CN112906194A - 一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术 - Google Patents

一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术 Download PDF

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CN112906194A CN202110079217.6A CN202110079217A CN112906194A CN 112906194 A CN112906194 A CN 112906194A CN 202110079217 A CN202110079217 A CN 202110079217A CN 112906194 A CN112906194 A CN 112906194A
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张元�
鲁海峰
孟祥帅
车小兵
王秉文
张桂芳
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Abstract

本发明公开一种层状岩体地温垂直传导‑对流模型的建立技术，其特征在于，包括以下步骤：一、建立垂向上的温度分布的一维数学模型；二、根据传导层和对流层的分布形式，给出层状岩体地温垂直传导‑对流模型温度分布方程；三、利用“迭代法”原理以及“追赶法”思想推导出中间各层面的温度值与模型上下表面已知温度的迭代关系式；四、将求得的迭代关系式代入温度分布方程求得地温与埋深的通项公式；五、利用Matlab软件对通项公式进行参数分析，求得不同情况下地温沿垂向上的分布与埋深的关系；六、验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。本发明利用温度场在层状岩体和含水层中的传递规律，建立了层状岩体地温垂直传导‑对流模型。模型通用性强，模型计算过程简单快捷，结果精度较高。

Description

一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术
技术领域
本发明涉及地温异常研究领域，具体的是一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术。
背景技术
随着矿井开采深度和范围的逐渐增加，各种散热源放热和扩散量的增加，使高温矿井的数目日益增多，深井矿井地热灾害问题日益严重。我国于1954年开始对井田地温场与井巷围岩温度进行观测研究，到20世纪70年代，对全国矿山地热状况进行了调查研究。近些年，随着对温度场与降温机理研究不断深入，井下地温测试数据逐渐增多，热环境控制措施也不断趋于完善。目前，对于井下热环境的研究，集中在理论研究、数值计算及室内试验等几个方面。
由于矿井热害的存在，矿井内高温高湿的作业环境一方面对矿工的身体健康、安全和生产造成危害，另一方面还降低了工人的劳动生产率、影响矿井的经济效益。矿井内热量的来源主要是井巷围岩的放热和散湿，故准确计算地下温度场分布是矿井热害防治的基础，而且计算的精确性关系到矿井降温设计的合理性和经济性。温度场的准确计算与岩层热力学参数以及地下水运移有着很大关系。
目前地温曲线主要靠实际钻孔测温，需要花费大量人力物力，且测得的地温曲线受钻井的扰动较大，可能会与实际的温度曲线分布情况产生差异。采用层状岩体地温垂直传导-对流数学模型是一种行之有效的方法，但目前在系统依据巷道实测岩层热力学参数求地温曲线的技术还未见有专利报道。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，本发明降低了人力、物力的消耗，提出通过测温孔的实测参数，依据所建立的通项模型计算温度－埋深的分布曲线，可有效减小测温孔的钻井工作量，且计算过程简洁，为准确快速地获取地温曲线提供了新的数学模型。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，包括以下步骤：
一、建立传导层与传导-对流层的垂向温度分布一维数学模型；
二、根据传导层和对流层的分布形式，给出层状岩体地温垂直传导-对流模型各层内的温度及温度梯度分布方程；
三、利用“迭代法”原理以及“追赶法”思想推导出中间各层面的温度值与模型上下表面已知温度的迭代关系式；
四、将求得的迭代关系式代入温度分布方程，求得温度及温度梯度与埋深的通项公式；
五、利用Matlab软件对通项公式进行参数分析，分析不同情况下地温沿垂向上的分布与埋深的关系；
六、验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。
进一步地，所述步骤一中的传导层与传导对流层均假设为各向同性的均质导热体，地下岩体由理想的隔水岩层组成，且不存在任何的水流渗透作用，具体方法为：传导层内，垂向上的温度分布可用一维的数学模型表示：
Figure BDA0002907849550000021
此方程解析解为：
Figure BDA0002907849550000022
传导－对流层内，受地下水活动影响，温度场同时受到传导及对流的控制。流体在地质中较快运动时，其移动区域与围岩间存在一定的温度差，存在热交换现象。此时一维的数学模型表示为：
Figure BDA0002907849550000031
当渗透系数较大且深部存在高压，地下水将做大范围的垂向运动，但移动速度较小，地下水运移时间较长。在此过程中水体与围岩充分接触，来自深部较高温的水流对围岩进行缓慢加热，水流和围岩的温度差较小，二者的热交换可忽略不计，故取a＝0，方程可简化为：
Figure BDA0002907849550000032
当水流运移时间t→∞时，水流与围岩间达到热平衡，可视作稳态现象，方程变为：
Figure BDA0002907849550000033
基于假设，则方程的解析解为：
Figure BDA0002907849550000034
其中
Figure BDA0002907849550000035
T0、T1为上、下边界的已知温度；vz为地下水垂向上的渗流速度，单位为m3/s；垂向上岩体总厚度为h； a为地下水和围岩间的热交换系数；k为地下水和岩石混合物的热导率，单位为 W·(m·K)-1；cw、ρw为地下水的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3；c1、ρ1为地下水和岩石混合物的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3； T为地下水和岩石混合物的温度，单位为℃；n为围岩的孔隙度；Tc为围岩的温度，单位为℃；z为埋深，单位为m；t为时间，单位为s。
进一步地，所述步骤二中的温度分布方程为：
①上部传导型区内的温度分布：
Figure BDA0002907849550000036
温度梯度为：
Figure BDA0002907849550000037
②中部传导-对流区内各层的温度分布为：
Figure BDA0002907849550000038
温度梯度为：
Figure BDA0002907849550000041
③下部传导型区内的温度分布：
Figure BDA0002907849550000042
温度梯度为：
Figure BDA0002907849550000043
进一步地，所述步骤三中的具体推导过程为：按照热传导规律，流过两物体接触表面的热流密度相等，即：
Figure BDA0002907849550000044
①上部传导层内(1＜i≤m)：
Figure BDA0002907849550000045
求解后得到各相邻层接触面的温度为：
Figure BDA0002907849550000046
其中：
Figure BDA0002907849550000047
在进行传导-对流层内的层面温度计算前，考虑到第m层与第m+1层交界面为传导区与传导-对流区的交界面，需单独计算，在第m层与第m+1层的两固体接触表面上有：
Figure BDA0002907849550000048
求解后得到接触表面的温度为：
Figure BDA0002907849550000049
其中：
Figure BDA00029078495500000410
②中部传导－对流层内(m+1≤i≤m+j-1)：
Figure 2
求解后得到接触表面的温度为：
Figure BDA0002907849550000052
其中：
Figure BDA0002907849550000053
在进行传导层内的层面温度计算前，考虑到第m+j层与第m+j+1层为下传导区与中部传导-对流区的交界面，需单独计算，在第m+j层与第m+j+1层的两固体接触表面上有：
Figure BDA0002907849550000054
求解后得到接触表面的温度为：
Figure BDA0002907849550000055
其中：
Figure BDA0002907849550000056
③下部传导层内(m+j+1≤i≤n-1)：
同①可得：
Figure BDA0002907849550000057
其中：
Figure BDA0002907849550000058
上述①、②、③步骤利用已知上表面温度T0完成“追”的步骤。结合已知下表面温度Tn回代完成“赶”的步骤，得出模型内各层层面温度与上下表面温度T0、Tn的迭代关系式：
Figure BDA0002907849550000061
其中，当i＝0,n时，Ti＝T0,Tn。
进一步地，所述步骤四中的具体结果为：沿垂向上，围岩内的温度分布为：
Figure BDA0002907849550000062
其中
Figure BDA0002907849550000063
将上式计算结果代入下式计算地温梯度：
Figure BDA0002907849550000064
式中，
Figure BDA0002907849550000065
—地温梯度,℃/100m；T—埋深z(m)的地温,℃；TC—恒温带温度,℃；hC—恒温带厚度,m.
进一步地，所述步骤五中的具体方法为：根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤五中的具体方法为：首先其他变量为定值，改变地下水体积流速或围岩热导率，代入步骤四的数学模型通项公式中，分析不同地下水流速或围岩热导率组合下，垂向上地温与埋深的关系，得出随流速或热导率等参数变化时，温度分布变化规律，详见附图2与附图3。
进一步地，所述步骤六中的具体方法为：验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。
本发明的有益效果：
1、目前矿井热害问题日益严重，准确获取地温分布规律是解决矿井热害问题前提基础，本发明涉及的层状岩体地温垂直传导-对流模型适用性强，应用性广，原理简单，计算简洁，给地温曲线的获取提供了一种新的方法和手段。
2、本发明利用温度场在层状岩体和含水层中的传递规律，建立了层状岩体地温垂直传导-对流模型，模型通用性强，适用于层状岩体导热方式为传导型、传导-对流型的多种组合方式温度场拟合。模型计算过程简单快捷，结果精度较高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明层状岩体地温垂直传导-对流模型示意图；
图2是本发明参数分析不同地下水体积流速时的温度-埋深关系曲线；
图3是本发明参数分析不同热导率组合的温度-埋深关系曲线；
图4是本发明发明实施例顾桥XLZL1Z钻孔实测温度与计算温度曲线；
图5是本发明发明实施例顾桥XLZL1Z钻孔实测地温梯度与计算地温梯度曲线。
图6是本发明发明实施例丁集16-11钻孔实测温度与计算温度曲线；
图7是本发明发明实施例丁集16-11钻孔实测地温梯度与计算地温梯度曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，包括以下步骤：
一、建立传导层与传导-对流层的垂向温度分布一维数学模型；
二、根据传导层和对流层的分布形式，给出层状岩体地温垂直传导-对流模型各层内的温度及温度梯度分布方程；
三、利用“迭代法”原理以及“追赶法”思想推导出中间各层面的温度值与模型上下表面已知温度的迭代关系式；
四、将求得的迭代关系式代入温度分布方程，求得温度及温度梯度与埋深的通项公式；
五、利用Matlab软件对通项公式进行参数分析，分析不同情况下地温沿垂向上的分布与埋深的关系；
六、验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。
其中，步骤一中的传导层与传导对流层均假设为各向同性的均质导热体，地下岩体由理想的隔水岩层组成，且不存在任何的水流渗透作用，具体方法为：传导层内，垂向上的温度分布可用一维的数学模型表示：
Figure BDA0002907849550000081
此方程解析解为：
Figure BDA0002907849550000091
传导－对流层内，受地下水活动影响，温度场同时受到传导及对流的控制。流体在地质中较快运动时，其移动区域与围岩间存在一定的温度差，存在热交换现象。此时一维的数学模型表示为：
Figure BDA0002907849550000092
当渗透系数较大且深部存在高压，地下水将做大范围的垂向运动，但移动速度较小，地下水运移时间较长。在此过程中水体与围岩充分接触，来自深部较高温的水流对围岩进行缓慢加热，水流和围岩的温度差较小，二者的热交换可忽略不计，故取a＝0，方程可简化为：
Figure BDA0002907849550000093
当水流运移时间t→∞时，水流与围岩间达到热平衡，可视作稳态现象，方程变为：
Figure BDA0002907849550000094
基于假设，则方程的解析解为：
Figure BDA0002907849550000095
其中
Figure BDA0002907849550000096
T0、T1为上、下边界的已知温度；vz为地下水垂向上的渗流速度，单位为m3/s；垂向上岩体总厚度为h； a为地下水和围岩间的热交换系数；k为地下水和岩石混合物的热导率，单位为 W·(m·K)-1；cw、ρw为地下水的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3；c1、ρ1为地下水和岩石混合物的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3； T为地下水和岩石混合物的温度，单位为℃；n为围岩的孔隙度；Tc为围岩的温度，单位为℃；z为埋深，单位为m；t为时间，单位为s。
其中，步骤二中的温度分布方程为：
①上部传导型区内的温度分布：
Figure BDA0002907849550000097
温度梯度为：
Figure BDA0002907849550000098
②中部传导-对流区内各层的温度分布为：
Figure BDA0002907849550000101
温度梯度为：
Figure BDA0002907849550000102
③下部传导型区内的温度分布：
Figure BDA0002907849550000103
温度梯度为：
Figure BDA0002907849550000104
其中，步骤三中的具体推导过程为：按照热传导规律，流过两物体接触表面的热流密度相等，即：
Figure BDA0002907849550000105
①上部传导层内(1＜i≤m)：
Figure BDA0002907849550000106
求解后得到各相邻层接触面的温度为：
Figure BDA0002907849550000107
其中：
Figure BDA0002907849550000108
在进行传导-对流层内的层面温度计算前，考虑到第m层与第m+1层交界面为传导区与传导-对流区的交界面，需单独计算，在第m层与第m+1层的两固体接触表面上有：
Figure BDA0002907849550000109
求解后得到接触表面的温度为：
Figure BDA0002907849550000111
其中：
Figure BDA0002907849550000112
②中部传导－对流层内(m+1≤i≤m+j-1)：
Figure 3
求解后得到接触表面的温度为：
Figure BDA0002907849550000114
其中：
Figure BDA0002907849550000115
在进行传导层内的层面温度计算前，考虑到第m+j层与第m+j+1层为下传导区与中部传导-对流区的交界面，需单独计算，在第m+j层与第m+j+1层的两固体接触表面上有：
Figure BDA0002907849550000116
求解后得到接触表面的温度为：
Figure BDA0002907849550000117
其中：
Figure BDA0002907849550000118
③下部传导层内(m+j+1≤i≤n-1)：
同①可得：
Figure BDA0002907849550000119
其中：
Figure BDA00029078495500001110
上述①、②、③步骤利用已知上表面温度T0完成“追”的步骤。结合已知下表面温度Tn回代完成“赶”的步骤，得出模型内各层层面温度与上下表面温度T0、Tn的迭代关系式：
Figure BDA0002907849550000121
其中，当i＝0,n时，Ti＝T0,Tn。
其中，步骤四中的具体结果为：沿垂向上，围岩内的温度分布为：
Figure 4
其中
Figure BDA0002907849550000123
将上式计算结果代入下式计算地温梯度：
Figure BDA0002907849550000124
式中，
Figure BDA0002907849550000125
—地温梯度,℃/100m；T—埋深z(m)的地温,℃；TC—恒温带温度,℃；hC—恒温带厚度,m.
其中，步骤五中的具体方法为：根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤五中的具体方法为：首先其他变量为定值，改变地下水体积流速或围岩热导率，代入步骤四的数学模型通项公式中，分析不同地下水流速或围岩热导率组合下，垂向上地温与埋深的关系，得出随流速或热导率等参数变化时，温度分布变化规律，详见附图2 与附图3。
其中，步骤六中的具体方法为：验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。
实施例：
顾桥矿XLZM1测温孔与丁集16-11测温孔分别位于顾桥矿西侧和丁集矿北侧。根据地热资源勘查资料，淮南煤田埋深-600m以下存在丰富的地热水资源，分别将两孔的标高范围在(-800m，-1500m)和(-600m至-1020m)的埋深区间作为研究区间。研究区间内XLZM1测温孔揭穿二叠纪、石炭纪、奥陶纪及寒武纪地层，主要含水层为寒武纪、奥陶纪和石炭纪地层。丁集16-11测温孔揭穿二叠纪、石炭纪地层，主要含水层为石炭纪地层。具体参数如表1所示。
表1地层厚度与导热率
A.顾桥矿XLZM1
Figure BDA0002907849550000141
B.丁集16-11
Figure BDA0002907849550000142
上述两测温孔的上、下边界的标高、温度，含水层的孔隙度、流体密度以及比热容等参数如下表2所示。
表2测温孔及含水层的部分参数
Figure BDA0002907849550000143
根据上述已知参数，将两孔参数代入模型中计算并与实测的地温曲线进行对比。结合两钻孔的岩性柱状图与实测地温曲线，初步确定两者的研究区间均存在上部导热性和下部导热-对流型温度场。
然后通过调整两种温度场分界面的标高及导热-对流区内的地下水渗流速度与方向，使解析解曲线与实测地温曲线趋于拟合。当各含水层的地下水渗流速度与温度场分界面标高取值如下表3时，地温曲线的解析解与实测值的拟合情况如附图4和附图6所示。
表3导热-对流区位置与区内渗流速度
Figure BDA0002907849550000151
由附图4和6可知，XLZL1Z与16-11测温孔均存在导热型和导热-对流型温度场。两种温度场的界面位置如图所示，界面上方的地温曲线为倾斜直线，温度场类型为导热型。界面下方地温曲线为上凸，曲线温度场类型为导热-对流型，区内赋存垂直向上的地热水。上述两类温度场内的地温曲线特征均符合参数分析中得出的结论。并且从解析解与实测值的曲线拟合情况来看，实测值与理论计算值的误差均低于0.2℃，曲线的拟合程度较高，说明在表3中对界面标高与地下水渗流速度的取值是合理的，且精度较高。综上所述，两矿均存在地热水赋存，赋存的埋深区间分别为-1020m至-1500m和-890m至-1020m。地热水垂直向上运移，顾桥矿的石炭纪、奥陶纪、寒武纪等含水层内地下水垂向流速分别为0.7e-8m3/s、1.35e-8m3/s、0.60e-8m3/s，丁集矿的石炭纪含水层内地下水垂向流速为0.75m3/s。
此外，为分析两钻孔的垂向地温梯度分布特征，根据步骤四中提出的地温梯度计算公式，计算出垂向上的地温梯度，并与实测值对比，分析解析解地温梯度与实测地温梯度在垂向埋深上的变化规律。根据实测钻孔资料，淮南矿区恒温带温度为TC＝16.8℃，厚度为hC＝30m。结果如附图5、7所示，受地下水垂向渗流的影响，两钻孔地温梯度曲线随埋深z的变化趋势均是先增大后降低，说明两矿井均赋存有垂直向上运移的地热水。从解析解的计算结果的精度上看，解析解与实测解的地温梯度变化趋势近乎一致，地温梯度拟合最大误差最大仅为0.03℃/100m，说明利用层状模型反算地下水渗流速度和辨识地热水赋存位置的精度较高。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明/发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明/发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明/发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明/发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，包括以下步骤：
一、建立传导层与传导-对流层的垂向温度分布一维数学模型；
二、根据传导层和对流层的分布形式，给出层状岩体地温垂直传导-对流模型各层内的温度及温度梯度分布方程；
三、利用“迭代法”原理以及“追赶法”思想推导出中间各层面的温度值与模型上下表面已知温度的迭代关系式；
四、将求得的迭代关系式代入温度分布方程，求得温度及温度梯度与埋深的通项公式；
五、利用Matlab软件对通项公式进行参数分析，分析不同情况下地温沿垂向上的分布与埋深的关系；
六、验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。
2.根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤一中的传导层与传导对流层均假设为各向同性的均质导热体，地下岩体由理想的隔水岩层组成，且不存在任何的水流渗透作用，具体方法为：
传导层内，垂向上的温度分布可用一维的数学模型表示：
Figure FDA0002907849540000011
此方程解析解为：
Figure FDA0002907849540000012
传导－对流层内，受地下水活动影响，温度场同时受到传导及对流的控制。流体在地质中较快运动时，其移动区域与围岩间存在一定的温度差，存在热交换现象。此时一维的数学模型表示为：
Figure FDA0002907849540000021
当渗透系数较大且深部存在高压，地下水将做大范围的垂向运动，但移动速度较小，地下水运移时间较长。在此过程中水体与围岩充分接触，来自深部较高温的水流对围岩进行缓慢加热，水流和围岩的温度差较小，二者的热交换可忽略不计，故取a＝0，方程可简化为：
Figure FDA0002907849540000022
当水流运移时间t→∞时，水流与围岩间达到热平衡，可视作稳态现象，方程变为：
Figure FDA0002907849540000023
基于假设，则方程的解析解为：
Figure FDA0002907849540000024
其中
Figure FDA0002907849540000025
T0、T1为上、下边界的已知温度；vz为地下水垂向上的渗流速度，单位为m3/s；垂向上岩体总厚度为h；a为地下水和围岩间的热交换系数；k为地下水和岩石混合物的热导率，单位为W·(m·K)-1；cw、ρw为地下水的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3；c1、ρ1为地下水和岩石混合物的比热容和密度，单位分别为J/(kg﹒℃)、kg/m3；T为地下水和岩石混合物的温度，单位为℃；n为围岩的孔隙度；Tc为围岩的温度，单位为℃；z为埋深，单位为m；t为时间，单位为s。
3.根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤二中的温度分布方程为：
①上部传导型区内的温度分布：
Figure FDA0002907849540000031
温度梯度为：
Figure FDA0002907849540000032
②中部传导-对流区内各层的温度分布为：
Figure FDA0002907849540000033
温度梯度为：
Figure FDA0002907849540000034
③下部传导型区内的温度分布：
Figure FDA0002907849540000035
温度梯度为：
Figure FDA0002907849540000036
。
4.根据权利要求3所述的层状岩体地温垂直传导-对流模型各层内的温度及温度梯度分布方程，其特征在于，所述步骤三中的具体推导过程为：
按照热传导规律，流过两物体接触表面的热流密度相等，即：
Figure FDA0002907849540000037
①上部传导层内(1＜i≤m)：
Figure FDA0002907849540000038
求解后得到各相邻层接触面的温度为：
Figure FDA0002907849540000039
其中：
Figure FDA0002907849540000041
在进行传导-对流层内的层面温度计算前，考虑到第m层与第m+1层交界面为传导区与传导-对流区的交界面，需单独计算，在第m层与第m+1层的两固体接触表面上有：
Figure FDA0002907849540000042
求解后得到接触表面的温度为：
Figure FDA0002907849540000043
其中：
Figure FDA0002907849540000044
②中部传导－对流层内(m+1≤i≤m+j-1)：
Figure 1
求解后得到接触表面的温度为：
Figure FDA0002907849540000046
其中：
Figure FDA0002907849540000047
在进行传导层内的层面温度计算前，考虑到第m+j层与第m+j+1层为下传导区与中部传导-对流区的交界面，需单独计算，在第m+j层与第m+j+1层的两固体接触表面上有：
Figure FDA0002907849540000048
求解后得到接触表面的温度为：
Figure FDA0002907849540000049
其中：
Figure FDA00029078495400000410
③下部传导层内(m+j+1≤i≤n-1)：
同①可得：
Figure FDA0002907849540000051
其中：
Figure FDA0002907849540000052
上述①、②、③步骤利用已知上表面温度T0完成“追”的步骤。结合已知下表面温度Tn回代完成“赶”的步骤，得出模型内各层层面温度与上下表面温度T0、Tn的迭代关系式：
Figure FDA0002907849540000053
其中，当i＝0,n时，Ti＝T0,Tn。
5.根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤四的具体结果为：
沿垂向上，围岩内的温度分布为：
Figure FDA0002907849540000061
其中
Figure FDA0002907849540000062
将上式计算结果代入下式计算地温梯度：
Figure FDA0002907849540000063
式中，
Figure FDA0002907849540000064
—地温梯度,℃/100m；T—埋深z(m)的地温,℃；TC—恒温带温度,℃；hC—恒温带厚度,m。
6.根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤五中的具体方法为：首先其他变量为定值，改变地下水体积流速或围岩热导率，代入步骤四的数学模型通项公式中，分析不同地下水流速或围岩热导率组合下，垂向上地温与埋深的关系，得出随流速或热导率等参数变化时，温度分布变化规律，详见附图2与附图3。
7.根据权利要求1所述的一种层状岩体地温垂直传导-对流模型的建立技术，其特征在于，所述步骤六中的具体方法为：验证模型的计算结果，将实际测孔的参数代入模型进行计算，并和实际的测温结果进行比较，反算含水层垂向渗流速度。
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