使得基岩隆起区的大地热流值大于凹陷区的大地热流值，从而在基岩隆起部位形成高温异常，基岩隆起区发育的裂隙系统便构成了基岩热储的储集空间和渗流通道，加之上覆沉积盖层中的孔隙型热储，便形成了渤海湾盆地特有的古潜山复合型水热系统。雄安新区深部地温场的模拟结果显示，盆地基底凸凹相间配置的构造格局使得基岩隆起区的浅部易形成高温和高地温梯度，是影响沉积盆地水热系统的最重要控热构造。
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图10 雄安新区现今地温场分布模拟结果
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Fig.10 Simulation results of present-day geothermal field in Xiongan New Area
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图11 雄安新区不同深度温度分布模拟结果（a）及1 km深模拟温度与测井温度拟合图（b）
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Fig.11 Simulation results of temperature at different depths in Xiongan New Area (a) and the fitting of simulated temperature and logging temperature at 1 km depth (b)
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4.2.2 东南沿海地热勘查实践
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东南沿海是是我国最主要的花岗岩分布区（王德滋等，2003），赵平等（1995）系统地分析了区内不同时代不同岩性的生热率特征，揭示了华南花岗岩体具有异常高的生热率背景。汪集旸等（1993）利用新构造分析方法分析了东南沿海新构造断裂的活动性、相关关系及与区内热水形成、分布的关系，建立了区内构造控热模式。另外，在晚中生代时期发育有众多的沉积盆地，沉积盆地类型多样（姚伯初等，2011）。综上，不同时期形成的不同类型的花岗岩、大面积沉积盆地的存在以及发育的构造断裂系统，为东南沿海深部热量的积聚创造了良好地质背景。
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4.2.2.1 地壳热结构及壳幔热量配分
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近年来中国地质调查局在东南沿海地区开展了系统的地热资源勘查工作（蔺文静等，2021b），先后在福建漳州、广东惠州施工了多个深钻孔，获得了深孔稳态或近似稳态地温测量以及系统的垂向生热率测试等资料。其中，福建漳州HDR-1孔深度为4000 m，钻遇岩性以花岗闪长岩、二长花岗岩等为主，停钻144 h后于3997 m处测得井温109.58℃; 广东惠州HR1孔深度为3009.17 m，钻遇地层从浅至深依次为第四系（0~20 m）、寒武系（21~466 m）、震旦系（467~1565 m）和侏罗纪岩体（1566~3009.17 m），停钻72 h后2900 m测得热水温度为127.7℃。根据所获取的稳态或近似稳态测温数据以及地层热导率等相关资料，计算得HDR-1、HR1钻孔所揭露的大地热流分别为62.5 mW/m2、106.8 mW/m2，在此基础上，利用“回剥”法开展分层热流值的计算，分别建立了福建漳州、广东惠州地区地壳热结构模型如图12所示。其中，福建清泉林场放射性元素衰变产生的热能和为28.94 mW/m2，即地壳热流为28.94 mW/m2，地幔热流为33.6 mW/m2，区内壳、幔热流比为1∶1.16，属于“热幔冷壳”型岩石圈热结构; 广东惠州黄砂洞地区放射性元素衰变产生的热能和约为38.99 mW/m2，即地壳热流约为38.99 mW/m2，地幔热流约为31.01 mW/m2，区内壳、幔热流比为1∶0.8，属于近似“热壳冷幔”型或“温壳温幔”型岩石圈热结构，其地表地热通量中对流分量、地壳放射性生热热量及地幔传导热量的比值为1∶1.06∶0.84。由计算结果可知，广东惠州黄砂洞地区3~13 km深度岩石的放射性生热贡献占到地壳热流的58%，而福建漳州地区同深度范围内放射性生热贡献占比不到地壳热流一半，这可能是造成两个地区不同热结构特征的主要原因。
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图12 福建漳州清泉林场（a）和广东惠州黄砂洞地区生热率模型和地壳热结构（b）
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Fig.12 Heat generation rate models and thermal structure characteristics in Zhangzhou, Fujian (a) and Huizhou, Guangdong (b)
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4.2.2.2 热控构造聚热作用
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4.2.2.2 .1 东南沿海水热系统分布受到断裂系统严格控制
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从岩石圈尺度而言，东南沿海水热系统主要分布在华夏地块区域性NE向断裂发育地区，而NE向断裂是中生代以来太平洋构造域板块俯冲碰撞的复杂构造体制演化的结果，尤其是白垩纪以来华夏地块经历了显著的伸展变形，形成广泛分布的伸展盆地和穹窿构造，同时形成了大规模的岩浆活动，构成巨大的“伸展盆地-岩浆省”（Zhou Xinmin et al.，2006; Li Jianhua et al.，2014）。现今水热系统在华夏地块NE向断裂区域的富集，说明经过中生代强烈构造-岩浆活动改造后的断裂构造系统，对现今的水热系统分布具有控热作用。现今华夏地块地质活动仍较为活跃，表现在福建、广东、台湾等省份的地震分布范围与温泉存在一致性（姚足金等，1990）。东南沿海水热系统周围的莲花山-政和-大埔断裂带、河源断裂带、紫金-博罗断裂带NE向断裂，即是东南沿海主要的发震断裂之一。
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从地壳尺度而言，东南沿海地区的水热系统是壳幔生热、构造控热等作用的浅部响应。由于具有区域性深断裂的存在，深部热能可以通过深断裂更直接传递至浅部，因此会形成地温等值线的上扬，深断裂与浅部张性断裂交汇周围往往具有温泉出露，由图13可见，地表出露的温泉表现出了高度的有序性，另外，东南沿海温泉形成的环型区在形态与空间位置上也与区域构造应力场分布高度一致（姚足金等，1990）。
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结晶岩地区的地块破碎是形成温泉必不可少的前提（姚足金等，1990）。活动断裂是深部地下热水运移、富集、上涌的通道，绝大多数天然温泉都在断层破碎带或不同方向的活动断裂交叉复合部位，说明活动断裂很大程度上控制着温泉的分布。华夏地块主要表现为强烈的继承性断裂活动，并引起断块差异升降。新近纪以来，华南地区地壳运动相当频繁、强烈、显著，老断裂的复活、断块差异性运动等，都深深地切割了多期的地层，使该区具备了形成热源、控热构造和储热空间等地质条件及水热对流要素。
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4.2.2.2 .2 构造对热流提升贡献分析
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以广东惠州黄沙洞地热田为例，进行构造对热流提升贡献分析。根据HR1孔实施情况，该孔成孔后利用水泵短时间抽水后即发生持续自喷，井口最高稳定温度118℃，最大流量137 m3/h。因此，根据测温数据及岩芯热物性参数计算所得的热流值为热流通量，包含了地下热水流动所传递的对流热流分量，即区内断裂构造的对流传热贡献。考虑用热交换量计算参考温泉计算公式（Luijendijk et al.，2020）:
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图13 福建漳州地区断裂带特征与温泉分布（修改自Gao Haonan et al.，2017）
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Fig.13 Fracture zone characteristics and hot spring distribution in Zhangzhou, Fujian Province (modified after Gao Haonan et al., 2017)
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式中，H为水的热增加或热损失（W），ρf为水的密度（kg/m3），cf为水的比热容（J/（kg·K）），（T2-T1）为循环路径前后的地下水温度差值（K），Q为温泉地下水排泄量（m3/s）。Hv为黏性耗散引起的热损失，该参数对高山地区冷泉的影响较为显著，考虑到HR1井条件，本文不考虑Hv影响。
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计算结果表明HR1井热交换量达到了3.07×108 W，按单井影响范围100 km2，则热流值达到了3070 mW/m2，远高于钻孔所在地区大地热流值，分析其原因可能为地热井的流量远高于常规温泉水流量所致（Luijendijk et al.，2020）; 如果对比温泉流量等比放大单井影响范围为104 km2，则获得热流值为30.7 mW/m2，与Lin Wenjing et al.（2022）通过HR1大地热流值减去区域热流背景值得到的结果相近（36.8 mW/m2）。Tian Jiao et al.（2021）利用水化学及气体同位素数据对东南沿海典型地热田构造控热条件进行了分析，认为惠州地区地下热水的He同位素比值以壳源为主，但也有一定的幔源成因，也证实了区内构造沟通了深部热源，为区内异常地热背景的控热因素。
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4.2.2.3 小结
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东南沿海分布有大量的晚中生代火山-侵入杂岩，是濒太平洋地区构造-岩浆带的重要组成部分。晚中生代以来太平洋板块俯冲以及菲律宾板块的碰撞控制了整个亚洲大陆东部的古新世以至第四纪岩浆-火山活动，这直接引发了关于东南沿海地区是否具有类似台湾高温地热系统的讨论。滕吉文等（2017）认为东南沿海壳幔结构特异，上地壳11~16 km深存在低速层，特别是漳州盆地在低速层中局部地带呈现出透镜状低速体，故推断地下有高温热储的存在。廖志杰（2012）则认为东南沿海出现的大规模水热活动异常是由于区内断裂网格发育，使丰沛的大气水渗入地下深处，吸收岩石中的热量，由于水头压力差和密度差，地下水沿断裂排出地表或储存于地表附近，构成大量深循环水热对流系统，它们主要是低温和中温的温水储，当循环深度大时也可以形成高温的热水系统。广东惠州黄沙洞地热田的热源机制分析表明，中新生代以来太平洋构造域对区内的俯冲作用使得岩石圈伸展减薄，软流圈上涌提供幔源来热，且广泛分布花岗岩类岩石具有高放射性生热，成为区域地温异常场的另一重要热源（Lin Wenjing et al.，2022）; NE向区域性断裂带对区域火山喷发带、侵入岩等有显著控制作用，是形成区域热异常的重要壳构热控背景，新生代以来由于板缘挤压形成的壳内NW向张扭性断裂，为地表水的下渗、运移加热创造了良好的条件，成为了控制地区性温泉出露的主要构造，深部的地下热水沿其上升至地表而形成一系列板缘俯冲带热控构造型水热系统，即在板缘俯冲带酸性岩体广布的地质背景下，断裂系统是东南沿海水热系统的控热构造。
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4.2.3 青藏高原地热勘查实践
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65~45 Ma以来，印度板块与欧亚板块的长期挤压，造成了青藏高原的整体隆升（Tapponnier et al.，1990; 许志琴等，2011; Ding Lin et al.，2022）。在两个大陆板块的碰撞、挤压过渡带——喜马拉雅造山带，地壳与地幔物质受到强烈挤压，地壳的短缩增厚，不仅造就了下地壳深融型岩浆源区和中部的局部低速熔融层，而且在上地壳的一定深度内，还存在浅成侵位的岩浆囊和不同深度的局部带状熔融体，构成了青藏高原及其周缘地区所特有的壳幔热结构及构造热演化机制，亦是区内典型的水热系统的热源所在。现以青藏高原东北缘共和盆地为例，探讨壳内低速层对浅地表温度场的控热作用。
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共和盆地位于青藏高原东北缘，是新近纪初形成的断陷盆地。新生代以来受喜马拉雅造山运动的影响，共和盆地新构造运动活动强烈，表现在盆地周边及盆地内老断裂的复活，深部的水热活动进一步加强，造就了共和盆地具备地热资源形成的区域地质构造背景。近年来，在恰卜恰河谷及贵德三河平原先后施工了多眼深层热水勘探孔，在深部揭露了高地温梯度异常，其中位于恰卜恰河谷DR3井孔深2927.26 m，孔底温度181.17℃，地温梯度高达6.0℃/100 m，而位于贵德三河平原区R3井井深2701.2 m，实测的孔底温度仅为103.7℃，全孔平均地温梯度仅3.6℃/100 m，显著低于恰卜恰河谷，反应了恰卜恰河谷具有异常的高温热背景。据青海共和-玉树公路沿线天然地震观测剖面显示，在恰卜恰河谷埋深22~41 km深度范围内存在一低速层，严维德（2015）、张森琦等（2020）、Lin Wenjing et al.（2021a）等均认为该低速层是具高温性质的壳内部分熔融层构成了共和盆地浅地表高地温异常的区域热源，但尚未形成共识（李林果等，2017）。
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4.2.3.1 地壳热结构及壳幔热量配分
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基于共和盆地恰卜恰河谷的DR3孔、贵德三河平原R3孔的实测温度数据和基底段岩石热导率测试值，Lin Wenjing et al.（2021a）进行了共和盆地大地热流值计算及地壳热结构分析，计算所得的共和盆地恰卜恰河谷及贵德三河平原大地热流值分别为106.2 mW/m2、77.6 mW/m2，均高于中国大陆地区大地热流平均值61.5±13.9 mW/m2（姜光政等，2016）与全球大地热流平均值64.7 mW/m2（Davies，2013），依据所计算的地表大地热流，结合两口钻孔基岩段岩石放射性生热率，利用“回剥”法开展分层热流值的计算。共和盆地莫霍面深度50~60 km，根据地震波速剖面，恰卜恰河谷地与贵德三河平原区莫霍面深度分别取55 km、52.1 km。所得的生热率模型如图14所示。其中，恰卜恰河谷放射性元素衰变产生的热能和为80.4 mW/m2，即地壳热流为80.4 mW/m2，地幔热流为25.8 mW/m2，区内壳、幔热流比为3.12∶1。贵德三河平原区放射性元素衰变产生的热能和约为50.3 mW/m2，即地壳热流约为50.3 mW/m2，地幔热流约为27.3 mW/m2，区内壳、幔热流比为1.84∶1。沈显杰等（1990）提出青藏高原北缘的地壳热结构以古老稳定地块的微小地幔热流分量为特征，邱楠生（1998）获得了中国大陆西部塔里木盆地（莫霍面深度50~58 km）与柴达木盆地（莫霍面深度50~58 km）的地幔热流，分别为20 mW/m2、25 mW/m2，并提出中国大陆地区地幔热流由西至东逐渐升高，本文所获取的共和盆地地幔热流与该结论相一致。
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4.2.3.2 青藏高原壳内聚热作用
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（1）增厚地壳中的“低速层”为地热资源的形成提供了最重要的壳内恒常热源。青藏高原地壳中存在的低速层是地壳结构的一大特色（姜枚等，2009），关于其成因尚无定论。Tapponnier et al.（2001）认为青藏高原为全脆性地壳流变结构，在连贯的岩石圈块之间存在随时间变化的局部韧性剪切带。Shapiro et al.（2004）利用地震各向异性认为青藏高原存在一层下地壳流。Hacker et al.（2014）根据矿物物理特性和岩石学约束条件计算了羌塘地区地壳内的波速，然后将这些计算结果与地壳剪切波速和径向各向异性的模型进行比较，认为西藏中部中下地壳存在近水平和缓倾的含云母质熔融体。Wang Qiang et al.（2016）对青藏高原中北部羌塘、松潘-甘孜和昆仑地区新生代火山岩和包体开展了深入研究，为区内地壳中低速-高导层是地壳熔体的源区提供了新的岩石学证据。不论何种成因，其部分熔融或者剪切生热均会造成低速层同时兼居相对高温层的属性，青藏高原大地热流密度值异常区与地壳低速层具有较好的对应关系（李振清等，2005），也在一定程度上证实了低速层的高温层属性，因此，地壳内合适深度处的低速层可能成为板内环境、高热流区地热资源的壳内恒常热源。严维德（2015）、张森琦等（2020）、Lin Wenjing et al.（2021a）分析了青藏高原东北缘共和盆地埋深22~41 km深度范围内低速层，均认为该低速层是具高温性质的壳内部分熔融层，可能构成了共和盆地干热岩资源的区域热源。基于天然地震观测波速剖面构建了共和盆地地壳热结构，结果显示，该低速层的生热贡献约为38.5 mW/m2，占到了地表总热流106.2 mW/m2的36%，是共和盆地最重要的壳内恒常热源。
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（2）增厚地壳中放射性元素重分布的热量富集是壳内热量的重要补充。在地壳岩石中含有多种放射性元素，该类放射性元素衰变释放出的热能是地球内热的主要热源之一。U、Th、K等放射性元素因具有丰度高、生热量大以及半衰期长等条件而成为了地壳内最主要的放射性生热元素。地热学研究的结果显示，地球上放射性热源浓度随深度指数衰减，放射性元素主要集中在地表一定深度范围内，即地壳放射性元素集中层的厚度，全球平均为10 km。青藏高原由于印度/亚洲板块碰撞导致的地壳增厚，使得U、Th、K等放射性元素浓度在挤压增厚的地壳内，通过放射性生热层的增厚而相对富集，最终使壳内放射性自热效应增强（沈显杰等，1990），从而为壳内热量富集提供了重要的来源。共和盆地相关勘探孔的放射性生热率测试结果显示，其基底花岗岩体的生热率平均值为3.10 μW/m3，远低于华南沿海地区花岗岩的平均生热率4.2 μW/m3，但在没有壳内“低速高导层”供热的情况下，其壳内产热贡献则高于华南沿海地区。以贵德R3井与广东惠州HR1井为例，R3井地壳厚度约52.1 km，其壳源产热贡献为50.3 mW/m2，而HR1井地壳厚度约30 km，其壳源产热贡献为39.2 mW/m2，地壳增厚从而引起放射性生热层增厚的自热效应明显。
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图14 共和盆地恰卜恰河谷（a）与贵德三河平原地壳热结构（b）
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Fig.14 Volumetric heat production and crustal thermal structure in Qiaboqia river valley (a) and Three Rivers plain in Guide area (b) , Gonghe basin
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（3）地壳增厚引起的岩石圈上地幔下弯形成了偏小的地幔热流分量。地壳增厚的另一效应是下地壳和岩石圈上地幔下弯，打破了原先存在于岩石圈-软流圈边界上的热平衡（Houseman et al.，1981），在构造活跃区可能会引发软流圈的局部对流，从而增强地幔热流分量，而在构造稳定区则会形成偏小的地幔热流分量（邱楠生等，2019）。前人研究成果表明，我国东部裂陷盆地来自深部的地幔热流很大，以辽河盆地和华北盆地为例，其地幔热流分别为40.2 mW/m2和38 mW/m2，分别占到盆地地表热流的61%和65%，而地处西部构造稳定区柴达木盆地和塔里木盆地，其地幔热流仅为25.4 mW/m2和20 mW/m2，仅占到盆地地表热流的47.9%和45.5%（邱楠生，1998）。共和盆地地壳热结构分析结果显示，恰卜恰河谷地与贵德三河平原区地幔热流为25.8 mW/m2与27.3 mW/m2，低于全球地幔热流的平均值28 mW/m2（Turcotte et al.，1982），仅占所在区域地表热流的24.3%和35.2%，除了受壳内低速高导层影响外，地壳增厚引起的地幔热流分量减少也是重要的原因之一。
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4.2.3.3 小结
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青藏高原地壳中的“低速层”为共和盆地地热资源的形成提供了最重要的壳内恒常热源，同时增厚地壳对于近地表热量的聚集存在正负两方面的效应，一是地壳增厚造成了放射性生热层的重分布，弥补了深部花岗岩放射性生热率低的不足，成为共和盆地壳内热量的重要补充; 二是地壳增厚导致了偏小的地幔热流。受此热源机制制约，共和盆地恰卜恰河谷大地热流值表现为106.2 mW/m2，显著的高于贵德三河平原区的大地热流77.6 mW/m2，表现出明显的异常加热型地壳热结构。未来同类地区的地热勘查靶区选址应重点考虑壳内“低速层”等恒定热源对浅部温度场的影响及供热意义。
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5 结论
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（1）壳构热控理论以勘查区找热为出发点，以控热作用内生因素（壳幔生热）和外生因素（构造聚热）为切入点，通过研究影响壳幔生热、壳内传热、勘查靶区聚热这一地球物理过程，确定不同构造背景下主要控热构造及找热预测标志，破解信息不对称下找热预测难题，最大限度地降低地热勘探的不确定性，可为我国地热靶区选址及勘查提供了系统的方法体系。
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（2）我国西厚东薄、西南厚东北薄地壳分布格局导致的地幔传导热空间差异是制约地热系统热源机制的主控因素。以Qc/Qm＜0.8，0.8~1.2，＞1.2为界，可将我国陆区划分为“幔源产热区”、“壳幔热流平衡区”、“壳源产热区”。除华北、东北、长江中下游及中部的一些盆地之外，我国大部分地区以壳源产热（Qc/Qm＞1.2）为主，占陆区面积的65.8%，其中，Qc/Qm＞1的面积占到80.1%，沉积基底至中地壳则为地壳的主要的产热区域，贡献了约大地热流值的50%。
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（3）我国陆区以板内构造活动为主，不同板内构造活动类型区制约地热系统的控热构造或因素各有不同:我国东部分布有大面积的中、新生代沉积盆地，盆地基底凸凹相间的构造格局使得基岩隆起区的浅部易形成高温异常区和高地温梯度，是影响这些热水盆地水热系统的最重要因素; 东南沿海受板缘俯冲带影响，岩石圈伸展减薄，形成了以幔源供热为主的地热地质背景，而区内大面积分布的高放射性花岗岩及反应深部构造活化的深大断裂则构成了影响地表浅部温度场的重要控热构造或因素; 青藏高原增厚地壳中的“低速层”则区内高温地热资源的形成提供了最重要的壳内恒常热源。
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（4）作为可再生能源的重要组成部分，地热资源对于未来我国实现节能减排及双碳战略目标具有重要的意义。笔者基于有限的知识积累，梳理了近些年我国地热源的勘查实践，提出以壳构热控理论理解我国的地热资源分布格局，抛砖引玉，以期进一步推动我国地热基础理论研究。
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参考文献
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摘要
深部热能聚敛及富集过程研究是地热资源探测评价的重要基础。地热壳构热控理论是以地球动力学理论为基础,以构造控热作用研究为主线,通过大地构造学、构造地质学、地热地质学等学科理论和方法,研究深部热能聚敛过程及热异常分布规律,分析各种构造要素间的相互作用及控热机制,探讨地热资源靶区预测方法,从而指导地热勘查的科学。本文系统论述了地热壳构热控理论的内涵与外延,提出了我国不同类型地热资源“同源共生-壳幔生热-构造聚热”的客观自然规律,分析了我国陆区壳幔尺度热流配分格局与不同地质背景条件下影响浅地表温度场的主要控热构造,并以渤海湾盆地、青藏高原、东南沿海等我国主要地热系统为研究对象,以壳构热控理论为指导,以勘查区找热为出发点,以控热作用内生因素(壳幔生热)和外生因素(构造聚热)为切入点,通过研究影响壳幔生热、壳内传热、勘查靶区聚热这一地球物理过程,确定了不同构造背景下地热系统的主要控热构造。从传统的经验式找热到建立构造控热预测标志,再到水热型地热资源-干热型地热资源共生富集认知,理论认识的创新发展,将引领和支撑我国地热资源不断实现高效勘探和开发利用。
Abstract
The study of deep thermal energy convergence and enrichment processes is an important basis for geothermal resource exploration and evaluation. Geothermal Crust-Tectonic Thermal Control Theory is based on geodynamics theory, with the study of tectonic thermal control as the main line, through the theory and method of geotectonics, tectonic geology, geothermal geology and other disciplines, to study the process of deep thermal energy convergence and the distribution pattern of regional thermal anomalies, analyze the interaction between various tectonic elements and thermal control mechanism, explore the prediction method of geothermal resource target area, so as to guide the science of geothermal exploration. This paper systematically discusses the connotation and extension of Geothermal Crust-Tectonic Thermal Control Theory, proposes the objective natural law of “crustal-mantle thermal generation-tectonic thermal control-homogenous symbiosis” for geothermal resources in China, analyzes the pattern of crustal-mantle scale heat flow distribution in China's land area and the main thermal control structures affecting the shallow surface temperature field under different geological background conditions. The main geothermal systems in China, such as the North China basin, Qinghai-Tibet Plateau and southeast coast, were studied, and the main heat-controlling structures of geothermal systems in different tectonic backgrounds were identified by studying the geophysical processes affecting heat generation in the crust and mantle, heat transfer in the crust and heat gathering in the exploration target area, with the crustal structure heat-control theory as the guiding point and the heat search in the exploration area as the starting point, and the endogenous factor (crust-mantle heat generation) and exogenous factor (tectonic heat gathering) causes of heat-controlling effects as the entry point. From the traditional empirical heat search to the establishment of tectonic heat control prediction signs, and then to the cognition of conventional geothermal-unconventional geothermal coexistence and enrichment, the innovative development of theoretical understanding will lead and support the continuous realization of efficient exploration and exploitation of geothermal resources in China.
