华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响_李科甫.pdf

石油科学通报 2023 年 6 月 第 8 卷第 3 期：259-289华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响李科甫1,2，朱传庆1,2*1 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 1022492 中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 102249*通信作者,收稿日期:2023-03-20国家重点研发计划课题(2021YFA0716003)资助摘要 中国华南地区的华夏地块位于欧亚大陆东南缘，是我国重要的矿产、地热资源区。经历了多期次的构造事件，使得区内广泛分布着不同构造期花岗岩。花岗岩类在地球及其热状态的动力学和演化中发挥着特殊的作用，其放射性衰变产生的热量是地球上的主要热源之一。我国高放射性产热型干热岩资源主要分布于华南地区，以放射性元素的衰变热为主要热源，岩性主要为花岗岩。本文通过对华南地区花岗岩数据统计，分析了华南不同地区、不同花岗岩类型的生热率情况，总结了研究区花岗岩放射性生热特征及其与大地热流之间的关系，对认识研究区地温场主控因素及地热资源分布的宏观背景具有参考价值。本文基于华南地区 1933 个花岗岩样品的地球化学分析得到如下认识：(1)花岗岩生热率范围 0.4017.45 W/m3，平均生热率为 4.462.66 W/m3，同时根据大地热流与生热率分布情况，两者有着较好的对应关系；(2)放射性生热元素U、Th、K的生热贡献率分别为 49.45%、40.16%和 10.39%，同时，U、Th浓度和Th/U比值变化较大，与年龄无明显相关性；(3)三种类型花岗岩生热率存在差异，I型花岗岩平均生热率明显低于A型和S型花岗岩平均生热率，值为 3.862.43 W/m3，A型和S型花岗岩平均生热率分别为 5.552.91 W/m3和 5.002.58 W/m3；(4)利用蒙特卡罗方法计算得到华南燕山期花岗岩平均产热量为 99.01105 GJ/a，折合成标准煤为 3.38105 t/a，印支期花岗岩平均产热量为63.13105 GJ/a，折合成标准煤为 2.15105 t/a；(5)两种地壳模型的计算表明，花岗岩在华南大地热流贡献中有着重要作用，沉积地层覆盖区域，地壳放射性生热对地表热流贡献为 29.13 mW/m2，占总热流值的 41.61%；侵入岩出露区域，地壳放射性生热对地表热流贡献为 43.85 mW/m2，占总热流值的 51.76%。关键词 花岗岩；生热率；放射性生热元素；产热量；大地热流Heat generation rate of granite in the Cathaysia block and its influence on geothermal fields,Southeast ChinaLI Kefu1,2,ZHU Chuanqing1,21 College of Geosciences,China University of Petroleum-Beijing,Beijing 102249,China2 State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting,China University of Petroleum-Beijing,Beijing 102249,ChinaAbstract The South China Cathaysia block is located in the southeast margin of the Eurasian plate,and is an important mineral and geothermal resource area in China.After several tectonic events,granites of different tectonic stages are widely distributed in 引用格式：李科甫,朱传庆.华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响.石油科学通报,2023,03:259-289LI Kefu,ZHU Chuanqing.Heat generation rate of granite in the Cathaysia block and its influence on geothermal fields,Southeast China.Petroleum Science Bulletin,2023,03:259-289.doi:10.3969/j.issn.2096-1693.2023.03.02020162023 中国石油大学(北京)清华大学出版社有限公司 石油科学通报 2023 年 6 月 第 8 卷第 3 期the area.Granitoids play a special role in the dynamics and evolution of the Earth and its thermal state,and the heat generated by their radioactive decay is one of the main heat sources on Earth.The high radioactive heat-producing hot dry rock resources are mainly distributed in South China,and the decay heat of radioactive elements is the main heat source,and the lithology is mainly granite.Based on the statistics of granite data in South China,this paper analyzes the heat generation rate of different granite types in different areas of South China,and summarizes the radioactive heat generation characteristics of granite in the study area and the relationship between them and terrestrial heat flow,which has reference value for understanding the main controlling factors of the geothermal field and the macro background of geothermal resource distribution in the study area.Based on the geochemical analysis of 1933 granite samples in South China,the following results are obtained:1)The heat generation rate of granite ranges from 0.40 to 17.45 W/m3,with an average heat generation rate of 4.562.66 W/m3,and there is a good corre-spondence between them according to the distribution of ground heat flow and heat generation rate;2)The contribution rates of radiothermic elements U,Th and K were 49.45%,40.16%and 10.39%,respectively.At the same time,the concentrations of U,Th and Th/U varied greatly,and there was no obvious correlation with age;3)There are differences in the heat generation rate of the three types of granite(Type I、A and S).The average heat generation rate of type I granite(3.862.43 W/m3)is significantly lower than the average heat generation rate of type A and type S granite,which are 5.552.91 W/m3 and 5.02.58 W/m3,respectively;4)A Monte Carlo method is used to calculate that the average heat yield of the Yanshanian granite in South China is 99.01105 GJ/a(1 GJ/a=109 J/a),which is converted into standard coal 3.38105 t/a,and that of Indosinian granite is 63.13105 GJ/a,which is converted into standard coal 2.15105 t/a;5)The calculation of two crustal models shows that granite plays an important role in the contribution of earth heat flow in South China.In the area covered by sedimentary strata,the contribution of Earths radioactive heat generation to surface heat flow is 29.13 mW/m2,accounting for 41.61%of the total heat flow value.In the area of intrusive rock exposure,the contribution of crustal radioactive heat generation to surface heat flow is 43.85 mW/m2,accounting for 51.76%of the total heat flow value.Keywords granite;heat generation rate;radioactive heat-generating elements;heat production;heat flowdoi:10.3969/j.issn.2096-1693.2023.03.0200 引言地壳岩石中所含的放射性元素在衰变过程中不断地释放能量，产生热量，是地壳热量的主要来源之一1-2。在地球物理研究背景下，岩石中放射性衰变产生的热量在了解地球热历史和解释大陆热流数据方面起着重要作用3-4。放射性元素U、Th、K含量在地壳各类岩石中并不均匀5-10，酸性岩中U、Th含量一般最为富集，基性岩U、Th含量最少。花岗岩作为常见的酸性岩，一般具有高浓度放射性元素，并且在上地壳岩石组成中占据主导地位，厚度通常为 10-20 km11-13，因此，其放射性元素生热对地表热流的贡献非常巨大。根据岩浆源区性质一般将花岗岩分为四类，A型、S型、I型和较为少见的M型14-20。目前，对于四类花岗岩生热研究较少，本文基于前人所报道的花岗岩地化数据，对四类花岗岩生热差异进行分析。主体属于华夏地块的我国东南沿海地区具有高热流值特点，平均热流值在 70 mW/m2左右，高于全国大陆平均热流值 61.5 mW/m2 21-23，经过多期构造事件，区内分布着大量不同期次花岗岩24-27。华南沿海地区大部分温泉的地下水活动受控于花岗岩体，其热源主要是来源于晚中生代花岗岩的放射性生热22。因此，研究华夏地块花岗岩放射性生热情况对了解华南地区现今地温场、大地热流情况以及地热资源量等有着重要作用。前人已指出，我国高放射性产热型干热岩资源主要分布于华南地区，以放射性元素的衰变热为主要热源，岩性主要为花岗岩28。本文通过对华南地区花岗岩数据统计，分析了华南不同地区、不同花岗岩类型的生热率情况，总结了研究区花岗岩放射性生热特征及其与大地热流之间的关系，对认识研究区地温场主控因素及地热资源分布的宏观背景具有参考价值。1 地质背景中国华南地区位于欧亚大陆东南缘，是我国重要的矿产、地热资源区。华南由扬子和华夏两大块体组成，地质构造活动频繁，经历了至少 4 期区域规模的地球动力学事件，分别为新元古代早中期的板块俯冲-聚合与裂解事件、早古生代晚期的陆内造山与花岗岩浆事件、早中生代的陆内再造事件与晚中生代构造体制转换和太平洋俯冲背景下的构造伸展-巨量岩浆活动事件29。在太平洋板块西向俯冲以及与俯冲相伴的地幔对流活动中，华南地区出现了多期岩浆-热事件，使得在整个华南区域，特别是华夏地块广泛分华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响 261布着加里东期、海西期、印支期以及燕山期花岗岩，其中燕山期花岗岩分布最多30-31，花岗岩分布情况如图 1 所示。2 样品收集与生热率计算本次研究范围主要包括华南地区的七个省份，分别为广东、广西、福建、海南、浙江、湖南、江西，主题以华夏地块为主，包括了扬子地块东缘的华南复合陆内造山区。本文收集并整理了共 1933 个花岗岩类数据(附录 1)32-200，广东 148 个32-48、广西 407个49-77、福 建 251 个78-104、海 南 184 个105-118,200、浙 江 277 个119-144、湖 南 401 个145-175、江 西 265个176-198，在确保都具有Th、U和K2O含量的情况下，尽量包括花岗岩类型、侵位年龄等信息。不同学者对于岩体放射性生热率计算提出了不同110E120E30N20N燕山期花岗岩印支期花岗岩海西期花岗岩加里东期花岗岩前寒武花岗岩48 000 km0审图号:GS(2016)1600号图 1 华南地区花岗岩分布图(根据孙涛199;周云等200修改，黑色线条为扬子地块和华夏地块的分界)Fig.1 Distribution map of granite in South China(modified according to Sun Tao199;Zhou Yun et al200)262 石油科学通报 2023 年 6 月 第 8 卷第 3 期的计算公式4,201。本文采取Rybach 4提出的岩石放射性生热率计算经验公式，公式如下：A=10-5(9.52CU+2.56CTh+3.48CK)(1)其中，A为岩石放射性生热率，单位为W/m3；为岩石密度，单位为kg/m3；Cu、CTh分别为岩石放射性元素U、Th的含量，单位为ppm；Ck为岩石中K的质量分数，单位为%。本次研究采用的岩石密度选用华南地区不同岩性岩石平均密度或选取近似岩类的平均密度值进行计算5，普通花岗岩、石英二长岩和石英正长岩选用 2.677 g/cm3，花岗闪长岩和石英闪长岩选用2.689 g/cm3。3 结果与讨论3.1 华南地区花岗岩生热率华 南 花 岗 岩 生 热 率 值 较 广，从 0.40 W/m3 17.45 W/m3，其中有 1220 块样品数据位于 26 W/m3，占样品总数的 63.11%(图 2)。根据计算结果，华南地区花岗岩平均生热率为 4.462.66 W/m3，这与赵平等5计算得到的华南地区花岗岩生热率 4.20 W/m3相近，高于Hasterok and Webb202所计算的花岗岩平均生热率 3.54 W/m3。各地区花岗岩生热率详见附录 1。根据图 3 显示，华南地区花岗岩生热率从前寒武至白垩纪整体上呈现出增加的趋势，这主要与放射性元素衰变有关，岩石中放射性元素经过长期衰变，浓度不断降低，导致生热率随之降低。华南不同时代花岗岩生热率最低值出现在前寒武，平均生热率为2.251.10 W/m3，略低于Liao et al203计算得到的晚元古代花岗岩生热率 2.41 W/m3。本文根据华南不同地区的花岗岩生热率绘制了华南地区花岗岩生热率与大地热流简图(图 4)，花岗岩生热率与地表热流有着较好的对应关系，低生热率区域相对于邻近区域热流值降低。由于数据信息限制，本图存在误差，仅供参考。志留纪花岗岩生热率表现出明显的突增性，对志留纪花岗岩样品信息进行分析之后，我们发现其成因表 1 华南各省花岗岩类样品个数Table 1 Number of Granite Samples in South China省份样品个数K2O含量/%U含量/ppmTh含量/ppm海南1840.258.410.6620.421.6385.00福建2511.337.040.5638.181.1592.10广东1481.526.200.9156.901.29112.00广西4070.499.021.0045.201.3971.41浙江2770.337.970.5547.900.3387.30湖南4011.6413.300.7550.862.00170.94江西2651.146.011.1838.782.0973.20华南19330.2513.300.5556.900.33170.94图 2 华南花岗岩生热率柱状图Fig.2 Histogram of heat generation rate in South China05101520050100150200个数生热率/(m/m3)白垩纪侏罗纪三叠纪二叠纪泥盆纪志留纪奥陶纪前寒武华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响 2634.104.935.103.873.404.203.202.250510152025%75%均值白垩纪生热率/(W/m3)侏罗纪三叠纪二叠纪泥盆纪志留纪奥陶纪前寒武图 3 各时代平均生热率箱线图Fig.3 Box diagram of average heat generation rate in different times110E120E30N20N48 000 km审图号:GS(2016)1600号6 W/m356 W/m32 W/m345 W/m334 W/m323 W/m3253035958580757065605550451501201101009040热流值/(mW/m3)图 4 华南地区花岗岩生热率与大地热流分布简图(大地热流等值线根据姜光政等23)Fig.4 Schematic diagram of granite heat generation rate and terrestrial heat flow distribution in South China(according to Jiang(according to Jiang Guangzheng et al23)264 石油科学通报 2023 年 6 月 第 8 卷第 3 期类型大部分为S型，共 94 块，I型花岗岩有 23 块，无A型和M型花岗岩，根据本文对华南地区不同成因类型花岗岩生热率研究，华南地区S型花岗岩普遍具有高产热性(见 4.4)，同时周新民204认为华南加里东期花岗岩成因方式可能相当独特和多样，此外，U、Th和K元素对较高Si2O含量岩石具有亲和力，较高Si2O含量的花岗岩通常具有较高生热率205，而华南地区加里东期花岗岩Si2O和Na2O+K2O含量从早期到晚期逐渐升高，富集Sr、Hf、U、Th等元素206，因此这些可能是使得华南地区志留纪花岗岩具有高生热率特征的原因。华南地区花岗岩生热率变化情况说明了在不同岩浆事件下形成的花岗岩的来源和构造环境的不同对花岗岩生热率有着十分重要的影响。放射性生热元素的热贡献率对于研究岩石放射性生热率特征是一个重要参数3,207。放射性元素U、Th、K随着地球演化而不断衰变，三种元素的不同半衰期使得三者之间的热贡献率存在差异208。研究分析本次华南地区所有样品生热元素贡献率(图 5)，结果显示，U的生热贡献分布范围较广，从 93.13%到 5.50%，平均生热贡献率为 49.45%，Th的生热贡献率为 40.16%，K的生热贡献最低，为 10.39%，这一结果与全球放射性元素生热贡献情况一致。U和Th浓度以及Th/U比值是研究花岗岩特征的重要参数。U和Th都是不相容元素，在部分熔融过程中，两者的比值不会发生显著变化，因此Th/U通常被用来反映物源变化209。Taylor and Mclennan210通过地球化学模型预测了全球大陆地壳的平均Th/U比值，范围为 3.74.0，该范围一直以来也被广泛使用。华南Th/U平均比值为 3.883.24(表 2)，处于全球Th/U比值范围内。如果Th/U比值遵循Artemieva et al.211所认为的正态分布，则当排除正态分布中超过的尾部时，再次计算华南Th/U比值，计算结果如表 2中Th/U*所示，华南Th/U比值降低为 3.513.22。华南各时代花岗岩U、Th浓度和Th/U比值变化较大，与年龄无明显相关性(图 6)，这与Artemieva et al.211所报道的结果并不一致，我们认为这可能与华南地区复杂的构造活动有关，构造活动影响了花岗岩放射性元素的富集情况，导致不同时代花岗岩U、Th浓度变化较大。从各时代Th和U浓度分布图显示(图 7)，并不是所有数据点都遵循Th/U比值规律，存在部分数据点远离比值曲线，我们选取个别较为集中的数据点(图中阴影部分数据点)，对这些数据进行追踪分析，发现这些样品数据中大部分花岗岩成因类型为S型。进一步对整个华南地区花岗岩数据进行处理，筛选了Th/U20 ppm的样品数据，结果显示，在筛选出的 113个样品中，S型花岗岩有 94 个，A型花岗岩 13 个，I型花岗岩为 6 个，出现这种情况的原因可能是部分S型花岗岩在成岩时，富集了大量富铀矿物，导致异常高的铀含量。含有富铀矿物的岩体一般具有较强的铀成矿潜力，因此，探究华南地区S型花岗岩的分布可能有利于寻找区内含铀矿床。3.2 不同类型花岗岩生热率花岗岩是由不同源岩熔融形成的产物，每一种花图 5 U、Th和K生热贡献三元图Fig.5 Ternary diagram of U,Th and K heat generation con-tribution0%25%50%75%100%0%25%50%75%100%0%25%50%75%100%AThAKAU图 6 U、Th和Th/U年龄变化图Fig.6 U,Th and Th/U age change diagram8.3310.7412.065.925.824.816.933.8923.8326.8923.6328.9922.7728.1617.514.093.953.272.704.574.164.312.175.0202004006008001000051015202530UTh0246Th/UTh/U年龄/Ma浓度/ppm华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响 265表 2 各地区花岗岩平均Th/U比值Table 2 Average Th/U ratio of granite in different regions时代UThTh/UTh/U*范围平均值范围平均值范围平均值白垩纪0.5541.458.337.491.15112.0023.8315.100.1458.184.133.353.952.13侏罗纪0.8056.9010.748.681.39116.3026.8918.000.1323.693.342.253.271.15三叠纪0.6750.8612.069.872.40170.9423.6315.490.1235.343.463.442.701.83二叠纪0.6618.405.923.891.6382.4328.9917.851.4531.036.695.814.573.43泥盆纪1.9715.425.822.856.8039.5022.777.371.3311.424.852.834.162.83志留纪0.6030.604.813.641.2969.3028.1617.220.3631.004.813.644.311.82奥陶纪3.4015.286.932.588.4040.5017.507.591.146.592.641.282.171.28前寒武1.0024.303.893.532.7442.7014.095.900.2614.004.942.415.022.41总0.5556.909.528.311.15170.9424.2115.800.1258.183.883.243.513.22Th/U*为排除正态分布中超过的尾部时，所计算的比值图 7 华南不同时代Th与U浓度散点图Fig.7 Scatter plot of Th and U concentrations in different times in South ChinaTh/U=2.64Th/U=4.81Th/U=3.46Th/U=4.85Th/U=4.94Th/U=669.Th/U=3.3401020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppm01020304050020406080100Th/ppmU/ppmTh/U=1Th/U=2Th/U=3Th/U=6Th/U=3.88Th/U=4.13白垩纪侏罗纪三叠纪二叠纪泥盆纪志留纪奥陶纪前寒武侏罗纪泥盆纪二叠纪三叠纪志留纪奥陶纪前寒武白垩纪266 石油科学通报 2023 年 6 月 第 8 卷第 3 期岗岩的形成都与特定的构造相关，因此判别花岗岩的成因类型能够帮助确定构造环境212-213。前人将花岗岩成因类型分为四类，I、S、A和M型，I型花岗岩主要来自于火成岩或深部下地壳的部分熔融14-15；S型花岗岩一般源自上地壳的变沉积岩14-15,214；A型花岗岩根据来源分为 2 类，A1 型花岗岩源岩来自于地幔物质，并受到地壳物质不同程度的混染作用，A2 型花岗岩主要来自于地壳基性火成岩的部分熔融17-18,215；M型花岗岩源自俯冲型大洋地壳的部分熔融或地幔直接熔融19。本文收集的 1933 个花岗岩数据中拥有成因类型信息的数据一共有 1536 个，I型花岗岩有 492 个，S型花岗岩有 675 个，A型花岗岩有 369 个，未收集到M型花岗岩数据，因此本文仅对I、S和A型花岗岩在华南地区的产热情况进行研究。图 8 显示了三种花岗岩生热率平均生热率情况，I型花岗岩平均生热率明显低于A型和S型花岗岩平均生热率，值为3.862.43 W/m3，A型和S型花岗岩平均生热率分别为 5.552.91 W/m3和 5.002.58 W/m3。Artemieva et al.211认为花岗岩年龄比花岗岩类型更加能够影响生热率变化，而我们对华南地区花岗岩年龄和类型的研究中并未发现此特点(图 9)，猜测可能与研究的时间跨度有关，Artemieva et al.211研究该问题使用宙为时间跨度单位，而本文则使用的纪为跨度单位，在小尺度的时间范围内，该特点可能并不能体现出来。在对三种类型花岗岩不同时代生热率分析中发现，除A型花岗岩缺少二叠纪之前的数据，导致无法对其进行有效分析外，S型和I型花岗岩的生热率3.865.555.0005101520生热率/(W/m3)l型A型S型图 8 不同类型花岗岩平均生热率Fig.8 Average heat generation rate of different types of granite图 9 不同类型花岗岩各时代(左)和各构造期生热率(右)Fig.9 Heat generation rates of different types of granites in different ages(left)and tectonic periods(right)4.134.672.872.852.075.883.925.162.974.522.655.096.654.364.76051015203.894.602.852.924.742.76l型S型A型l型S型A型2.075.944.075.943.673.404.512.654.796.944.556.204.7605101520晚燕山期生热率/(W/m3)生热率/(W/m3)早燕山期印支期海西期加里东期前寒期白垩纪侏罗纪三叠纪二叠纪泥盆纪志留纪奥陶纪前寒武华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响 267从前寒武到白垩纪尽管出现了不同程度的变化起伏，但其整体上都具有增加的趋势，这表明了即使具有复杂的构造活动，放射性元素衰变对生热率的影响在不同类型花岗岩中依然能够体现出来。另外，从现有的数据来看，A型花岗岩一直处于一个较高的生热率值，均超过 4.50 W/m3。Artemieva et al.211认为花岗岩年龄比花岗岩类型更加能够影响生热率变化，而我们对华南地区花岗岩年龄和类型的研究中并未发现此特点(图 9)，猜测可能与研究的时间跨度有关，Artemieva et al.211研究该问题使用宙为时间跨度单位，而本文则使用的纪为跨度单位，在小尺度的时间范围内，该特点可能并不能体现出来。在对三种类型花岗岩不同时代生热率分析中发现，除A型花岗岩缺少二叠纪之前的数据，导致无法对其进行有效分析外，S型和I型花岗岩的生热率从前寒武到白垩纪尽管出现了不同程度的变化起伏，但其整体上都具有增加的趋势，这表明了即使具有复杂的构造活动，放射性元素衰变对生热率的影响在不同类型花岗岩中依然能够体现出来。另外，从现有的数据来看，A型花岗岩一直处于一个较高的生热率值，均超过 4.50 W/m3。三种类型花岗岩同一时代生热率有着明显差异，特别是三叠纪，三者差异最为显著，S型生热率达到了5.94 W/m3，而I型花岗岩却仅有 2.58 W/m3，并且值得注意的是，从三叠纪到侏罗纪，三种类型花岗岩生热率均出现了突增或突减的变化，而此时间跨度也是华南地区由印支构造期进入燕山构造期，由此可以推测不同的构造活动对花岗岩生热率有着显著的影响。不同构造期下花岗岩生热率没有统一变化规律(图9 右)，不同类型不同构造期花岗岩生热率差异较大，无法简单的说明花岗岩在某一构造期生热率出现了增加或减少的变化，即使在同一构造活动下，不同成因的花岗岩对生热元素的富集程度也并不相同，这可能与源岩来源和形成过程中矿物分异机制的差异有关。在图 10 中，可以清晰的看到不同类型花岗岩中Th、U和K的浓度与生热率A的变化情况，结果显图 10 不同类型花岗岩Th、U、K浓度与生热率A关系图Fig.10 Relationship between Th,U,K concentration and heat generation rate A of different types of granite02040608010005101520Th/ppm024681005101520K/%010203040506005101520U/ppmA型l型S型A型l型S型A型l型S型生热率/(W/m3)生热率/(W/m3)生热率/(W/m3)268 石油科学通报 2023 年 6 月 第 8 卷第 3 期示，没有表现出太大的差异，这与Pleitavion et al205和Artemieva et al211之前报道的生热率与放射性元素浓度之间表现出的结果一致。生热率A与Th、U浓度具有明显的正相关关系，其中S型花岗岩Th浓度虽然分散度较高，但其整体上也呈现此特点。而生热率A与K浓度没有太大相关关系。为探究不同类型花岗岩Th与U浓度关系，对Th与U浓度关系进行线性拟合，限定拟合截距为 0，从拟合结果来看(图 11)，S型花岗岩表现的相对离散化。另外，S型花岗岩有着更低的Th/U比值，低比值表明当Th含量一定时，S型花岗岩有着更高的U含量，三者的平均U含量证明了这一特点，S型花岗岩U平均含量为 12.15 ppm，略高于A型花岗岩的 11.13 ppm，明显高于I型花岗岩的 7.62 ppm。但我们发现，这与所计算出来的生热率情况并不相符，S型花岗岩有着更高U含量，其生热率却低于A型花岗岩。三种类型花岗岩Th平均含量的计算结果表明A型花岗岩Th平均含量为 34.37 ppm，显著高于S型花岗岩的22.50 ppm和I型的 23.70 ppm，从结果来看，华南地区I型花岗岩表现出了相对富Th的特征。对不同构造期下三种类型花岗岩浓度分布进行分析，结果(图 11b、11c)显示，相同构造期下，三种类型花岗岩之间依然有着相同的差异，因此浓度差异与构造活动可能没有太大关系。总之，华南地区S型花岗岩相对富U，A型花岗岩相对富Th，而S型花岗岩浓度分布表现出的离散化，我们猜测可能与成因环境有关，其成因环境相对于A型和I型更为复杂和多样，并且更多的处在具有富铀矿物环境中。3.3 花岗岩对华南地区地热资源的贡献3.3.1 产热量东南沿海中-低温地热资源丰富，有大量温泉出露，温泉的形成和分布与花岗岩侵入体的大小和放射性热的产生密切相关，其地下水热活动受控于花岗岩图 11 不同类型花岗岩全部构造期(a)、燕山期(b)、印支期(c)的Th与U浓度关系图Fig.11 Th and U concentration relationship diagrams of different types of granite during all tectonic periods(a),Yanshanian period(b),and Indosinian period(c)010203040500204060801000102030405002040608010001020304050020406080100Th/ppmU/ppmTh/U=2.43(R2=0.72)Th/U=2.17(R2=0.66)Th/U=1.10(R2=0.41)(a)Th/ppmU/ppmTh/U=2.07(R2=0.66)Th/U=0.88(R2=0.43)Th/U=2.17(R2=0.73)(b)Th/ppmU/ppmTh/U=2.98(R2=0.68)Th/U=3.56(R2=0.72)Th/U=0.97(R2=0.39)(c)A型I型S型A型I型S型A型I型S型华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响 269体，并且热源主要是叠加在地幔热源之上的晚中生代花岗岩中的放射性生热元素22,216。因此，为了研究华南地区花岗岩对地热资源的热量贡献，本文通过所计算得到的花岗岩生热率并利用产热计算公式对华南地区花岗岩产热量进行估算。由于资料的限制，本文为了计算花岗岩每年的放射性生热量，将华南地区花岗岩假设为一个圆柱体，其体积通过出露面积乘以厚度来计算204,216，产热计算公式如下:QA SH=1015106(2)其中，A为花岗岩岩石生热率，J/ga；S为岩体出露面积，km2；H为岩体厚度，km；为花岗岩密度，g/cm3。Zhou et al217对华南地区燕山期和印支期花