地热探测技术

地热探测技术 武汉地大华睿地学技术有限公司 1 1地热及其特征地热及其特征 地热能是蕴藏在地球内部的一种自然热能 它和煤 石油 天然气及其它矿产一样 也是一种宝贵的矿产资源 一般认为 地热主要来源于地球内部放射性元素蜕变产生的热 能 其次是地球自转产生的旋转能以及重力分异 化学反应 岩矿结晶释放的热能 在地 球形成过程中 这些热能的总量超过地球散逸的热能 形成巨大的热储量 并通过火山 热泉 岩石的热传导等方式不断地向地表传送 在特定的地质构造及水文地质条件下 地 热可以在地壳浅部富集和赋存起来 形成地热异常和有开发价值的地热田 为人类开发利 用地热能源提供有利的自然条件 1 1地热类型地热类型 根据地热资源的性质和赋存状态可将其分为 水热型 地压型 干热岩型和岩浆型四类 水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源 它是指地下储有大量热能的 蓄水层 是现在开发利用的主要地热资源 地压型地热资源是指以高压水的形式 储存于地 表以下 2000 3000m 深的沉积盆地中 并被不透水页岩所封闭的巨大热水体 虽然生成条 件不太普遍 往往在含油盆地深部 但其能量潜力巨大 而且除热能之外 它往往还贮存 有甲烷之类的化学能及高压所致的机械能 干热岩型地热资源是指地下普遍存在的没有水或 蒸汽的热岩石 其温度介于 1500C 6500C 之间 热能比上述几种资源更为巨大 岩浆型资 源是指蕴藏在熔融状和半熔状岩浆中的巨大热能 其埋藏部位最深 温度高达 6000C 15000C 后两类属今后可考虑大量开发利用的潜在地热资源 地热资源具有能量大 可再生 清洁等伏点 随着地热资源的综合利用 社会 经济 和环境效益均很显著 地热市场也得到不断的拓宽 2 2探测技术探测技术 地热资源探测的主要方法与技术包括一些常规方法如地热地质 地球化学 地球物理 钻探等和一些新技术新方法如遥感遥测和计算机模拟等 2 1地热异常现象调查法地热异常现象调查法 地下热水不是孤立地存在的 地下热水在运动过程中同周围环境互相联系互相影响 因 此有地下热水分布的地方 往往形成许多与地下热水有密切联系的自然现象 简称为地热 异常现象 如沸泉 温泉 喷气孔等 详细调查研究这些现象对寻找地下热水有重要的意义 如明代徐霞客于 1639 年对云南腾冲火山地热的详细考察和记录即属于这一类探测研究方法 这 是早期的地热探测方法 在没有测量仪器的情况下通过热异常现象的观测来探测地热资源 实用于地表 2 2地球化学和地质方法地球化学和地质方法 方法名称方法简介 地球水化学调查在不同的地质条件下形成的地下热水 都具有其特有的化学组成 它 们与当地的浅层冷水有明显的区别 热水的化学成分提供有关地热水的 来源及热储温度的信息 绘制水热蚀变图在由于植被覆盖而不易观察的地区 在地表可以测出由于水热活动而 使岩石发生蚀变的区域 将这些区域绘制成图确定水热范围 再根据 水热活动的持续时间和蚀变岩石的体积大致估计热源强度 绘制水热蚀 变图可用于勘探年轻的火山地区的地执 测量土壤中的微 量元素 有些地热异常在地表并没有出现热水活动标志 可以通过测定土壤中 的微量元素 如氧 二氧化碳等进行地下高温区的地化勘探 沉积岩中含碳物 质的蚀变 地热异常区内碳化程度的高低能提供有关温度一时间影响因素的信息 可以通过测量沉积岩中含碳物质因蚀变产生的物质 如天然气 的富集 程度 圈定出具有最高温度的区域 2 3遥感测量方法遥感测量方法 遥感是利用目标体反射或其自身辐射的电磁波 可见光 红外线等进行测量的一种探 测技术 通过搭载在卫星上的遥感器对地球表面进行快速影像拍摄 遥感资料具有视野广 表现力强等优点 具有整体化效果 使区域构造中的细微分散的局部细节连成一个大的整 体 从而发现大断裂构造展布 圈定沉积盆地范围 为地热田勘查选区提供依据 遥感红外影像是发现地热异常区的重要方法 利用红外影像资料能够直接发现地球表 层热辐射差异 特别是发现那些埋藏浅 分布偏远以致人们不易探查到的地热异常 能够 快速寻找地球表层温泉的分布 发现地热分布规律 2 4地球物理勘探方法地球物理勘探方法 地球物理勘探适宜于圈定地下深部热储的位置 其任务是 确定与地下热水有关的地质 构造 火成岩体的分布 规模和性质 查明各种断裂的方向和性质 查明第四纪覆盖层各 含水层的水文地质特征 判断地下热水的分布与埋藏状况等 岩石和水的电阻率均与温度有密切的关系 当水的温度高或岩石孔隙 裂隙中充填有 热水时 它们的电阻率将会明显降低 温度越高 视电阻率越低 水的矿化度不同 电阻率 也不同 矿化度越高 电阻率越低 地下热水的矿化度往往比普通水要高 这就造成了普 通水和地下热水不同的电阻率差异 方法名称方法简介 地温测量地温测量一般是通过深孔或地表浅层钻孔测量地温或地温梯度预测深部 热储构造的一种方法 根据地温或地温梯度异常预测地下深部是否存在 高温地热异常 重力测量法重力方法在勘查基底隆起 凹陷 判定深断裂构造位置及走向是一种十 分有效的物探方法 尤其在平原覆盖区及城市人文活动强烈地区勘查效 果显著 地电测量法地电测量方法是一种比较简便的方法 该方法利用地下电阻率的分布确 定地热异常区的温度和热储以及控热构造 大地电磁测深 法 一种利用不同天然电磁场和可控制的人工电磁场 了解地下深层不同深 度介质的电性分层 用以推断控制地热孕育 发生 发展 储藏的构造 以及了解地下热储的温度状况的方法 可控源音频大 地电磁测深法 方法理论和仪器都得到了很大发展 应用领域也扩展到普查 勘探石油 天然气 地热 金属矿产 水文 环境等各个方面 从而成为受人重视 的一种地球物理方法 航空磁法用航空磁测资料能够发现断裂构造位置及走向 划分基底隆起 凹陷 圈定侵人岩体范围 结合地质资料 推测侵人体形成的大致地质年代和 岩性 由此预测侵人岩体对形成地热田的影响程度 进而预测地热田可 能形成的远景区域 缩小地热田的勘查靶区 地震法随着地层温度的升高 岩石的物性特征会发生很大变化 其中最明显的 变化是 随着温度的升高 岩石的纵波速度降低 横波速度也逐渐减小且 趋于零 3 3解决方案解决方案 由于地热田类型不同 热储构造埋深不同 因此 不同地热田所选择物的化探勘查方 法或不同方法组合也不一样 正确的物化探勘查方法选择将直接影响地热田勘查效果 1 实践表明 采用 EH 4 电磁测深法与高密度电法相结合的综合物探方法 在断层定位和 地热勘查方面取得了较好的效果 为今后多种物探方法的综合应用提供了一个有效的 组合模式 2 地震方法作为一种超深且高精度的勘探方法 在一定程度上弥补了重磁电方法勘探的 不足 它已在我国大多数地热田展开了应用 主动地震成本相对高 因此在地热资源 普查阶段仍然依靠被动地震 而对于评价区的地热储层 主动地震才是最可靠的资料 被动地震方法理论成熟 成本较低 但是分辨率低 适合地热田的初期开发 主动地震 方法密度大 高信噪比和高分辨率 适合地热田的选区评价和井位优选 将二者有效结 合 能够提高地热资源的探测精准度 随着地层温度的升高 岩石的物性特征会发生 很大变化 其中最明显的变化是 随着温度的升高 岩石的纵波速度降低 横波速度也 逐渐减小且趋于零 3 地热田热储区电阻率是热储区体积范围内各种介质电阻率的综合反映 主要包括地层 岩性 地层温度 水离子类型和浓度 地层孔隙度 渗透率及岩层的破碎程度等 由 于热水的溶解能力相对较高 所以随着地下水温度升高 地下水溶解能力增强 水的 密度和载滞性减小 随之地下水矿化度增高 离子活跃性增加 电阻率降低 形成热 储构造区低电阻率异常特征 有资料显示 温度相对升高 40 相同地层电阻率降低 44 4 对称四极测深法是地热田勘查的传统方法 该方法测量精度较高 解释方法比较成熟 可以较准确地确定地层埋深和断裂构造的分布位置及走向 但是由于该方法测量装置 比 较复杂 要完成大深度地质勘查 就需要布设很长的供电电极 适合于热储构造埋藏 浅 或地形开阔地区地热勘查 4 总结认为 遥感测量 航空磁测及区域重力方法适合于地热田勘查初始阶段 对预选地 热田形成靶区较为有利 浅层地温测量对浅成地热田 尤其是对出露地表的温泉进行追 踪效果较好 但对深成地热田基本没有什么效果 而深层测温成本高 施工不便 电磁 测深方法主要是探测地下不同岩层电阻率的分布 对推测勘查区是否存在热储构造 并进行热储构造空间定位预测 确定地热钻孔的合理布设位置 效果较好 从上述电 磁法地热田勘查实例分析 地热田电磁法勘查测量点距不宜过大 点距大对断裂构造 的位置和断层性质判断不明 布设地热钻孔困难 问题类别问题类别问题描述问题描述解决方案解决方案使用方法使用方法工程案例工程案例 城市地热 水勘查 强干扰区 深度 2000 米 抗干扰电磁 测深法 可控源音频大 地电磁法 CSAMT 法在北京强干扰区深层地 热探测中的应用 CSAMT 法在惠州城区地热探测中 的应用 导水断裂 探测 存在较多小 断裂构造 综合物探探 测 EH 4 电磁测 深 高密度电法 EH 4 电磁