地热学岩石圈厚度计算方法综述
焦亚先 李文正 阙永泉 邱楠生
摘要：地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法，探讨了这种方法的参数选取和影响因素，并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明：地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响；地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出；地表热流较低（42 mW·m-2）时，岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著，岩石圈地幔生热率变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化15 km；地表热流为60 mW·m-2时，岩石圈地幔生热率每变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度变化3 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化5 km；地表热流增高1 mW·m-2，地热学岩石圈厚度约增加3 km；地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异，其差异取决于流变边界层的厚度。
关键词：岩石圈厚度；地热学；地表热流；热导率；生热率；地壳分层结构；流变边界层
中图分类号：P314.2文献标志码：A
0引言
岩石圈的概念是1914年Barrell相对于软流圈而提出的，其含义是具有高强度的地球外壳[1]。随着板块构造理论的发展，20世纪六七十年代，岩石圈被定义为若干漂浮于软流圈之上、在较长地质时间尺度上保持刚性的块体板块，包括地壳和上地幔高速盖层[2]。岩石圈内部结构是地幔动力学及板块构造学说的基础。随着科学技术的发展，广大学者已经不单纯从刚性力学领域研究岩石圈，而是越来越多地关注其地震学结构、温度、化学成分、弹性、岩石组成、导电性等多方面的性质。地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此，其厚度定义的标准是较合理的[3]。前人应用地热学原理研究岩石圈厚度主要侧重其地质意义，对地质时期内各参数如何选取以及不同参数对结果的影响研究较少。笔者主要从地热学角度阐述了岩石圈厚度的计算方法，定量探讨了不同参数对计算结果的影响，同时综述了其他方法定义岩石圈厚度的原理，并对比了几种方法的异同，分析了各种计算方法产生差异的原因。
1地热学岩石圈厚度
1.1计算方法
地热学定义的岩石圈是指以热传导方式进行热传递的岩石圈层，其下部为以热对流为主要方式的软流圈[4]。岩石地球化学的研究表明，软流圈处于部分熔融状态，其熔融物质成分类似于干玄武岩[5]，因此，软流圈的温度应高于干玄武岩固相线温度，而岩石圈温度应低于干玄武岩固相线温度，岩石圈底部温度应等于干玄武岩固相线温度[5]。依据此原理，在岩石圈内，热传导方式遵循一维热传导方程
Ti，upper=Ti，lower+qi，upperZi/Ki-
AiZ2i/（2Ki）（1）
式中：Zi为第i层构造层的厚度；Ti，upper、Ti，lower分别为第i层构造层上、下界面的温度；Ai为第i层构造层的岩石生热率（
摘要：地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法，探讨了这种方法的参数选取和影响因素，并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明：地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响；地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出；地表热流较低（42 mW·m-2）时，岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著，岩石圈地幔生热率变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化15 km；地表热流为60 mW·m-2时，岩石圈地幔生热率每变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度变化3 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化5 km；地表热流增高1 mW·m-2，地热学岩石圈厚度约增加3 km；地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异，其差异取决于流变边界层的厚度。
关键词：岩石圈厚度；地热学；地表热流；热导率；生热率；地壳分层结构；流变边界层
中图分类号：P314.2文献标志码：A
0引言
岩石圈的概念是1914年Barrell相对于软流圈而提出的，其含义是具有高强度的地球外壳[1]。随着板块构造理论的发展，20世纪六七十年代，岩石圈被定义为若干漂浮于软流圈之上、在较长地质时间尺度上保持刚性的块体板块，包括地壳和上地幔高速盖层[2]。岩石圈内部结构是地幔动力学及板块构造学说的基础。随着科学技术的发展，广大学者已经不单纯从刚性力学领域研究岩石圈，而是越来越多地关注其地震学结构、温度、化学成分、弹性、岩石组成、导电性等多方面的性质。地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此，其厚度定义的标准是较合理的[3]。前人应用地热学原理研究岩石圈厚度主要侧重其地质意义，对地质时期内各参数如何选取以及不同参数对结果的影响研究较少。笔者主要从地热学角度阐述了岩石圈厚度的计算方法，定量探讨了不同参数对计算结果的影响，同时综述了其他方法定义岩石圈厚度的原理，并对比了几种方法的异同，分析了各种计算方法产生差异的原因。
1地热学岩石圈厚度
1.1计算方法
地热学定义的岩石圈是指以热传导方式进行热传递的岩石圈层，其下部为以热对流为主要方式的软流圈[4]。岩石地球化学的研究表明，软流圈处于部分熔融状态，其熔融物质成分类似于干玄武岩[5]，因此，软流圈的温度应高于干玄武岩固相线温度，而岩石圈温度应低于干玄武岩固相线温度，岩石圈底部温度应等于干玄武岩固相线温度[5]。依据此原理，在岩石圈内，热传导方式遵循一维热传导方程
Ti，upper=Ti，lower+qi，upperZi/Ki-
AiZ2i/（2Ki）（1）
式中：Zi为第i层构造层的厚度；Ti，upper、Ti，lower分别为第i层构造层上、下界面的温度；Ai为第i层构造层的岩石生热率（
摘要：地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法，探讨了这种方法的参数选取和影响因素，并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明：地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响；地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出；地表热流较低（42 mW·m-2）时，岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著，岩石圈地幔生热率变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化15 km；地表热流为60 mW·m-2时，岩石圈地幔生热率每变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度变化3 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化5 km；地表热流增高1 mW·m-2，地热学岩石圈厚度约增加3 km；地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异，其差异取决于流变边界层的厚度。
关键词：岩石圈厚度；地热学；地表热流；热导率；生热率；地壳分层结构；流变边界层
中图分类号：P314.2文献标志码：A
0引言
岩石圈的概念是1914年Barrell相对于软流圈而提出的，其含义是具有高强度的地球外壳[1]。随着板块构造理论的发展，20世纪六七十年代，岩石圈被定义为若干漂浮于软流圈之上、在较长地质时间尺度上保持刚性的块体板块，包括地壳和上地幔高速盖层[2]。岩石圈内部结构是地幔动力学及板块构造学说的基础。随着科学技术的发展，广大学者已经不单纯从刚性力学领域研究岩石圈，而是越来越多地关注其地震学结构、温度、化学成分、弹性、岩石组成、导电性等多方面的性质。地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此，其厚度定义的标准是较合理的[3]。前人应用地热学原理研究岩石圈厚度主要侧重其地质意义，对地质时期内各参数如何选取以及不同参数对结果的影响研究较少。笔者主要从地热学角度阐述了岩石圈厚度的计算方法，定量探讨了不同参数对计算结果的影响，同时综述了其他方法定义岩石圈厚度的原理，并对比了几种方法的异同，分析了各种计算方法产生差异的原因。
1地热学岩石圈厚度
1.1计算方法
地热学定义的岩石圈是指以热传导方式进行热传递的岩石圈层，其下部为以热对流为主要方式的软流圈[4]。岩石地球化学的研究表明，软流圈处于部分熔融状态，其熔融物质成分类似于干玄武岩[5]，因此，软流圈的温度应高于干玄武岩固相线温度，而岩石圈温度应低于干玄武岩固相线温度，岩石圈底部温度应等于干玄武岩固相线温度[5]。依据此原理，在岩石圈内，热传导方式遵循一维热传导方程
Ti，upper=Ti，lower+qi，upperZi/Ki-
AiZ2i/（2Ki）（1）
式中：Zi为第i层构造层的厚度；Ti，upper、Ti，lower分别为第i层构造层上、下界面的温度；Ai为第i层构造层的岩石生热率（
摘要：地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法，探讨了这种方法的参数选取和影响因素，并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明：地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响；地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出；地表热流较低（42 mW·m-2）时，岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著，岩石圈地幔生热率变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化15 km；地表热流为60 mW·m-2时，岩石圈地幔生热率每变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度变化3 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化5 km；地表热流增高1 mW·m-2，地热学岩石圈厚度约增加3 km；地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异，其差异取决于流变边界层的厚度。
关键词：岩石圈厚度；地热学；地表热流；热导率；生热率；地壳分层结构；流变边界层
中图分类号：P314.2文献标志码：A
0引言
岩石圈的概念是1914年Barrell相对于软流圈而提出的，其含义是具有高强度的地球外壳[1]。随着板块构造理论的发展，20世纪六七十年代，岩石圈被定义为若干漂浮于软流圈之上、在较长地质时间尺度上保持刚性的块体板块，包括地壳和上地幔高速盖层[2]。岩石圈内部结构是地幔动力学及板块构造学说的基础。随着科学技术的发展，广大学者已经不单纯从刚性力学领域研究岩石圈，而是越来越多地关注其地震学结构、温度、化学成分、弹性、岩石组成、导电性等多方面的性质。地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此，其厚度定义的标准是较合理的[3]。前人应用地热学原理研究岩石圈厚度主要侧重其地质意义，对地质时期内各参数如何选取以及不同参数对结果的影响研究较少。笔者主要从地热学角度阐述了岩石圈厚度的计算方法，定量探讨了不同参数对计算结果的影响，同时综述了其他方法定义岩石圈厚度的原理，并对比了几种方法的异同，分析了各种计算方法产生差异的原因。
1地热学岩石圈厚度
1.1计算方法
地热学定义的岩石圈是指以热传导方式进行热传递的岩石圈层，其下部为以热对流为主要方式的软流圈[4]。岩石地球化学的研究表明，软流圈处于部分熔融状态，其熔融物质成分类似于干玄武岩[5]，因此，软流圈的温度应高于干玄武岩固相线温度，而岩石圈温度应低于干玄武岩固相线温度，岩石圈底部温度应等于干玄武岩固相线温度[5]。依据此原理，在岩石圈内，热传导方式遵循一维热传导方程
Ti，upper=Ti，lower+qi，upperZi/Ki-
AiZ2i/（2Ki）（1）
式中：Zi为第i层构造层的厚度；Ti，upper、Ti，lower分别为第i层构造层上、下界面的温度；Ai为第i层构造层的岩石生热率（
摘要：地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法，探讨了这种方法的参数选取和影响因素，并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明：地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响；地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出；地表热流较低（42 mW·m-2）时，岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著，岩石圈地幔生热率变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化15 km；地表热流为60 mW·m-2时，岩石圈地幔生热率每变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度变化3 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化5 km；地表热流增高1 mW·m-2，地热学岩石圈厚度约增加3 km；地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异，其差异取决于流变边界层的厚度。
关键词：岩石圈厚度；地热学；地表热流；热导率；生热率；地壳分层结构；流变边界层
中图分类号：P314.2文献标志码：A
0引言
岩石圈的概念是1914年Barrell相对于软流圈而提出的，其含义是具有高强度的地球外壳[1]。随着板块构造理论的发展，20世纪六七十年代，岩石圈被定义为若干漂浮于软流圈之上、在较长地质时间尺度上保持刚性的块体板块，包括地壳和上地幔高速盖层[2]。岩石圈内部结构是地幔动力学及板块构造学说的基础。随着科学技术的发展，广大学者已经不单纯从刚性力学领域研究岩石圈，而是越来越多地关注其地震学结构、温度、化学成分、弹性、岩石组成、导电性等多方面的性质。地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此，其厚度定义的标准是较合理的[3]。前人应用地热学原理研究岩石圈厚度主要侧重其地质意义，对地质时期内各参数如何选取以及不同参数对结果的影响研究较少。笔者主要从地热学角度阐述了岩石圈厚度的计算方法，定量探讨了不同参数对计算结果的影响，同时综述了其他方法定义岩石圈厚度的原理，并对比了几种方法的异同，分析了各种计算方法产生差异的原因。
1地热学岩石圈厚度
1.1计算方法
地热学定义的岩石圈是指以热传导方式进行热传递的岩石圈层，其下部为以热对流为主要方式的软流圈[4]。岩石地球化学的研究表明，软流圈处于部分熔融状态，其熔融物质成分类似于干玄武岩[5]，因此，软流圈的温度应高于干玄武岩固相线温度，而岩石圈温度应低于干玄武岩固相线温度，岩石圈底部温度应等于干玄武岩固相线温度[5]。依据此原理，在岩石圈内，热传导方式遵循一维热传导方程
Ti，upper=Ti，lower+qi，upperZi/Ki-
AiZ2i/（2Ki）（1）
式中：Zi为第i层构造层的厚度；Ti，upper、Ti，lower分别为第i层构造层上、下界面的温度；Ai为第i层构造层的岩石生热率（
摘要：地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，可以反映地球深部动力学过程。介绍了地热学岩石圈厚度的计算方法，探讨了这种方法的参数选取和影响因素，并对比了地热学岩石圈厚度与其他类型岩石圈厚度的差异及其原因。结果表明：地热学岩石圈厚度的计算结果受地壳分层结构、岩石生热率、岩石热导率以及地表热流的影响；地质历史时期内的地壳分层结构要结合岩石学、岩石地球化学等领域最新研究成果得出；地表热流较低（42 mW·m-2）时，岩石圈地幔生热率对计算结果的影响非常显著，岩石圈地幔生热率变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度计算结果最高变化40 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化15 km；地表热流为60 mW·m-2时，岩石圈地幔生热率每变化0.02 μW·m-3，地热学岩石圈厚度变化3 km，岩石圈地幔热导率每变化0.2 W·（m·K）-1，地热学岩石圈厚度变化5 km；地表热流增高1 mW·m-2，地热学岩石圈厚度约增加3 km；地热学岩石圈厚度与岩石学、地震学岩石圈厚度略有差异，其差异取决于流变边界层的厚度。
关键词：岩石圈厚度；地热学；地表热流；热导率；生热率；地壳分层结构；流变边界层
中图分类号：P314.2文献标志码：A
0引言
岩石圈的概念是1914年Barrell相对于软流圈而提出的，其含义是具有高强度的地球外壳[1]。随着板块构造理论的发展，20世纪六七十年代，岩石圈被定义为若干漂浮于软流圈之上、在较长地质时间尺度上保持刚性的块体板块，包括地壳和上地幔高速盖层[2]。岩石圈内部结构是地幔动力学及板块构造学说的基础。随着科学技术的发展，广大学者已经不单纯从刚性力学领域研究岩石圈，而是越来越多地关注其地震学结构、温度、化学成分、弹性、岩石组成、导电性等多方面的性质。地热学岩石圈厚度体现了长时间尺度上的岩石圈热学作用，因此，其厚度定义的标准是较合理的[3]。前人应用地热学原理研究岩石圈厚度主要侧重其地质意义，对地质时期内各参数如何选取以及不同参数对结果的影响研究较少。笔者主要从地热学角度阐述了岩石圈厚度的计算方法，定量探讨了不同参数对计算结果的影响，同时综述了其他方法定义岩石圈厚度的原理，并对比了几种方法的异同，分析了各种计算方法产生差异的原因。
1地热学岩石圈厚度
1.1计算方法
地热学定义的岩石圈是指以热传导方式进行热传递的岩石圈层，其下部为以热对流为主要方式的软流圈[4]。岩石地球化学的研究表明，软流圈处于部分熔融状态，其熔融物质成分类似于干玄武岩[5]，因此，软流圈的温度应高于干玄武岩固相线温度，而岩石圈温度应低于干玄武岩固相线温度，岩石圈底部温度应等于干玄武岩固相线温度[5]。依据此原理，在岩石圈内，热传导方式遵循一维热传导方程
Ti，upper=Ti，lower+qi，upperZi/Ki-
AiZ2i/（2Ki）（1）
式中：Zi为第i层构造层的厚度；Ti，upper、Ti，lower分别为第i层构造层上、下界面的温度；Ai为第i层构造层的岩石生热率（
