区域地质背景对城市浅层地热能分布的控制因素
在地下一定深度，当地球内部热量与太阳辐射热量相互平衡时，这一带就是恒温带，太阳辐射热量逐渐减弱，温度保持相对恒定，地面温度振幅接近于零。全年恒温带各地温度差异很大，主要与纬度、海拔、地表水分布、植被覆盖度大小、小气候等条件有关。全年恒温带温度一般高于当地年平均温度65438±0 ~ 3℃。
增温区的温度条件和温度场主要受地球内部热量控制，地温随深度增加而升高。根据河南省地热井测温资料，河南省正常地热升温速率一般在3℃/100m左右，局部地热温度因地质构造而偏高，属于局部热异常区。可见，浅层地温场的变化是地球内部热量和太阳辐射热综合作用的结果。随着深度的增加，前者逐渐起主导作用，后者的影响力逐渐降低。
一、控制和影响浅层地热分布的主要因素
大量研究成果证实，一个地区的地温是该地区地质构造条件和地质历史的综合反映。对于地壳浅部几千米范围内的地温，影响因素一般是基岩面的起伏和结构形态、地下水活动和岩浆活动。大量实际资料表明，基岩面的起伏和构造形态对地热的分布具有区域性影响，并对浅层地壳地热起主导作用；地下水活动对山前平原和一些大型活动断裂带附近的地温有重要影响，岩浆活动的影响可能仅限于近期发生过大规模岩浆活动的局部地区。
1.基岩的起伏和结构形式
河南省大部分地区位于华北陆块的西南部，以太古宙变质岩为基底，其上发育一套台地型中元古代、以海相碳酸盐岩为主的下古生界、海陆交互相和陆相交互的上古生界和中生界。太古宙以来，该区经历了多次构造运动，其早期构造格架和盖层均有不同程度的改造。其中，燕山运动是该区现今构造格局形成的决定性因素。早期，整个华北陆块开始解体，发育一系列北西向、近东西向和北北东向张性断裂，形成断块和裂谷盆地。太行山、嵩山隆起，华北裂谷盆地沉降形成坳陷。凹陷中心沉积了侏罗系和下白垩统，奠定了该区地质构造的雏形。新生代以来，盆地持续下降接受沉积，沉积了一套以河湖相为主的巨厚相对疏松地层。深度越深，固结成岩作用越强。
除洛阳、南阳、三门峡外，河南省其他城市均位于内陆河谷盆地，且大部分位于山前地区。新生界厚度从山前到平原递增，城区厚度一般大于500m，新生界以下有巨大的中生代和晚古生代碎屑岩沉积。大量的实际资料表明，基岩面的起伏对地温的分布有一定的影响。新生界盖层地温高，在一定深度范围内地温梯度大。负构造地温低，地温梯度小；地壳浅部的地温分布与基岩面的起伏呈正相关。同时，在构造形态大致相同的情况下，由于高或高热导率的地层被厚度不同、热导率较低的新生界盖层所覆盖，地壳浅部的地温梯度也有较大差异。如郑州市松散层下的基岩为三叠系砂岩页岩，其导热系数高于上覆松散层。因此，郑州市松散层同一深度的地温和地温的增温率，西郊高于东郊。如200m以上的如东北郊黄庄地热增温率仅为1 ~ 2℃/100m，西郊为2 ~ 3℃/100m。
2.隐伏断层结构
地下温度场不仅受构造单元的影响，还受隐伏断裂构造的控制。主要断层一般有利于热液活动，特别是活动断层。控制裂缝为热控裂缝和导热裂缝。地壳深部到达地幔的区域性活动断裂和岩石裂隙十分发育，是深部热能上涌的良好通道。深部热能沿断裂带上升时，被水和岩石吸收，形成一定宽度的地下热水储存带，所以这些断层属于热控断层。这些断层大多为北西向和近东西向。燕山晚期至喜山期形成的北东向和NEE向断裂也是活动断裂，不仅控制了新生代盖层的沉积，而且在后期的继承性活动中错动了盖层。这些新断裂的活动打开了盖层的通道，使地下热水沿NE向和NEE向断裂带涌出，形成了具有一定宽度的低温热水储层带，影响了浅层地热场的分布。这些断层属于热导性断层。洛阳盆地和南阳盆地存在隐伏断层，断层附近有多处地热异常。浅层地下水水温比正常水温高1 ~ 3℃。
3.地下水活动
地下水广泛分布于地壳浅部，易流动，热容量大，对地热场有重要影响。其影响程度取决于沉积盆地的规模、地貌单元和特征、含水层的分布(厚度和连续性)及其水动力特征。通常，在冷水水源补给的地下水补给区和强径流区，地下水的活动往往导致地温负异常；而在热水排泄区或某些深活动断裂带附近，则形成正异常；在远离地下水补给区的大盆地腹地，地下水径流缓慢甚至停滞，这种影响逐渐减弱甚至消失。
地下水补给区和径流区地温负异常是由于低温地下水从补给区进入，在快速流动过程中与围岩进行热交换，不断带走热量，对围岩起到冷却作用，从而降低地温。郑州市位于山前冲洪积倾斜平原的前缘。虽然水力梯度大，但含水层的渗透系数小，所以地温基本没有负异常，但地温梯度略低，特别是靠近黄河的地区，受黄河补给，含水层颗粒粗，所以冬季浅层地温低。
二是区域地质背景对城市浅层地热能分布和利用的控制因素
1.气象、水文和地形对浅层地热能分布的影响
(1)气象水文对浅层地热能分布的影响
河南省地处暖温带和亚热带气候的过渡地带，气候具有明显的过渡性特征。河南的气候特点是冬冷夏热。多年平均气温12.8 ~ 15.5℃。7月月平均气温27 ~ 28℃；5438年6月+10月月平均气温为-2 ~ 2℃。全省极端最低气温多在-15 ~-20℃之间。全省极端最高气温除山区外均在40℃以上，洛阳盆地最高。受纬度和气候条件的控制，河南各市恒温带温度一般为15.5 ~ 17℃，北低南高，因此浅层地热能的分布也受气候影响。
因为河南多为暖温带大陆性季风气候，冬季干冷，夏季炎热多雨，需要冬暖夏凉。这个地区制冷和制热的日子大致相同，制冷和制热负荷也基本相同。浅层地热能的利用，需要在冬季抽取地下热能供暖，夏季储存在地下，这样可以保持地下温度场的平衡，最大限度地减少对环境的影响。
河南省地处黄、和长江四大流域。有许多河流，从西到北，从东到南呈放射状分叉。黄河和淮河是河南省的主要河流。除黄河流经三门峡、郑州外，流经城市水量较大的河流主要有洛阳洛河、南阳白河、信阳石河、平顶山沙河、漯河、周口等。其他流经城市的河流主要是城市污水。河流对城市浅层地热能的分布有一定的影响，不仅地表水中含有部分地热能，而且对沿河岩土和地下水中浅层地热能的分布、迁移和赋存也有一定的影响。近年来，河流水源热泵系统、湖泊水源热泵系统和污水源热泵系统的应用，充分利用了地表水浅层地热能。因此，分布在地表水中的浅层地热能不容忽视，特别是应鼓励使用经过处理的城市污水。
(2)地形对浅层地热能分布的影响。
河南省位于我国第二步向第三步的过渡地带。其地形特点是北部、西部和南部为山地、丘陵和梯田，东部为广阔开阔的平原。山地丘陵区7.40×104km2，平原区9.30×104km2。整体来看，其地势西高东低，自西向东逐级下降，从西部的中低山向东部的丘陵、台地、平原过渡。
浅层地热能主要是指地表以下一定深度范围内的岩土、地下水和地表水所含的具有开发利用价值的热能。也就是说，地下200米以内温度低于25℃的热能被地源热泵换热技术所利用。总的来说，各种地貌单元都有浅层地热能分布，单就开发利用条件和价值而言，平原地区优于丘陵地区。豫西主要处于基岩山区和黄土丘陵区，浅层地热能开发利用条件较差，而平原地区地广人稀，人口密集，地质、水文地质和浅层地热能开发利用条件优越，是浅层地热能开发利用的重点地区。河南平原主要包括黄淮海平原河南段、山前倾斜平原、南阳盆地、洛阳盆地和灵宝-三门峡盆地。河南省18个省辖市中，有3个位于上述三大盆地(河谷平原)，其余15个位于山前冲积平原和河流冲积平原。浅层地热能的分布和利用在一定程度上受其地形位置的控制。
2.浅析地层和构造对浅层地热能分布和利用的控制作用。
河南省18省辖市全部位于平原第四系分布区，浅层地热能的分布和赋存主要受第四系及其下伏第三系岩性结构控制。
(1)地层岩性
河南平原浅层地热能主要赋存于第四系和上第三系松散地层中。新近系主要分布在盆地和东部平原，岩性主要为冲湖相砂岩(砂层)、粉砂岩、泥岩和泥灰岩。第四纪广泛分布于东部平原、山间盆地和山前丘陵。西部山间盆地和山前丘陵区，下更新统(Qp1)为冲积砂、砾、粘土，黄河两岸有武城黄土。中更新统(Qp2)由冲洪积粉质粘土、砂和砂砾石组成，在灵宝-郑州有离石黄土。上更新统(Qp3)西部为冲积粉土、粉质粘土、砂层、砾石层，灵宝-郑州有马兰黄土。全新统(Qh)为河流冲积层，局部为风成沉积。各城市具体地层岩性情况见表2-2。
由于岩性条件和成因不同，城市浅层地热能的分布和利用也受其控制。一般来说，城市地区分布的地层岩性主要是冲积、冲积、湖积等细粒沉积物的松散地层，包括第四纪和新近纪的粘性土、粉土、细粒砂土等。，适用于垂直埋地热交换系统。在市区，地层岩性以松散地层为主，有冲积、冲积沉积，沉积物以粗粒砂卵石、砾石、粗砂、中砂为主，或厚度较大时，考虑地下水的影响，适合地下水热交换。
(2)地质构造
根据各市浅层地热田特征，地质构造影响略有不同，但影响不大。平原区新生界厚度较大。基岩基底隆起或隆起时，地温梯度大，浅层地温略高。基岩基底凹陷时，地温梯度小，浅层地温略低。同一地区两者温差一般不超过3℃。豫西三大盆地主要受隐伏断裂构造控制。一般在活动断层附近或交汇处，浅层地温略高于其他地区，覆盖层较厚时温差一般不超过3℃。可见市区新生界较厚，地质构造对浅层地热能的分布和利用没有明显的控制作用。
3.水文地质条件控制着浅层地热能的分布
河南省黄准海平原、太行山前倾斜平原、南阳、洛阳、灵宝-三门峡盆地、淮河及其支流，浅层含水层主要为冲积、冲积砂、砾石、鹅卵石，结构松散，分选性好，一般为二元结构，具有埋藏浅、厚度大、分布广且稳定、渗透性强、补给快、蓄水条件好、富水性强等特点。特别是太行山前冲积扇、黄河冲积扇、三大盆地河谷平原和淮河上游主要支流河谷水文地质条件优越，单井涌水量2000m3/d以上，最大可达5000 m3/d以上，其地下水主要由大气降水入渗、地表水入渗和侧向入渗补给，是浅层地热能开发利用的良好循环水源。浅层地下水一般为潜水-轻度承压水，局部为承压水。浅层地热能，尤其是地下水源热泵系统利用浅层地热能的方式，其分布、赋存、迁移和利用都受水文地质条件的控制，即使采用垂直埋管换热方式，也受地下水的影响。
河南省城市浅层地热能的赋存层位主要是第四系和第三系上部的各类松散堆积物，其地下水为松散岩类孔隙水，分布广，厚度大，水量丰富，易开采，可恢复性强。特别是在流域内的洛阳、南阳、三门峡和安阳、鹤壁、新乡、焦作、济源、郑州、信阳、平顶山等水文地质条件优越的城市或地段，开发利用浅层地热能时，应采用地下水换热。