地热勘探（通用3篇）
地热勘探 篇1
地热是地球内部蕴藏的巨大热能, 也是一种可再生的能量资源和清洁能源, 具有广阔的开发前景。在地热作用的影响下, 地下水被不断加热, 成为热水, 逐渐升高的热水中受到岩层阻碍, 在压力作业下, 当岩层出现裂缝时, 高压状态的热水和蒸汽会从地表涌出, 例如温泉则是最具表象特征的地热现象。近年来, 在地热勘探过程中, 高密度点法属于比较简捷常用的方法, 利用该方法勘探的目的为对地下热水有成因关系的岩层断裂构造具体位置进行测定, 用来圈定地热资源分布区域, 并确定岩层覆盖厚度、热能位置和隐伏基岩层的属性, 以下进行详细探讨。
1 高密度电法工作原理和特点分析
高密度电法是目前发展相当迅速且应用范围广泛的物探方法, 是以岩土导电性差异为测定基础, 对人工施加电流场的前提下研究低下传导电流分布规律, 以此推断地下不同电阻率地质体的赋存情况的电探方法, 其基本工作原理与常规电阻率测定法相似, 通过A、B电极向地下提供稳定电流场I, 然后在M、N两个电极之间对电位差进行测量, 从而计算出M、N之间的电阻率值, 根据实测电阻率剖面进行演算, 从而获得地下岩层中分布的电阻率状态, 以此为依据对地层与异常地层进行区别划分。高密度电法测量系统如图1所示。
高密度电法的特点包括以下几个方面: (1) 可进行多种电极排序方式的扫描测量, 因此高密度电法所获得的带有地电断面结构特征的地质信息较为丰富全面; (2) 电极布设分多次完成, 不仅减少了电极装置设置所产生的干扰故障, 而且能为野外环境下快速准确的自动测量提供前提条件; (3) 采用自动或半自动化的方式进行野外数据采集, 采集效率高 (每个测点约需1~5秒) , 且能规避因手工操作产生的纰漏; (4) 高密度电法可对地质资料进行预处理, 并明确显示出剖面曲线图, 脱机操作后还能打印成各种图件, 并进行自动绘制; (5) 与常规电阻率法相比, 高密度电法成本低, 效率高, 对图件进行解释时也较为方便。
2 高密度电法装置和采集系统
主机、多路电极转换装置和电极系统是高密度电法采集系统的主要组成装置。其中, 多路电极转换装置通过电缆对电极系统各电极供电与测量状态进行控制, 主机则通过供电、通讯电缆实现对多路电极转换装置的指令发布, 并向电极供电, 并接收、储存测定的地质资料数据, 自动储存采集结果, 再通过通讯软件将原始采集数据发送到计算机终端, 计算机将数据转换为预处理软件所要求的格式, 经过软件处理模块对数据进行地形校正、畸形测点删除等预操作, 做出视电阻率等值线图, 根据视电阻率变化特点, 并结合地质调查资料和钻探资料对地质进行解释, 最后对物探成果解释图件进行绘制。随着科技发展, 高密度电法仪器功能日趋成熟, 主要表现在以下方面:采用硬盘对数据进行存储, 满足野外工作环境下长时间施工的要求;采用嵌入式工控机, 提升了系统的可靠性和稳定性;多种工作模式可实现自由转换, 计算机与测定仪器一体化, 携带便捷。
3 高密度电法在地热勘探中的应用———以某工区为例
3.1 地貌、地质概况
该工区地层为二叠系, 发育有西北→东南流向的河流, 山峰分布较多, 且四周分布大小各异的山间沟谷, 地势险峻, 局部地段有悬崖, 斜坡倾斜度在60°以上。工区位于断裂带, 岩石碎裂形成压型和压扭型断裂破碎带, 经勘探, 岩层岩性包括板岩、石英岩等, 部分区域岩层岩性为燕山期侵入花岗岩。
3.2 物探目的
物探工作的主要目的是寻找含水的断裂构造, 由于含水的断裂构造地质阻值表现较低, 在正式探查前, 为了对工区电性参数进行了解, 首先需进行电性参数测量, 具体数据如下:含水构造地带电阻率值为50~300Ω·m, 基层岩石电阻率值1000~10000Ω·m, 表层碎石层电阻率值为300~800Ω·m。结果表明含水构造地带电阻率值与基层完整岩石相比差异明显, 初步具备高密度电法物探的基础条件。
3.3 勘探方法
采集装置为分辨率和稳定性交好的温纳装置, 120个电极, 点距5m, 测线排列长600m, 最大供电电压值为360V, 滚动覆盖, 保证能满足100m的勘探深度和精度。采用瑞典res2dinv软件对采集的视电阻率原始数据进行预处理, 转换数据格式, 并进行地形校正, 将三种方法进行正演, 选择最优结果, 对图像进行反演迭代处理, 最终得到视电阻率色谱图。以异常体深度和产状二维地点断面图为依据, 实现对地质信息的合理解释, 通过数据转换, 剔除坏点, 采用内插值方法对发生畸形变化的数据进行处理, 对地形进行校正后可创建模型, 断裂层面在高密度电法图件中, 与基岩电阻率有明显差异, 但需要注意的是, 若断裂层出现两盘错动的复杂地质, 纵向上断裂层电阻率会相应延伸, 断裂层电阻率值会相应偏高或偏低。
3.4 侧线剖面成果图剖析
剖面图如图2所示, 其中有a、b两处明显异常, 其电阻率均呈现明显的横向变化, 且纵向有一定程度延伸, 根据本工区已知的地质资料, 断裂层倾向与a、b倾向存在一致性, 因此a、b两处可确定为断裂层。在a、b之间的低阻区, 距已知地热露点相近, 因此可推断出该低阻区为地热上涌, 岩石空隙得到充填而产生, 处于断裂层a、b以及中间区域即为地热上涌通道, 为勘探重点异常区域, 此外, 处于450m和320m下方的两处低阻区推断为地表水渗透所导致。
4 结束语
文章对利用高密度电法勘探地热能源的工作原理和实际应用进行了分析, 结果表明, 断裂层与基岩间存在明显的电阻率差异, 因此高密度电法对断裂层有确切的勘测效果, 通过掌握断裂层横向和纵向两端的形态分布, 推断出地热资源的分布区间。文章物探工作中采用120个电极对数据进行采集, 与常规电阻率法相比, 高密度电法所能勘探的断面更长, 深度更深, 且采集数据更为丰富全面, 在地热资源的勘探中有重要的应用价值。
参考文献
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地热勘探 篇2
地热能源的发展一直都是全球经济环境的可持续能源发展体系的重要组成部分,它是是一种可再生能源。
它具有应用和经济价值,对于现代的作物生产,栽培渔业,浴疗,取暖,旅游,皮革,酿造,除湿,发电,等等。现在,地热能源资源的开发和应用技术在世界上进展的很快。
如日本,美国,意大利等一些国家的地热储温度在300°或者300°以上。
一些专业机构是主管了在地热能源的开发和应用基地。在中国地热能源储量非常丰富,约占整个全球储备的7.9%。前途是光明的,但目前的产量仅为可利用的产量的5.82%并且发展仍然是困难的。
由于地下水是可利用的地热能源的最重要载体,应用勘查地球物理方法在地热和地下水之间没有明显的差异。水饱和限制了图层的电性特性,因此,电法是一个寻找地下水有利的方法。
1 方法和原理
从理论上说,地表几公里以上的电阻率大小主要取决于水的存在。有四个因素影响岩层的电阻率:
1)地下水的盐度和温度;
2)岩层孔隙率;
3)含水矿化度;
4)岩矿石的电阻率大小。
一些学者认为,电阻率的影响因素主要有粒度,完整性和组成成分。这四个因素都和地热和地下水勘探密切相关,为高频电磁测深应用的作出了重要前提。一个饱和多孔介质(ρ)的电阻率可以表示为:
其中F是因子,ρ是孔隙水电阻率。因子通常是相关的几何形状形成的孔隙和孔隙度。是用Arcbic公式来描述它们之间的关系。
其中a和m是相关的几何形状的孔隙常数,并且φ是中介常数。a的值一般在0.47到2.3之间,m的值一般在1.3到2.6之间。反映从像黏土胶结的的胶结程度,如小型的石灰石样。这两个公式,通常不用于进行定量计算,但有一个是地下热水勘查的参考值。
2 应用
尽管在地热的地下水之间的电阻率有一些不同,但是自从有这么多会影响到地下水温度的因素后它就很难用电磁法或电法直接确定地下水温度,施(2002)提出了一些比较和分析的常用方法:直流电法(DC),大地电磁测深(MT),音频电磁测深(AMT),激发极化(IP),和可控源大地电磁测深(CSAMT),哈斯布劳克和摩根(2003)提出了应用到地下水表面勘查物探方法的系统性分析:电法分析和地震反射剖面方法是合适深度超过60m的地下水勘查,时间域电磁法可以应用到超过150m探测中,重磁勘探适合当地地下水调查,但没有具体的探索目的,并且地震折射法和频率域电磁法地下水在勘查深度超过305m可以取得良好的效果。
然而,高分辨率反射地震方法成本较高。高频电磁测深是上面提到的方法一种非常重要补充并且自从1990年得到发展。其频率范围从10Hz到10KHz和更高分辨率的特点,更大深度的探索,更低的成本,它已广泛应用于地热能源基地地下水勘查,自从1996年它被引进中国后,这种方法已经被广泛应用在四川,上海,浙江,陕西,山西,内蒙古等地区的地热能源开发上了。
3 结论
由于地层的电阻率和温度,孔隙度,地热水矿化度和地层连通性是密切相关的。因此,电法勘探可以在地下找地热水发挥重要作用。高频电磁测深法能获得比其他方法更高的分辨率和更深入的探测深度,是地热能源开发的首选方法。
电法和电磁探测结果都表明,在ST地区地热水含有高盐度。其电阻率明显低于围岩和淡水的电阻率。很少用电法来区分淡水咸水。因此,地球物理数据和资料,在这方面的特点具有很高的应用和经济价值。
参考文献
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[2]Hasbrouck,J.,and Morgan,T.,2003,Deep groundwater exploration using geoph)sics:Southwest Hydrology,2(4):6-7.
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地热勘探 篇3
测区位于云南省宜良盆地,区内地热热储层为震旦系上统灯影组,热储深度比较大,大致深度为1000 ~ 2000m,且与地层有关。测区内建筑物多,地形复杂,用一般物探方法很难解决复杂地形、大深度的地热勘探问题,重力勘探只能查明大的构造[1],磁法对地热勘探没有效果,常规电法勘探深度不够[2,3],地震勘探不适合在建筑物密集区进行,放射性勘探勘探深度不够,只能查明断裂构造,不能确定大深度地热所在位置[4,5]。
高频大地电磁法EH4 是20 世纪90 年代由美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁观测系统。该系统是采用天然场源与人工场源相结合,即高频段采用人工场源,低频段应用天然场源,能观测到离地表几米至几千米内的地质断面的电性变化信息,分辨率高,受地形影响小,成本低[6~12]。测区地热热储层为震旦系上统灯影组,岩性主要为白云岩,当其破碎含水时,破碎含水地段电阻率降低,并随着水温的升高,电阻率进一步降低,因此采用EH4 进行地热勘探是有效的。但应用EH4 寻找地热资源国内只有少量实例[13~15],国外还没有见到相关文献报道,因此有必要进行EH4 的地热勘查及验证研究。
1 地质特征
宜良盆地内出露地层为第四系全新统( Q4) ,盆地周围出露地层有: 新近系上新统( N2) ,古生代志留系马龙群组( S2m) 与寒武系( ∈) ,元古代震旦系上统灯影组( Z2dn) 和震旦系下统澄江组( Z1c) 。
根据1∶ 20 万地质资料,测区内第四系全新统( Q4) 地层岩性为粘土、砾石层夹粉、细砂层; 新近系上新统( N2) 地层岩性为粘土夹粉、煤层、细砂; 寒武系双龙潭组( ∈2s) 地层岩性为中层状白云岩、泥质白云岩夹页岩,陡坡寺组( ∈2d) 岩性为薄层泥质白云岩夹页岩,龙王庙组( ∈1l) 岩性为白云岩、 泥质白云岩夹粉砂岩, 沧浪铺组( ∈1c) 岩性为页岩、粉砂岩夹钙质粉砂岩,笻竹寺组( ∈1q) 岩性为页岩、粉砂质页岩夹薄层细砂岩,渔户村组( ∈1y ) 岩性为粉砂岩、 含磷粉砂岩; 震旦系上统灯影组( Z2dn) 地层岩性为硅质白云岩夹泥质白云岩,为测区内的热储层。
在测区西南部、西东部、东北部已发现温泉,其编号为407、412、427,地表水温分别为20℃、22℃ 、21℃ 。宜良盆地位于昆明市东部, 相距65km,地质条件及地热赋存规律与昆明地区相似,昆明地区地热梯度平均值约为3℃ /100m[16]。测区内的热储层为灯影组地层,与昆明地区的热储层一致,当热储层灯影组地层某地段岩溶裂隙发育时,其富水性较强,若其深度大于1000m,参考昆明地区的地温梯度,热水温度可达50℃左右。
2 地球物理特征
由测区地层岩性可知各地层的电性特征。其中,第四系全系统、新近系上新统地层呈现低电阻率特征; 寒武系双龙潭组、陡坡寺组、龙王庙组呈现高电阻率特征; 寒武系沧浪铺组、筇竹寺组、渔户村组呈现中等电阻率特征; 震旦系灯影组岩性为硅质白云岩夹泥质白云岩,呈现高电阻率特征。但如果灯影组白云岩岩溶裂隙发育、破碎含水时,含水地段电阻率明显降低,且随着水温的升高,电阻率进一步降低。从以上特征分析,该区具备开展EH4 工作的电性前提。
3 方法技术
测区位于云南省宜良盆地乡鸭湖别墅区,根据地质及场地条件确定测线,测线方向为120°,点距30m。使用美国Geometrics公司和EMI公司联合研制的双源型电磁系统EH4 进行野外数据采集。选择高频段测量,频率范围为10k Hz ~ 100k Hz,电极距20m,叠加次数16 次。
4 异常推断解释
图1 - 图3 为部分测点的电阻率实测曲线,图1和图3 为正常地段测点的实测曲线,图2 为异常地段测点的实测曲线。
由图1 ~ 图3 可见:
( 1) 实测曲线相关系数均在0. 5 以上,相位均在30° ~ 60°之间,说明野外采集的数据质量可靠;
( 2) 正常地段测点的实测电阻率曲线( 图1 和图3) 为A型,即地表为低电阻率,中部呈现中高电阻率,深部呈现高电阻率;
( 3) 异常地段的实测电阻率曲线( 图2) 为AK型,即地表为低电阻率,中部呈现中高电阻率,深部呈现低电阻率( 高阻中的低阻,反映含水) ,底部为高电阻率。
对数据进行二维处理,得到EH4 视电阻率等值线图,见图4。结合区域地质情况及电阻率实测曲线,对异常进行推断解释。
( 1) 地表至高程约1000m区域( 图4 中Ⅰ区)均呈现为低电阻率特征,视电阻率平均值约为150Ω·m。测区地表出露第四系全新统地层,由地质资料可知,第四系全新统地层下为新近系上新统地层,二者皆呈现低电阻率特征,因此推断区域Ⅰ的低阻为第四系全新统及第三系上新统地层引起;
( 2) 高程约1000 ~ 700m之间,测点110 ~ 128之间区域( 图4 中Ⅱ区) 呈现为高电阻率特征,视电阻率平均值约为4000Ω·m,由地质资料可知,新近系地层下为寒武系双龙潭组、陡坡寺组、龙王庙组地层,岩性以白云岩为主,呈现高电阻率特征,因此推断区域Ⅱ的高阻为寒武系双龙潭组、陡坡寺组、龙王庙组地层引起;
( 3) 高程约1000 ~ 200m之间区域( 图4 中Ⅲ区) 呈现中等电阻率特征,视电阻率平均值约为2000Ω·m,由地质资料可知,龙王庙组地层以下为寒武系沧浪铺组、笻竹寺组、渔户村组地层,岩性以页岩、粉砂岩为主,呈现中等电阻率特征,因此推断区域Ⅲ的中等电阻率为寒武系沧浪铺组、笻竹寺组、渔户村组地层引起;
( 4) 高程约200 ~ 0m之间区域( 图4 中Ⅳ区)呈现高电阻率特征,视电阻率平均值约为5000Ω·m,由地质资料可知,寒武系渔户村组地层以下为震旦系上统灯影组,岩性为硅质白云岩和泥质白云岩,呈现高电阻率特征,因此推断区域Ⅳ高阻为震旦系上统灯影组地层引起;
( 5) 在区域Ⅳ震旦系上统灯影组地层中108 ~120 测点之间出现明显的低电阻率异常,视电阻率平均值约为800Ω·m,分析应为灯影组白云岩含水引起。参考昆明地区的地温梯度约为3℃ /100m,附近温泉地表水温平均为21℃,低阻异常位于地表1300m之下,因此推断低阻异常为地下热水引起,热水水温约为60℃。
5 异常结果的验证
根据上述EH4 推断结果可知,第四系全新统及新近系上新统地层厚度约为500m,寒武系地层厚度约为800m,热储层灯影组主要位于地表1300m之下, 低阻异常位于108 ~ 120 测点之间。因此在114 测点进行了钻孔验证,钻孔柱状图见图5。由钻探结果可知,第四系全新统及新近系上新统地层厚度为480m,寒武系地层厚度为810m,在深度1290m处见到震旦系上统灯影组白云岩,在1290m至终孔之间成功打到热水,水温53℃ 。可见,钻探结果与物探推断成果相一致。
6 结论
( 1) 使用高频大地电磁EH4 方法在宜良盆地查明了地层分布,圈定了热储层,预测了热水的贮存位置,经钻探验证,与物探推测结果相吻合,证明采用EH4 进行地热勘探是有效的。
( 2) EH4 工作效率高、仪器轻便、分辨率高、探测深度大、受地形影响小,是寻找深部热水的一种有效方法。
( 3) 本文从理论和实践两方面证明了EH4 进行地热勘探的有效性,对今后大深度地热勘探提供了参考。
摘要：云南省宜良盆地内的房地产开发需要进行地热资源勘探,盆地内地热热储层为震旦系上统灯影组,热储深度大,地热勘探比较困难,一般物探方法难以解决大深度勘探问题,因此选择用高频大地电磁法进行勘探。通过高频大地电磁法勘探,并对勘探结果进行解释,圈定了热储层,预测了热水贮存位置,经钻探验证,在1290~1450m见到热水,与物探推断结果相吻合,取得了良好的应用效果,对今后大深度地热勘探有参考意义。