（一）地球的热场
1.概述
地球的热场（也称地热场、地温场）表示地球内部各层中温度的分布状况，是地球内部空间各点在某一瞬间温度值的总和。地热场T可表示为
T=f（x，y，z，t）（4-18）
式中：x，y，z为空间坐标；t为时间。此式反映的是非稳定热场。若
T=f（x，y，z）（4-19）
此时的热场为稳定热场。
连接地热场中温度相同的各点，可组成许多等温面，等温面的总体反映着某一时刻地球热场的分布特征（图4-11）。
图4-11 地热场示意图
大地热流密度是表征地球热场的一个重要物理量。当岩石热导率恒定时，大地热流与地温梯度dT/dz成正比，因此，地温梯度对于研究地球内部的温度分布及圈定地热异常都具有重要意义。
事实上，地热场强度E是按下式定义的：
环境与工程地球物理勘探
可见研究地温梯度就是研究地热场强度。
地热场的分布及其时空变化是受地球内部热源控制的。地球内部的热源主要来自地球内部，具有足够丰度、生热量大，且半衰期与地球年龄相当的放射性核素（如
2.地球内部的热状态
大量地温观测资料表明，愈向地壳深处，地温愈高，且地温按一定的规律随深度的增大而递增。
地壳上部的温度分布不仅取决于太阳的辐射热，而且还取决于地球内部的热源。根据地壳表层7km以内，主要是3km深度以内的地温观测资料，地壳中地温分布的状态大致可以分布为三个带：变温带、常温带和增温带。
（1）变温带
主要是受地球外部热源即太阳辐射影响的地带。地温分布具有明显的日变化、年变化，多年变化，甚至世纪变化（图4-12）。据此，变温带又可分为日变温带、年变温带、多年变温带等。日变温带一般为1～2m深，年变温带深度达15～20m。在多年冻土分布地区，冻土可厚达700～800m，因此有人认为多年变温带厚度可达1000m。变温带温度的变化幅度按一定规律随深度增大而递减。
图4-12 地壳表层的热状态（以河北省怀来县某地为例）
（2）常温带
是地壳某一深度内，地球内部的热能与上层变温带的影响达到相对平衡，地温不再发生变化的地带。这一带的厚度很小，其埋藏深度就是年变温带的影响深度。常温带的温度各地不一，主要与地区纬度、地理位置、气候条件以及岩性、植被等因素有关，一般略高于当地年平均气温1～2℃。
（3）增温带
主要是受地球内部热能所控制的地带。随深度的增加，温度增高，但到达一定的深度后，温度增加，速度减慢。
（二）地热异常
在地温测量中，我们以地壳热流或地温梯度的平均值作为正常场值。目前一般认为，大地热流平均值为62.8×10-3W/m2，平均地温梯度为0.02k/m。所谓地热异常，就是实测热流值或实测地温梯度值高于它们的正常值的部分。
已有的热流数据和大量测温资料表明，从全球来看，区域地热异常分布面积相对较小，主要分布在大洋中脊、大陆裂谷、岛弧及年轻造山带即现代岩石圈板块边界，而板块内部热流及地温梯度值接近于正常值，且呈大面积分布。然而，在区域地热正常区内，由于地壳表层的地质构造、岩性、地下水运动及古气候条件等的影响，或局部热源的存在，可使地壳表层的正常温度分布遭到破坏，常常形成局部地热异常区。
地下热水（汽）是强大的载热流体，它是将地下热能从深部传递到地表的重要媒介。大气降水渗入地壳内部经深循环加热后，在有利的地质构造条件下，由于静水压力作用而沿一定通道上涌至地表，可携带出巨大的热量。如果地下水沿缓倾斜或近水平产状的地层或构造通道运动，一般都能与围岩达到温度平衡，而不能形成地热异常或仅有微弱的地热异常显示；如果是地下水沿产状较陡的地层或近于直立的断裂带上涌时，在多数情况下，因其具有很高的速度且来不及与围岩达到完全的热平衡，因此，在热水上涌的主要通道附近，常常形成局部的地热异常区。从图4-13所示的近代火山地热区的等温剖面图可见，所有等温线在地下热水排泄区都向上突起，伸向地表，显示明显的地热异常。
图4-13 地热异常示意图
1—第四系砂、黏土互层；2—细粒黑云母花岗岩；
3—中、粗粒黑云母花岗岩；4—等温线（℃）；
5—地下热水流向；6—钻孔；7—断层；
8—地层界线