Chuong II dia nhiet trong địa chất thủy văn

CHƯƠNG II

CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA VỎ
TRÁI ĐẤT – CÁC ĐỚI
ĐỊA NHIỆT VÀ ĐẶC
ĐIỂM CỦA CHÚNG


I. Khái niệm chung về chế độ nhiệt





Nguồn năng lượng nhiệt vỏ trái đất: Nội sinh & ngoại sinh
Ngoại sinh: Mặt trời – cường độ phát xạ MT là lượng nhiệt nhận
từ mặt trời trên 1 cm2 đen hoàn toàn và vuông góc với tia sáng/1
phút. (8,4J/cm2.phút hằng số mặt trời = 4.4*106J/cm2.năm) trên bề
mặt; 33% bò khí quyển phản xạ vào không gian (0.36*106); chỉ
0,74*106 tập trung vào khí quyển, trong đó 0.25*106 bò khí quyển
hấp thụ; 0.18*106 bò mặt đất phản xạ. Còn 0.32*106 tạo nên tổng
lượng phát xạ, tán xạ gây bốc hơi và trao đổi nhiệt với các lớp
trên của vỏ trái đất
Nội sinh: Phân hủy phóng xạ, tỏa nhiệt do ma sát khi thủy triều,
chuyển pha trong các phản ứng hóa học.


Nguồn năng lượng nhiệt bên trong (nội sinh)













Nhiệt được giải phóng :
 Do phân huỷ các nguyên tố phóng xạ uran, thori, ri
Ma sát do thuỷ triều, sự chuyển pha trong các phản ứng hoá
học…
Theo P.N. Kropốtkin (1948) và E.A Linbimôva (1968), năng
lượng nhiệt trong Trái Đất
(tính bằng 1031 jun).
Năng lượng nguồn gốc phóng xạ
1,6 - 2,8
Năng lượng nguồn gốc trọng lực
9 - 9,5
Năng lượng thành tạo quả đất
3,0
Năng lượng trọng lực thế
2,5
NL đàn hồi của hành tinh bò nén
2,0
NL phân phân dò trọng lực
1,5 – 2,0
Năng lượng xoay
2,36

I. Khái niệm chung về chế độ nhiệt
Tại bề mặt của khí quyển
C1 = ¼ C

Tập trung vào khí quyển
67%

33%

33%
Phản xạ

24%

Hấp thụ bởi
khí quyển

42%
Phản xạ từ mặt đất

Tạo ra tổng lượng phát xạ
(tạo nước bốc hơi, trao đổi
nhiệt với các lớp trên cùng
của VQĐ


Các dạng truyền nhiệt và tính chất nhiệt của đất đá







Sự đốt nóng không đồng đều các lớp và các phần riêng biệt
gây nên sự trao đổi nhiệt. Sự trao đổi nhiệt xảy ra do truền
nhiệt 1 chiều, truyền nhiệt đối lưu và truyền nhiệt bức xạ.
Độ dẫn nhiệt của đất đá quyết đònh sự truyền nhiệt một
chiều;
Đối lưu có hai loại: đối lưu tự do; đối lưu cưỡng bức.
Bức xạ chỉ xảy ra khi nhiết độ rất cao và độ sâu lớn.
Các tính chất nhiệt của đất đá: Độ dẫn nhiệt; hệ số dẫn
nhiệt; nhiệt dung.


Các đới nhiệt độ và đặc điểm của chúng










Dựa vào đặc điểm chế độ nhiệt chia ra 3 đới: ngoài, nhiệt độ
không đổi và đới trong

Đới ngoài – nguồn chính là mặt trời. Phụ thuộc vào tọa độ đòa
lý, đòa hình đòa phương và sự quay quanh mặt trời (mùa), cấu tạo
ĐC và ĐKĐCTV.
Phụ đới nhiệt độ thay đổi theo ngày đêm, mùa, hàng năm;
Dao động nhiệt giảm theo chiều sâu, lớn nhất trong thổ nhữơng;
Trên mặt đất, dao động ngày đêm (2m); biển và đại dương (2030m)
Dao động mùa trên mặt đất (8 – 10m)
Dao động năm : 15 – 30m
Ở Đại dương – 350m



Quy luật dao động nhiệt
1.
2.
3.
4.
5.

Chu kỳ dao động ngày đêm & hàng năm không đổi theo chiều
sâu
Khi chiều sâu tăng theo cấp số cộng thì biên độ dao động
nhiệt giảm theo cấp số nhân
Biên độ giao động nhiệt có ∆t giảm theo chiều sâu theo quy
luật hàm mũ;
Cường độ tắt dần giao động nhiệt theo chiều sâu tỉ lệ thuận
với chiều sâu và căn bậc hai của chu kỳ giao động
Tỉ số chiều sâu tắt dần của các biên độ nhiệt tương ứng với
các chu kỳ khác nhau = căn bậc hai tỉ số các chu kỳ giao động

Chế độ nhiệt
Trong vỏ trái đất có 3 kiểu chế độ
nhiệt: Bình thường, magma, lạnh.
 Chế độ bình thường – cân bằng nhiệt
ổn đònh;
 Chế độ magma – ở những vùng có hoạt
động núi lửa.
 Chế độ lạnh – ở những vùng đóng băng
vónh cửu.



Đới nhiệt độ không đổi năm






Đới mà trò số biên độ giao động nhiệt bằng 0. Chiều sâu
ứng với to không đổi năm
Chiều sâu đới này phụ thuộc vào vò trí đòa lý, đặc điểm đòa
chất, ĐCTV…
Nó được xác đònh bằng cách đo to có hệ thống ở những chiều
sâu khác nhau  lập đường đẳng nhiệt và ghi nhận khi
những tỉ số biên độ to hàng năm bằng 0,1oC.
Có thể xác đònh gần đúng: bằng 19,1H (chiều sâu H dao
động nhiệt độ ngày đêm)

Đới bên trong – nhiệt độ tăng theo chiều sâu










Cấp đòa nhiệt
Gradient đòa nhiệt
Xác đònh câp đòa nhiệt theo tài liệu đo trong hố khoan
H −h
G=
T − ttb
H- chiều sâu đo; h – chiều sâu đới to không đổi năm; T – to ở
độ sâu H; ttb – totb năm không khí.
Xác đònh đối với từng khoảng:
Xác đònh độ sâu:

H 2 − H1
G=
T2 − T1

H −h
TH = ttb +

⇒ H = G (TH − ttb ) + h
G


Phân loại nước theo nhiệt độ:

1. Nước rất lạnh: 0 – 4oC
2. Nước lạnh: 4 – 20oC gặp không sâu;
3. Nước ấm: 20 – 37oC
4. Nước thân nhiệt: 37 – 42oC;
5. Nước nóng: 42 – 100oC
6. Nước quá nóng: > 100oC


Những khái niệm chung về trường đòa nhiệt và
các phương pháp nghiên cứu








Sự phân bố nhiệt trong vỏ trái đất – trường đòa
nhiệt.
Sự phân bố nhiệt trong Trái đất không tương ứng
với trường lý thuyết do độ dẫn nhiệt của đất đá
không đồng nhất.
Trong lónh vực đòa nhiệt thường lưu ý tới 3 khái

niệm: Trường lý thuyết, trường đòa nhiệt bình
thường, trường đòa nhiệt dò thường..
Nghiên cứu bằng cách đo trực tiếp;
Xây dựng các bản đồ đẳng đòa nhiệt, bản đồ nhiệt
đẳng sâu, bản đồ đẳng gradien đòa nhiệt;


Ứng dụng thực tế của các phương pháp đòa
nhiệt để giải quyết các nhiệm vụ ĐCTV

1.

2.
3.
4.

Những trường đòa nhiệt tự nhiên có thể được sử dụng
để giải quyết những nhiệm vụ sau:
Chia nhỏ mặt cắt ĐC, phân chia các tầng chứa nước
và các tầng cách nước, xác đònh chiều sâu thế nằm và
chiều dày của chứng;
Xác đònh chiều sâu thế nằm của nước dưới đất theo
nhiệt độ nước ở các mạch nước;
Phân loại các mạch nước theo nước các tầng chứa
nước cung cấp cho chúng khi đo vẽ ĐCTV;
Xác đònh tốc độ thấm của NDĐ ở những độ sâu khác
nhau, đ1nh giá đònh tính tính thấm của các lớp đất
đá riêng biệt ở đới trao đổi nước mạnh;

Ứng dụng thực tế của các phương pháp đòa
nhiệt để giải quyết các nhiệm vụ ĐCTV
5.

6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.

Sự phân bố theo diện tích và theo mặt cắt thẳng đứng
của các tầng, các đứt gãy, các đới khe nứt, cacstơ hóa
chứa nước và đánh giá mức độ castơ hóa của đất đá;
Tìm kiếm thăm dò nước nóng;
Nghiên cứu đặc điểm ĐCTV cục bộ và khu vực của bồn
acteji, phát hiện miền cung cấp, vận động, thoát…
Xác đònh các lò thoát hở của nước nóng;
Nghiên cứu đk hình thành và động lực của NDĐ, phát
hiện các đới thủy động lức;
Xác đònh nguồn nước làm ngập mỏ;
Dự đoán các đới ngậm nước khi đào gương lò;
Xác đònh chiều cao dâng của dung dòch xi măng khi phụt
xi măng vào khoảng trống ngoài ống chống các LK