浅谈地热勘查的方法和存在问题
作者 : 未知

  【摘 要】地热是来自于地球内部的热能。根据中华人民共和国《地热资源勘查规范》相关要求,通过遥感解译、水文地质测绘、浅层测温、电阻率测深、激电测深、测温孔钻探等有效地质工作手段,寻找地热异常区;查明控热、导水构造的性质、空间分布和规律。
  【关键词】地热;地热资源;地热勘查;等值线;地温梯度
  
  1 地热概况
  地热利用的历史几乎与人类的历史同样久远。明代李时珍在《本草纲目》中就有记载:“温泉主治诸风湿,筋骨挛缩及肌皮顽痹,手足不遂,无眉发、疥、癣诸疾;在皮肤骨节者,入浴,浴讫当大虚惫,可随与药及饮食补养……”地热作为一种可供人们开发利用并有着巨大的发展前景的新型矿产,有着巨大的经济开发潜力,具有不可衡量的经济效益.地热矿水应用广泛、易于开发、费用低廉、无污染,已普遍应用于供暖、生活洗浴、热水理疗、湿水养殖、温室种植、温池游泳等生活领域。地热资源的勘查开发,对于合理利用自然资源,缓解能源紧张状况,改善投资环境,促进经济的可持续发展、推动当地居民的生活水平的提高起着极其重大的作用,具有重要的意义。
  2 地热勘查方法
  2.1 遥感解译
  运用热红外波结合法国SPOT卫星数据全面解译断裂带地热资源,圈定工作区内红外热异常分布区,并建立工作区地层、岩体、构造和地下热水资源异常解译标志。主要判断下列地热地质问题:1、地貌、地层、地质构造、地热异常区的基本轮廓及地热区隐伏构造;2、地热溢出带、地面地热量示位量及地表水体位置范围;3、地面水热蚀变带的分布范围。
  2.2 地热水文地质测绘
  进行地热水文地质测量,初步查明区内水文地质条件、地形地貌、地质构造、火成岩分布、地下水露头及来源、地下水标志(包括植物、小气候、特殊化学元素的分布等)等,对已有供水井、钻孔和水源地以及区域的地表水位进行调查研究。根据《地热资源勘查规范》地质测量是在充分利用航卫片解译和区域地质调查资料的基础上进行,其主要任务是:
  2.2.1 实地验证航卫片解译的疑难点,提高航卫片解译质量。
  2.2.2 查明地热田的地层时代、岩性特征、地质构造、岩浆活动,阐明地热田形成的地质条件。
  2.2.3 查明地表地热显示的类型、分布和规模,阐述地热异常与地质构造的关系。
  具体要求是:
  (1)地质测量范围应包括可能的补给区和排泄区。
  (2)图件比例尺应根据勘查类型和地质构造复杂程度,按规范选定。
  2.3 水温调查
  水温调查的理论基础是:地球表层的温度主要来自于太阳辐射和地球内部的热流,根据受热源的情况可以分为变温带、常温带和增温带三个部分。
  变温带是受太阳辐射影响的地表极薄的带,本带呈现地温的昼夜变化和季节变化。地温的昼夜变化只影响地表以下1-2米深,变温带的下限深度一般为15-30米,此深度上地温年变化小于0.1℃。
  常温带是变温带以下一个厚度极小的带。地温一般比当年的平均气温高出1-2℃,大致可将当地的多年平均气温作为常温带的地温。
  增温带是常温带以下,地温受地球内热的影响,通常随深度加大而有规律的升高,增温带中的地温变化可用地温梯度表示,即每增加单位深度时地温的增值,单位为℃/100m。
  地下水的温度受其赋存与循环处的地温控制。处于变温带中的浅埋地下水显示微小的水温季节变化。常温带的地下水水温与当年平均气温很接近。这两带中的地下水,常给人以“冬暖夏凉”的感觉。增温带的地下水随其赋存与循环深度的加大而提高,成为热水甚至蒸汽。
  计算某一深度的地下水水温可用下列的公式:T=t+(H-h)r
  地温梯度的平均值约为3℃/100m,通常变化于1.5~4℃/100m之间。如果某区的地温梯度很高,该区开发地热资源的前景就非常可观。
  地温调查的目的是利用水井测温资料,圈定地热异常区。要求是:
  在工作区内选定现有民用水井、农田灌溉水井及其他深井进行静水位以下每隔2米的温度测量工作,调查内容包括:井位、井径、井深、成井结构、水温、水量、水位埋深水质等。
  2.4 地球物理勘查
  2.4.1 视电阻率测深
  其目的是通过视电阻率测深,了解地下400米以上隐伏地层的岩性变化及隐伏断裂的空间分布状态。工作中严格执行电阻率测深规范(D2/T0093―70),具体要求是:
  (1)测深点的布设采用自由网,依据水文、地质、地形地貌情况实地布设,点位布设用GPS定位,各极距均以测绳量取。
  (2)采集参数ρa。
  (3)系统质量检查占总工作量的5%,系统质量检查精度,要求ρa均方相对误差为≤±5%。
  (4)编绘图件
  包括各测深点视电阻率曲线、测深剖面及ρa断面图。
  2.4.2 激电测深
  在充分分析视电阻率测深成果的基础上,结合前期地质、遥感、水文及浅层测温成果,对最佳地热成矿区开展激电测深工作,进一步查清调查区内700-800米以上隐伏断裂的产状、埋深、含水性及富水性,为实施地温勘测孔提供可靠依据。
  根据《地热资源勘查规范》地球物理调查是地热资源勘查工作中的重要组成部分,一般应在普查阶段进行,详查阶段要在普查的基础上,对有希望的地区进行补充工作,主要查明以下问题:
  (1)圈定地热异常范围和热储体的空间分布;
  (2)确定地热田的基底起伏及隐伏断裂的空间展布;
  (3)圈定隐伏火成岩体和岩浆岩位置;
  (4)圈定地热蚀变带。
  2.5 测温孔钻探及抽水试验
  2.5.1 测温孔钻探
  要求在以上工作完成基础上,综合分析、充分论证,在地热成矿最有利部位(遥感异常、测温异常,构造有利的复合部位)开展测温孔钻探。设计工作量400米,单孔深100米。要求开孔孔径146毫米,终孔110毫米。为防测温孔坍塌,测温孔钻探完成后应下入Ф30-40毫米硬质塑料管。钻探完成后,进行适当洗孔(在保证不坍孔情况下),为消除因钻探扰动对地温的影响,待48小时后进行简易测温,测温点距2米,并取水样进行分析,最后计算地温梯度,并及时进行地热地质编录。
  2.5.2 抽水试验
  选择在地温勘测孔内进行。其目的是为查明热储层水头压力及采集水样的需要,了解地下热水开采前后水头变化规律,求取相关的水文地质参数,为最终的地热资源评价提供依据,设计单孔4个,共做4组。工作中每组预计进行大、小2个落程。大落程抽水稳定延续时间16小时,小落程抽水稳定延续时间不小于8小时,用以确定流量与水位降低的关系,为取得热储层的渗透系数、影响半径、给水度、弹性释水系数、压力传导系数等,试验期间应尽量采用井下压力计测量水位的变化。直接从孔口测量水位时,应同时测量孔内水温,以换算为相同密度的水位。
  水位观测按照非稳定流观测要求进行,使用电测水位计,抽水开始后两小时及抽水结束后两小时内,水位具体观测时间为0、1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120分钟,以后每30分钟观测一次,观测精度要求精确到10毫米,并做好记录。抽水流量采用三角堰箱或水表计量,观测水位的同时观测水量,堰箱计量要求精确到1毫米,水表计量精确到0.1m3。水温观测每30分钟观测一次,精度达到0.1℃。
  2.6 样品的采集与测试
  为了解地热田热水水质情况,研究其与地下冷水、地表水的相互关系,研究地热流体的水化学特征及其变化规律。采取具代表性的地下热水(测温孔内最好)、常温地下水、地表水等水样进行化验。采取热水全分析样3件,放射性元素分析2件,分析地下热水的形成环境,推断地热流体的成因与年龄及补给来源。同时取常温地下水样7件,地表水3件做全分析。
  全分析项目包括:主要阴阳离子和F、Br、I、 SiO2、B、H2S等。
  微量元素包括:Al、Fe、Mn、Li、Sr、Cu、Zn等15项。
  放射性元素:U、Ra、Rn及总α 、总β。
  污染指标:酚、氰、6价铬、镉、汞及氰化物。
  3 地热勘查存在的问题
  3.1 缺少深部地热资源技术勘查方法与设备,如可控源音频大地电磁场法(CSAMT方法),所以对深部的地热信息掌握及认识还停留在教浅的层次。
  3.2 缺少施工深部地热井的钻探设备,所以在市场竞争中不占优势,地热勘查成本高,风险大,很被动。
  4 结语
  地热的开发带来巨大的经济效益让很多投资者趋之若鹜,与此同时地热的勘查具有很大的风险性,投资大、成本高也令很多投资者望而却步。我们在地热勘查中应该采用最有效的方法,采用新技术新方法节省经济成本,开发利用地热资源。
  
  
  参考文献
  [1]中华人民共和国国标.地热资源勘查规范.1988
  [2]山东省地矿工程勘察院.近年来地热工作回顾.2000
  [3]第三地质大队.地热勘查认识与实践.1999

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