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地壳中的许多矿物是由岩浆熔体或深地壳中形成的伴随熔融体结晶而成的，这些矿物承载着关于地球形成和演化的信息，作为地壳的主要成分，花岗岩类矿物的演化历史对于地球的形成演化规律具有重要的证明作用[1]，同时对矿物在高压下的结构、性质和转化的研究在解决地球物理和化学的基本问题方面发挥着关键作用[2]。近年来，穿地壳岩浆系统（trans-crustal magmatic systems）为构造-岩浆活动过程及深部动力，研究岩浆上升和累积侵位，岩浆体在垂向上的厚度以及三维形态变化规律，控制造山带岩浆迁移的因素，侵入体大小与岩浆过程的时间尺度关系等问题提供了依据[3-5]。穿地壳岩浆系统形成的动力学基础是渗透性热对流，由于岩浆上涌过程中地壳性质、构造环境、壳幔相互作用的变化，地壳内岩浆储库的多寡、规模岩浆注入的方式和在地壳中的位置都会发生变化[6-8]。地壳岩石中大量放射性生热元素（主要为 U238、U235、Th232 和 K40 四种元素），在衰变过程中会释放出热能。作为构建岩石圈热结构重要参数，岩石放射性生热其在空间上的分布状态，与岩石圈的构造热演化密不可分，同时与沉积盆地内油气的生成、运移和聚集有着密切的关联[9]。目前针对穿地壳岩浆系统不少学者对其包括构造-岩浆活动、构造热演化史及深部动力机制等进行了大量的工作，取得了较好的研究成果，但很少从岩石圈整体结构出发，更加系统地考虑穿地壳岩浆系统对于岩石圈流变结构的整体影响及其对岩石圈热结构的影响[4，10-13]。笔者根据岩石物理性质，确定地壳圈层强度、脆性变形程度、岩石圈厚度等特征，对岩石圈热结构及流变结构进行研究，结合地球化学特征约束岩石圈不同性质岩石在地壳中的几何形状、组成、体积等，进一步确定岩石圈演化历史，明确大陆岩石圈在延伸过程中的热流变结构及构造演化[15-16]，建立岩石圈流变结构和热结构。
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1 华北克拉通岩石圈结构及演化
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1.1 华北克拉通岩石圈结构
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陆壳寿命长达40多亿年，受天体引力及月引潮力等对地球的反复交替作用影响，地壳内地幔形成热对流，大陆地壳底部深熔岩石发生部分熔融等大规模岩浆活动，对地球产生热效应，形成原始大气圈及水圈。地壳厚度不断增加，地球圈层横向上表现为岩石圈伸展、俯冲等活动，垂向上由于地球内部挥发性组分及气体大量逸出，引潮间断期地壳下流体速度减慢，岩浆活动减弱，在交替作用下地球圈层在垂直方向上产生分异[17-18]。一般利用岩石圈结构、温度、压力以及应力状态的函数表征大陆岩石圈的流变结构，岩石圈在纵向上可视为具有牛顿或非牛顿流变性的黏性层或为弹性-黏性-塑性流变的成层介质；在横向上主要关注地壳厚度以及岩石圈发生热反应年代的不同阶段[19-20]。前人建立了许多模型，有针对不同盆地类型的力学性质模型，有高压破碎带确定脆性变形模型，但不同盆地对应的盆地动力及其构造活动不同，模拟出的力学性质也不同。岩石圈的高压破碎带产生的岩石圈脆性变形与其热结构密切相关，因此岩石圈热结构和热-流变结构能够更好表征岩石圈深部热状态。
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岩石圈热结构是研究大陆地壳演化和稳定性的重要制约因素，也更能反映地热最本质的特征[21]。通过研究地区壳、幔两部分热流的配分比例及其组构关系，能更好明确壳幔热流对现今地壳、上地幔的活动性及深部温度的影响。研究一个地区的岩石圈热结构就是分析地表热流（qs）的构成中地壳热流（qc）和地幔热流（qm）各自的比例[21]。大陆岩石圈的力学强度和流变性质受岩性组成、温度、压力、孔隙流体和应力环境等因素影响，与岩石圈热结构密切相关。
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大陆地壳的总体结构和化学结构是汇聚板块边缘的初级地壳减薄和次级构造改造的函数，地壳岩石圈强度主要受温度及其中矿物晶体的物理性质影响。大陆地壳沉积盖层有3个地震波速（vp）层构成：上地壳花岗质岩石vp为5.9~6.3 km/s；中地壳花岗闪长质-闪长质岩层vp为6.4~6.7 km/s；下地壳为玄武质-变玄武质岩层vp为6.8~7.6 km/s。但上、中地壳的界面往往不清晰，因此往往分为硅铝质的上地壳花岗质岩层和硅镁质的下地壳玄武质岩层，二者之间具有不连续的康拉德面[22]。同时已有研究表明地台（地盾）区域，地震纵波波速从6.8 km/s突变到8.1 km/s，根据不同地壳演变历史具有不同的地壳结构。
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已有研究针对山东东部建立了地壳尺度的生热率模型[9，21，23]，并且根据地幔和地壳热流的展布情况，提出“冷壳热幔”和“热壳冷幔”两种岩石圈热结构类型[21]。目前山东东部岩石圈为“热壳冷幔”状态，但由于深部热结构及构造摩擦生热等因素影响，不同岩石圈活动时期对应不同热结构。
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华北克拉通中生代改造前的岩石圈厚度约为200 km，地壳厚度约45~50 km，其厚度和结构与全球典型的元古宙克拉通岩石圈相同。在最终形成的稳定大陆状态前，经历了多期剧烈构造运动，地壳花岗岩墙侵入等现象明显；并且剧烈板块构造基地幔热隆活动，导致花岗岩侵入，最终形成镁铁质岩墙群完成克拉通化。华北克拉通在经历了多次板块碰撞、板块汇聚拼合过程后，东部岩石圈内部薄弱带发生了强烈的克拉通破坏，同时岩石圈地幔被改造，发生减薄、置换[24]。晚侏罗世—早白垩世早期，岩石圈热-流变结构表现为强的脆性地幔，对应较强的岩石圈总强度，由于古太平洋板块的俯冲，软流圈热-机械侵蚀导致苏鲁-大别造山带发生去根作用，强度自东向西减弱，导致中央裂谷带的裂陷程度向东增强，断陷发育，岩石圈拉伸减薄，深部地幔上涌，岩石圈进一步减薄[10]；早白垩世晚期和古近纪早期是板块活动最为剧烈的时期，岩石圈总强度降到最低；现今岩石圈经历稳定的冷凝及沉积作用，岩石圈强度逐渐增强，岩石圈由“冷壳热幔”向“热壳冷幔”状态变化。
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1.2 华北克拉通岩石圈演变及现今空间结构
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华北克拉通出露规模大，且板块四周伴随有一系列不同年代的造山带展布。山东东部是华北克拉通前寒武纪变质基底重要分布区之一。目前已经有许多针对华北克拉通地壳演化及岩石地球化学表征的研究，前人通过锆石 Hf 同位素和锆石U-Pb年龄获得地壳年龄数据，地壳演化过程中花岗质岩石从较为初始的英云闪长质、奥长花岗质、花岗闪长质的 TTG 岩石转变为富钾质的准铝质和过铝质花岗岩；由中酸性岩石和沉积岩部分熔融形成的钾长花岗质变质岩和基性岩部分熔融形成的 TTG 质二长花岗质岩石，改变岩石圈的结构[25-26]。熔融变质是大陆地壳的陆壳增厚和再造过程的体现，此时大陆地壳也更稳定[27]。
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山东东部包括华北克拉通及苏鲁造山带。中生代以来，主要受古太平洋板块的俯冲以及板块后撤作用的影响[28-30]，山东东部经历了多次构造应力场的转变，区域板块发生了大规模的克拉通破坏[31]。与此同时，中国东部发育了大规模的火山岩浆作用[12，28，30，32]，山东东部地区的火山岩在不同地区的年龄有所差异。前人研究表明山东东部具有大规模中生代产生的变形，并且具有不同时空分布及时期的岩浆作用，因此研究山东东部岩浆时空分布与演变对认识地球深部热动力学机制，理解板块运动与克拉通活化关系具有重要意义。
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在太古宙末期和古元古代早期，山东东部发生明显的克拉通化作用。富钾的花岗质岩石成分增加（图1），指示早期陆壳渐趋于成熟；与元古宙相比，太古宙时期的华北克拉通具有独特的花岗岩绿岩带特征，绿岩带则是由一套未变质或浅变质的表壳岩组成，含有大量不相容元素[24，34]。
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古元古代早期下地壳主要以麻粒岩相为主，而后经历了古元古代晚期、新元古代、早古生代、晚三叠世和晚侏罗世的幕式热事件，最后早白垩世玄武质岩浆底侵堆晶形成辉石岩，并且晚中生代以来下地壳经历强烈改造并发生了明显的减薄[35]。古元古代末期，华北克拉通成为哥伦比亚超大陆的一部分，这一时期华北克拉通构造基底不稳定，断裂、地震火山活动频发，地层沉积厚度巨大，且横向变化显著，地层之间多为不整合接触；到了中—新元古代发育多期裂谷，伴随陆内岩浆活动及壳幔强烈相互作用，形成了全球性的现代岩石圈结构。并且华北克拉通在长期地质演化历史中仍具有相对稳定性，前寒武世结晶基底上覆有中、新元古代—二叠纪稳定的盖层沉积。因此古生代与新生代，华北克拉通岩石圈厚度存在巨大的差异，克拉通岩石圈发生了显著活化和改造。
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显生宙以来岩石圈减薄包括了2个阶段的演化过程，分别是早期阶段的地壳强烈伸展与剧烈减薄（135~122 Ma）和晚期阶段岩石圈根部垮塌（122~108 Ma）。在早期阶段，区域上广泛发育地壳拆离构造，出现少量的壳源岩浆活动，岩石圈地幔尺度的拆离作用微弱，区域地壳发生剧烈减薄，在此时期地壳和岩石圈地幔层次的构造-岩浆活动表现出解耦特性。到晚期阶段，区域岩浆活动强烈，发育大量壳、幔源岩浆岩，区域岩石圈地幔发生剧烈减薄和根部垮塌，地壳层次的拆离作用微弱。
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克拉通和造山带是构成大陆地壳的两个基本构造单元。大陆地壳的形成和分化多发生在增生和碰撞造山带的会聚板块边缘，同时构造活动产生大量热发生岩浆活化、地壳热结构变化。这一过程改变了大陆的壳层结构及其稳定性，导致克拉通破坏更加剧烈。山东东部中生代陆内变形和强烈岩浆作用及其时空分布与演变过程，为地球热动力学机制研究提供重要理论支撑[25-26]。因此认识大陆演化和大陆改造，需要针对花岗岩，用流变结构和热结构揭示大陆浅层地壳的形态及深层岩浆如何熔融、结晶、上涌、再结晶等演化的关系。但若涉及到地块、苏鲁造山带等构造活动因素，岩石圈结构更加复杂，本文中重点讨论华北克拉通深部地热结构及其对应流变结构。
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2 山东东部穿地壳岩浆系统地热储集体理论
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2.1 晚中生代山东东部穿地壳岩浆系统
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大陆地壳演化的大多涉及2个分化阶段：第1阶段是从地幔上涌玄武岩岩浆，第2阶段则是这种玄武岩的重熔[37]。与地壳演化历史对应，华北岩石圈地幔也经历漫长复杂的演化过程，表现为高度时空不均一性。古生代克拉通岩石圈地幔流体在不同深度下形成了不规则的复杂花岗岩体[23]，不仅富含流体及REE，同时含有放射性生热元素，随着地幔演化深部的流体不断在岩石圈中聚集，在进一步熔融作用后，再次形成新生熔体的上升和分流。
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在时间上，太古宙的 Re-Os 同位素特征强烈富集不相容元素和放射性同位素的地幔捕虏体多见石榴石方辉橄榄岩，指示当时岩石圈地幔具有巨厚、难熔、复杂交代的特征；晚中生代—新生代玄武岩中的地幔捕虏体一般为尖晶石二辉橄榄岩，显生宙的Re-Os年龄具有亏损不相容元素和放射性同位素的特征[36]。
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山东东部地区现今残留的穿地壳岩浆系统是由中生代莱阳期的深部构造活动所控制，而在青山期，强烈的地壳伸展作用造成了火山岩浆作用与同期的构造活动，莱阳期形成的断裂带格局与青山期形成的断裂带构造共同构成的网格成为了岩浆穿透地壳的通道[33]。其中基性岩浆在较深部与深大断裂沟通，直接由此上涌至喷出地表，未经历过多与围岩的相互作用。在此过程中，岩浆的上涌导致了区域的热隆升，隆升区两侧边缘发育滑脱断层拆离断层，伴随了热隆-滑脱-伸展-成盆的动力学过程。“热隆滑脱”机制是山东东部地区早白垩世青山期盆地形成的主要动力学机制，青山期处于SE-NW向拉张的应力背景，大规模的穿地壳岩浆系统的发育，导致区域热隆。热隆速率可以运用花岗岩的侵入时间与暴露地表时间进行初步计算。经过巨量剥蚀至现今出露，侵入岩体几乎全部分布于隆起区，火山机构沿着深大断裂呈现串珠状分布（图2）。岩浆熔体在上地壳中上涌，岩浆的黏度与密度随着深度变化而变化，上升过程中伴随了多次的部分熔融、分离结晶与同化混染作用，在地壳的不同深度形成不同性质的岩浆房与熔体。
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图2 山东东部近海地区早白垩世穿地壳岩浆系统[10]
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Fig.2 Early cretaceous transcrustal magmatic system in the offshore area of eastern Shandong[10]
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2.2 穿地壳岩浆系统改变岩石圈结构
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在穿地壳岩浆系统新概念提出后[3]，大量学者针对不同研究区的火山岩浆系统，结合经典的岩浆地化模型以及地球物理资料，进行了广泛的运用: Samrock 等[38]提出埃塞俄比亚裂谷岩浆段的地壳尺度电导率模型，基于大地电磁数据的三维相位张量反演，为研究裂陷机制、岩浆上升期演化和地热储层前景提供了新的思路；Mutch等[39]将地热气压测量法与贝叶斯反演扩散时计结合起来，研究了冰岛北部博格伦火山喷发的原始橄榄石晶体，揭示了下地壳和上地壳之间的快速联系；Trua 等[40]利用弧后熔岩中的单斜辉石晶体，确定在穿地壳岩浆系统中驱动玄武岩向安山岩岩浆演化的过程；Journeau 等[41]用地震火山震颤源来描绘俄罗斯堪察加半岛Klyuchevskoy火山群下面的岩浆系统的活动部分，利用快速的压力瞬变和动态渗透性，对建立扩展的、高度动态的穿地壳岩浆系统的概念模型提供支持，还原深部岩浆动力学，解释深部动力学机制。
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大陆地壳含有大量不相容元素，如Rb、Cs、K、Ba、U、Th、Ta等，地幔主要成分为超镁铁质，没有经历（或极少量）火成岩分异作用，但地壳经历一定程度的分异作用，成分主要以镁铁质和长英质花岗岩为主[42]。花岗岩集中在大陆地壳的上部，下地壳一定比上地壳更多镁铁质。从地球化学的角度来看，熔融物质从下地壳转移到上地壳是大陆地壳分异为低含水、难熔的下部和长英质、含水且不相容的元素丰富的上部的主要过程，这一过程稳定了大陆地壳。
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通常古老、构造稳定的克拉通地区莫霍面温度往往较低，这种差异性可能是由于地幔热流的不同而造成的。运用层析成像等地球物理方法显示中国东部造山带岩石圈为“壳薄幔厚”的结构，幔指的是上地幔软流层以上的上地幔部分。为了查明构造断裂对深部岩石圈结构影响，明确断裂带深部结构及发生—发展过程，获取了在沂沭裂谷带布设的，从临沂市沂水县南侧向日照市莒县方向延伸的深反射地震剖面线，全长约为59 km[43]，对地震速度结构解释剖面与反射地震成像构造剖面进行叠合，得到过沂沭裂谷带（沂水—日照）反演成像图。
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以过地震波速结构解释剖面为例（图3），可以看到地震波速度垂直方向由浅到深逐渐增加，指示地幔热流占比逐渐增加；在同一深度上速度剖面也有明显深浅区别，断裂带呈现差异较明显的反射结构，莫霍面附近速度结构也有明显差异，同时观察到壳幔过渡带。说明该异常区域发生构造-岩浆活动并有地幔岩浆房形成。同时可以看到明显岩石圈层热隆，在约40 km速度急剧增加，可以判断该深度为莫霍面大致深度位置。
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图3 过沂沭裂谷带（沂水—日照）地震剖面叠合图与穿地壳岩浆系统形态示意图
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Fig.3 Superimposed map of seismic profile and morphological sketch map of transcrustal magmatic system across Yishu rift zone (Yishui-Rizhao)
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结合山东东部五莲地区已有研究数据，五莲地区中酸性侵入岩年龄为125.5 Ma，可以推测最初140~120 Ma地幔部分熔融所产生的熔体是沿着老的郯庐断裂面向地表运移，固结成岩；同时构造活动剧烈，新生代以后新的断裂产生后，穿地壳岩浆沿着新构造破碎带向浅部运移。岩浆上涌会导致区域围岩热隆升，并伴随一系列动力学过程[5]（图3）。
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已有研究[27，44-45]表明，在上地壳中花岗斑岩不相容元素（Th、U、K）含量往往明显高于其围岩，穿地壳岩浆系统中放射性元素主要富集在上地壳，中层和上层之间。随着地幔上涌与围岩产生交代作用，岩浆系统中的不相容元素在垂向上也展示出逐渐富集的过程。岩石圈减薄伴随热隆效应及壳幔相互作用，侵入岩上涌，同时受元素制约在不相容的放射性元素在表壳岩熔融过程中进入岩浆并随之向浅表运移，岩石生热率提高。因此提出山东东部深层高温地热储集体理论模型（图4），晚中生代之后，受剧烈构造活动影响，克拉通下地幔对流加剧，使岩石圈深部热动力作用加剧，地幔沿岩浆通道再次上涌，同时前期地壳内上涌的岩浆再次活化，发生再次上涌及重熔，大量的岩浆可以储存在中间深度，并通过结晶、脱气、分化和与周围岩石的相互作用表现出化学变质。在固结成岩、冷凝过程中，岩浆中所含的放射性元素随岩浆进入上、中地壳固结成岩，地幔再次活化后熔融，随上涌岩浆次生富集。
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3 山东东部深层高温地热靶区预测
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日照五莲研究区域（图5，其中（a）为山东半岛位置及构造环境[4]；（b）为苏鲁造山带地质图及地热靶区[13]；（c）为靶区及周边地质构造[45]位于华北克拉通东部，华北板块和杨子板块交界处。从古生代到中生代早期，山东半岛的主要构造趋势由N-W变为NNE-SSW，并且主要的应力机制由挤压变为扩张。苏鲁造山带沿山东半岛延伸至朝鲜半岛中部，先后受郯庐断裂带、朝鲜西海断裂带作用，造就包括北黄海盆地、南黄海盆地、胶莱盆地、日青威盆地等一系列断陷盆地现今的构造格局。火成岩出现的时间和地点说明断裂活动与岩浆活动的正相关性，断裂带是岩石圈的薄弱带，是穿地壳岩浆系统末端岩浆侵入的有利部位，隆起带热隆作用最强烈的时期为青山早期（125~115 Ma），隆起带两侧的裂陷盆地为引张裂陷阶段。
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为对穿地壳岩浆系统构建精细刻画模型，在日照靶区布设了81 km2的地球物理测线（图5（c））。其中测线L1近NNE向穿过沂沭断裂，经过多个穿地壳岩浆预测体；L2测线几乎垂直于L1测线，该处岩石圈厚度较薄，利于高精度测量方法开展（图6）。
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图4 山东东部深层高温地热储集体理论模型及地温预测示意图
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Fig.4 Theoretical model of deep high-temperature geothermal reservoir in eastern Shandong and schematic diagram of geothermal prediction
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该地区早白垩世岩浆起源于富集地幔的部分熔融；胶莱盆地中性岩浆起源于下地壳的部分熔融，并且有少量的来自软流圈地幔物质的加入；青山群酸性火山岩是拆沉下地壳熔融产物，并在上升过程中经历了与地幔的相互作用[44]。
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基于以上研究基础，以山东东部晚中生代以来岩石圈结构的岩石圈流变结构剖面为例对该区域典型穿地壳岩浆系统的深部热结构进行分析，通过计算热隆速率及地球物理探测等手段对壳幔演化对放射性元素迁移富集影响机制、岩石圈流变对地温场及地温梯度控制规律进行解释和预测。
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3.1 山东东部晚中生代岩石圈流变结构
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山东东部地区地壳侏罗纪时期华北板块地壳加厚，白垩纪时期岩石圈减薄。熔融所需热量主要来自于上升的幔源岩浆，使地壳物质的温度大于地壳固相线温度而产生熔融，形成低Sr酸性岩浆[44]，大规模的岩浆侵入作用，形成了广泛分布的花岗岩岩体，以及岩墙、岩脉产出的煌斑岩、闪长岩、辉绿岩。大量山东东部地区岩体的同位素年代学数据显示断裂附近火成岩及变质岩放射性元素（U、Th）含量相对较高，对应放射性元素的富集性；Th/Ta也较高，其范围为3.49~20.0，也预示着地壳混染作用[44，47-48]。
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岩石圈伸展减薄会引起软流圈减压上升，通过对花岗岩岩体的隆升计算，隆生速率略快于2.7~4.1 mm/a，而晚期是中性岩浆与碱性岩浆的侵位，热隆效应相对于早期的要弱很多。根据前期地质调研所得五莲地区岩石年龄为115 Ma[44-45]，大井峪地区岩浆房热隆升估计公式为
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式中，v为地壳隆升速率，km/Ma；ΔH为隆升距离，km；t1和t2为隆升前、后地层年龄，Ma。
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图5 山东东部地质简图及研究区示意图
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Fig.5 Geological map of eastern Shandong and schematic diagram of study area
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图6 深层地热靶区预测剖面位置示意图
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Fig.6 Deep geothermal target area prediction profile position diagram
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抬升历时约7~8 Ma，因此抬升距离约为2~3 km。结合地球化学及热隆计算，对穿地壳岩浆体形成年龄从左到右依次叠加，其大面积侵入体深度也随年龄增加逐渐加深，热隆深度也依次下降，在DJY处岩体预测上升高度约为3.5~5 km。L1剖面预测图见图7。
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3.2 山东东部穿岩石圈储热靶区
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地球内热由深部向上传递，对于平坦均匀介质来说，其温度随深度增加而呈线性升高，地下等温线平行于介质表面且不存在水平温度梯度。但由于地壳物质的各向异性，热传递、深部构造运动、地形起伏等诸多因素都影响地壳浅部热传导和地温分布。根据不同厚度岩层岩石放射性生热率（表1），可利用“剥层法”自计算不同层段所提供的放射性生热量，获得壳内各层段的热流配分和地幔热流。结合岩石热物性参数（热导率、生热率、地温梯度），获取岩石圈内部各圈层温度和热流信息[48]。
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大地热流传导的方向与地温梯度方向相反，大地热流主要由地壳热流和地幔热流组成。地球冷却释放热量，地壳热流来自地壳浅部放射性元素的衰变；地幔热流的热量来自深部地幔热对流和热辐射。计算岩石圈热结构通常用到地壳热流（qc）、大地热流（qo）及地幔热流（qm），单位均为mW/m2。各参数计算公式为
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式中，ΔT/ΔZ为地温梯度；D为地壳的厚度，km；A为地壳平均生热率；岩石热导率K表示岩石传热的特性，沿热传导方向在单位厚度演示两侧的温度差为1℃时单位时间内所通过的热流量， W/（m·K）。
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图7 L1剖面预测图
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Fig.7 L1 section prediction diagram
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表1 不同岩石的放射性元素含量和生热率[48]
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Table1 Radioactive element content and heat generation rate of different rocks[48]
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目前根据已有野外探勘及文献调研信息，初步估计招贤镇岩石圈2.5 km深度处平均大地热流值约为68 mW/m2，平均地温梯度为35℃/km，地表初始温度约为15℃。大井峪附近燕山期花岗岩表现出106 scp的放射性，且附近野外太古代露头均约为25 scp，元古代花岗岩露头放射性表现约为60 scp，印证了放射性的富集；而在同时期侵入岩与非侵入岩放射性进行初步对比，也可以看出侵入岩岩体放射性多为沉积岩体2~3倍。因此初步认为莒县下方岩石圈减薄，深部地热对流强，热量主要来自深部地幔，地幔生热约为地壳生热的2~3倍，为进行初步估算定位2.5倍。
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初步进行地温估算：侵入岩体令地温结构发生变化，其中地壳生热占比小，若将地壳热流qc看作1，qm /qc为2.5，则利用已知大地热流及地温梯度公式进行估算。根据倍数可知侵入岩qc约为原来的4.5倍，则该处地温梯度约为45℃/km。预估下覆3.5~5 km处高温地热体温度可达137.5~191.5℃，高出平均地温约23.5℃（图8）。该深层高温地热储集体属于放射性元素在地壳岩浆系统改造岩石圈流变结构基础上再富集的重要类型，岩石圈减薄，深部地幔的热量更加容易传导到地壳浅部，加上研究区地壳表层沉积层厚、热导率低，形成良好热储层，从而使得研究区地热异常。但依然缺乏针对该研究区域的高精度模型，随时间增加地壳温度散失，存在许多影响因素，因此需要更精细的计算手段及高精度数据推演中生代地温精细结构。
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图8 L2剖面地温场分布预测
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Fig.8 L2 profile geothermal field distribution prediction
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4 结论
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（1）山东东部上、中地壳放射性元素（U、Th、K）富集，成因在于晚中生代软流圈地幔上涌，地幔中富含的放射性元素随岩浆上涌向上运移，不断向浅部地壳输送放射性元素，顺岩浆通道向浅层运移，进入上、中地壳并冷却，发生作用并释放热量；垂向上深度越浅温度越低，冷却结晶后经历地壳增厚稳定时期，在下一次地壳减薄及大规模构造活动发生后，岩浆上涌，冷却的岩体再次活化，发生放射性元素的再次迁移，由于放射性元素的不相容性，穿地壳岩浆越接近地表放射性元素越富集。
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（2）穿地壳岩浆系统通过对岩石圈进行熔融及构造活动，改变其速度结构和热结构，晚侏罗世—早白垩世早期，岩石圈热-流变结构表现为强的脆性地幔，对应较强的岩石圈总强度，由于强烈构造-岩浆活动，岩石圈拉伸减薄，深部地幔上涌，岩石圈进一步减薄，深部热不断向地表传导，地表热流改变；经过穿地壳岩浆系统活动，产热的放射性元素在地壳中发生富集和次生富集，固结成岩并通过元素衰变产生热量。
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（3）靶区地温梯度初步估算为45℃/km。初步估计下覆3.5~5 km处高温地热体温度可达137.5~191.5℃，高出平均地温约23.5℃。
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摘要
以山东东部穿地壳岩浆系统为例，通过研究岩石圈流变结构和热结构，结合已有野外探勘及地球物理数据，对山东东部地壳演变进行还原和解释，并且进一步建立穿地壳岩浆系统的岩浆深部热效应模型，考察岩石圈深部动力学演化机制。初步估算靶区地温，对山东东部地区超过6 km岩石圈结构及其地热储集体展布进行预测，进一步阐述山东东部深部地热储集体形成理论模型。结果表明：华北克拉通太古宙形成具有稳定刚性的陆壳，花岗岩主要以未变质或浅变质的表壳岩为主；中生代以来受华北克拉通基底不稳定，经历强烈构造-岩浆活动，产生强烈构造变形，岩石圈地幔发生拆沉和置换;晚中生代山东东部由于深部构造活动剧烈，穿地壳岩浆沿大型断裂上涌至喷出地表，伴随热隆效应及同化混染；岩石圈厚度减薄，地幔上涌至上、中地壳，伴随表壳岩熔融，其中富含不相容的放射性元素随岩浆再次上涌，不断向浅部地壳输送生热的放射性元素，从而使得岩石圈热结构及流变结构改变。
Abstract
This paper takes the transcrustal magmatic system in eastern Shandong as an example. By studying the rheological structure and thermal structure of the lithosphere, combined with the existing field exploration and geophysical data, the crustal evolution in eastern Shandong was reduced and explained, and the magma deep thermal effect model of the transcrustal magmatic system is further established to understand the deep dynamic evolution mechanism of the lithosphere. The geothermal temperature of the target area is preliminarily estimated, and the lithospheric structure and the distribution of geothermal reservoirs above 6 km in eastern Shandong are predicted, and the theoretical model of the formation of deep geothermal reservoirs in eastern Shandong is further elaborated. The results show that the North China Craton formed a stable and rigid continental crust in the Archean, and the granites are mainly composed of non-metamorphic or low-metamorphic supracrustal rocks. Since the Mesozoic, the basement of the North China Craton has been unstable and experienced strong tectono-magmatic activities, resulting in strong tectonic deformation, delamination and replacement of the lithospheric mantle. In the late Mesozoic, due to the intense deep tectonic activity in the eastern part of Shandong Province, the transcrustal magma surged up to the surface along the large fault, accompanied by the thermal uplift effect and assimilation and contamination. The thickness of the lithosphere is thinned, and the mantle rises to the upper and middle crust. With the melting of the supracrustal rock, the incompatible radioactive elements are re-upwelled with the magma, and the heat-generating radioactive elements are continuously transported to the shallow crust, thus changing the thermal structure and rheological structure of the lithosphere.
