基于深孔地温资料的内蒙古东北部末次冰消期以来的地表温度重建

The Northeastern Inner Mongolia is situated in the marginal zone of Eastern Asian Summer Monsoon, and is a sensitive area in response to global climate change. However, existing paleoclimatic reconstructions in the area mainly focus on the proxies related to paleoprecipitation or paleovegetation, the quantitative studies in terms of paleotemperature are insufficient. Meanwhile, as an important paleotemperature reconstruction method, using borehole data to invert the ground surface temperature history (i.e., borehole palaeoclimatology) has provided significant information in the cognition of past temperature variations, but the relevant researches are few in domestic. In this project, in light of the primary estimate of the obtained geothermal data from four deep boreholes (average depth exceeds 2000 m) located in Uliastai, Xilingol League of Inner Mongolia, it’s potential to reconstruct the ground surface temperature history since the last deglaciation using deep borehole data. Nevertheless, due to the attenuation problem of deep geothermal signals and the relative lack of data, more deep borehole materials are still needed for mutual checks of the inverted results to improve the reliability of the reconstruction. Hence the project plans to collect and supplement a quantity of deep borehole temperature, heat flow, and rock thermal property data near Uliastai into the existing dataset, and employ the functional space inversion technique to quantitatively reconstruct the survey region’s ground surface temperature history since the last deglaciation. It will provide useful information for regional paleotemperature reconstruction and climate model establishment in case of the project is carried out.

内蒙古东北部位于东亚夏季风的边缘带，是全球气候变化的响应敏感区，然而区域内现有的古气候重建工作多倾向于与古降水或古植被有关的指标，古温度的定量研究比较欠缺。同时，作为一种重要的古温度重建方法，利用钻孔地温资料反演地表温度的变化历史（即钻孔古气候学）为认识过去的温度变化提供了重要信息，但这类研究在国内还非常少。本项目基于对内蒙古锡林郭勒盟乌里雅斯太地区已获取的4口深孔（均深超过2000m）地温资料的初步判断，认为其满足反演末次冰消期以来地表温度变化历史的客观条件，但由于深部温度信号的衰减和数据的相对不足，还需要更多地温资料的互相校验来提高反演结果的可信度。因此，项目计划在进一步补充和完善乌里雅斯太地区的深孔温度、大地热流、岩石热物性等资料的基础上，采用钻孔古气候学的泛函空间反演方法来定量重建研究区末次冰消期以来的地表温度变化历史，为区域古温度的重建和气候模型的建立提供有用信息。

内蒙古东北部位于东亚夏季风的边缘地带，是全球气候变化的响应敏感区，然而区域内现有的古气候重建工作多倾向于与古降水或古植被有关的指标，古温度的研究比较缺乏。同时，作为一种重要的古温度重建方法，利用钻孔地温资料反演地表温度的变化历史为认识过去的温度变化提供了重要的信息，但此类研究在国内还非常少。本项目基于内蒙古锡林郭勒盟乌里雅斯太地区的四口（ZK3-3，ZK3-47，ZK17-14，ZK17-80）深钻孔（深度均超过1500 m，平均深度超过2000 m）地温资料，利用钻孔古气候学的泛函空间反演方法重建了该地区末次冰消期以来的地表温度变化历史。主要开展的工作有：（1）收集整理了研究区的深孔地温数据和地层信息；（2）计算获得了各钻孔的稳态地表温度、瞬态地温剖面等反演模型所需的参数；（3）测试整理分析了86块不同深度岩石的热物理性质数据，在此基础上结合地温梯度计算了背景大地热流等反演模型所需参数；（4）以一维热传导理论为基础，构建了适用于研究区地球物理泛函空间反演方法所需的数学物理模型；（5）利用泛函空间反演方法初步完成了研究区末次冰消期以来的地表温度变化历史重建工作。研究结果表明：（1）四口钻孔的地温场均以传导型地温分布为主，地温分布明显受到地表温度变化的影响；（2）ZK3-3钻井的稳态地表温度为3.66 ℃，ZK3-47钻井的稳态地表温度为8.84 ℃，ZK17-14钻井的稳态地表温度为10.36 ℃，ZK17-80钻井的稳态地表温度为11.85 ℃；（3）研究区地层的平均热导率为2.15 W/(m‧K)，稳态地温梯度介于40.2至42.3 ℃/km，平均地温梯度为41.1 ℃/km，大地热流值介于75.4至99.1 mW/m2之间，平均大地热流值为86.5 mW/m2；（4）从泛函空间反演的计算结果来看，末次冰盛期、末次冰消期、全新世大暖期等古气候阶段在重建结果中得到了明显的体现，后期模型的进一步优化有望获得可靠的古温度重建结果。项目从一种新的研究手段和角度为区域古温度的重建和气候模型的建立提供了相关信息，基本完成了预定的研究目标。