у температура залишається практично постійною і в кожному районі в середньому на 3,7 С вище середньорічної температури повітря. Багатовікові кліматичні зміни позначаються на варіаціях температур порівняно великих глибин. Наприклад, похолодання і потепління в четвертинному періоді впливали на тепловий режим Землі до глибин 3 - 4 км.
Таким чином, якщо не враховувати багатовікових кліматичних змін, то можна вважати, що нижче зони постійних температур (на глибинах понад 40 м) впливом циклічності сонячної активності можна знехтувати, а температурний режим порід визначається глибинним потоком тепла і особливостями термічних властивостей порід.
Глава 2. Тепловий потік
Тепловий потік визначається законом Фур'є як:
Ф=
Де, Q -кількість теплати, t - час.
Кількість теплоти можна вичесліть за формулою:
=-?
Де,?- Коефіцієнт теплопровідності гірських порід, T - температура, h - глибина.
- геотермічний градієнт - наростання температури на еденицу глибини. У поверхні Землі на глибині 100 км, він дорівнює 15 С/км. На глибині 400 км - 5 С/км. Середній градієнт температур у верхній мантії 1 С/км.
На континентах температурні градієнти визначалися шляхом вимірювання температури і коефіцієнта теплопровідності порід на різних глибинах у свердловинах. Зазвичай для цього застосовується максимальні термометри, які знаходяться нерідко у воді, але часто нерухомому повітрі. По можливості вимірювання проводиться протягом декількох годин за допомогою декількох термометрів одночасно. Перед вимірами необхідно почекати деякий час, щоб в свердловині або шахті встановилося теплова рівновага. Цей час має бути в кілька разів більше часу, витраченого на буріння свердловини. Потім значення получениє протягом декількох періодів вимірювань осредняются.
Теплопровідність зразків гірських породіз свердловини вимірюється або в лабораторії, або ж непостредственно на місці.
Регіональний тепловий потік в земній корі.
Нижче нейтрального шару температура порід підвищується в середньому на 3 С при зануренні на кожні 100 м. Це пояснюється наявністю регіонального теплового потоку від джерел внутрішнього тепла Землі, що піднімається до поверхні. Його величину прийнято характеризувати щільністю теплового потоку (або просто тепловим потоком). Середнє значення теплового потоку як на суші, так і в океанах однаково становить 0,06 Вт/м2, відхиляючись від нього не більше ніж в 5 - 7 разів. Сталість середніх теплових потоків суші і океанів при різкій зміні потужностей і будови земної кори свідчить про різницю у тепловому будову верхньої мантії. Тому аномалії теплових потоків, тобто відхилення від встановлених середніх потоків, несуть інформацію про будову і земної кори, і верхньої мантії.
Встановлено, що основне джерело тепла на континентах - енергія радіоактивного розпаду. Це пояснюється більшою концентрацією радіоактивних елементів в земній корі, ніж у мантії. В океанах, де потужність земної кори мала, основним джерелом тепла є процеси в мантії на глибинах до 700 - 1000 км. Радиогенное тепло є основним серед інших видів теплової енергії надр. За час існування Землі воно більш ніж в 2 рази перевищило втрати за рахунок теплопровідності.
Тепловий потік визначається не тільки природою і потужністю джерел тепла, але і його перенесенням через гірські породи. Тепло передається за допомогою молекулярної теплопровідності гірських порід, конвекції і випромінювання. На великих глибинах (понад 10 км) передача тепла здійснюється в основному за рахунок випромінювання нагрітої речовини надр і конвекції, обумовленої рухом блоків земної кори, розплавлених лав, гидротерм. На менших глибинах перенесення тепла пов'язаний з молекулярною теплопровідністю і конвекцією підземними водами.
У теорії терморазведкі отримана наступна формула для розрахунку вертикального теплового потоку:
qz=-? T +? ? c? ? z? T
Тут Г- температурний градієнт або зміна температур Т2 і Т1 на глибинах z2 і z1 (вісь Z спрямована вниз по нормалі до поверхні); ? T - коефіцієнт тепло-проводности; -щільність; з теплоємність; vz - вертикальна швидкість конвекції (або швидкість фільтрації підземних вод, якщо вважати, що конвекція здійснюється в основному за рахунок підземних вод); Т-температура на глибині z=(z1 + z2)/2 (див. П. 4.1). Якщо конвекція вод йде вгору, що спостерігається в слабопроницаемих шарах на глибинах понад 100 м, то теплопровідний і конвективний теплові потоки складаються (-vz), при фільтрації вниз - віднімаються (vz). У скельних породах, а також в умовах ...
