地熱勘查中各種技術方法的綜合運用

李占星

摘要：能源短缺已經成為世界性的難題，而地熱作為可再生的綠色能源目前已經得到了越來越多的重視，應用范圍也日趨廣泛。但是地熱資源的開發風險性較大，對于前期工作的要求比較好，因而可以從地球化學勘查、抽水試驗、地熱地質調查以及地熱流體分析測試等方面進行前期地熱勘查。本文就地熱勘查中的各種技術的綜合運用進行了分析，以期可以為我國地熱資源開發成效的提高提供借鑒。

關鍵詞：地熱地質調查；地球物理勘查；地球化學勘查；綜合運用

地熱資源的開發有利于我國能源規劃的實施，作為清潔性可再生能源地熱資源的大范圍推廣也可以推動環保事業的發展。為了提高地熱資源的開發效率需要做好前期勘查工作，根據地質狀況和技術水平確定合理的施工方案，進行抽水試驗確定合理的開采量，除此之外還需要進行地熱流體樣分析測試，為地熱資源的使用方向和開發施工提供依據。

一、地熱地質調查

1.1調查區域特點

對于地熱地質的調查對象主要是斷裂深循環型地熱田。在實際情況中，這一類型的地熱田往往分布與基巖山區，屬于對流型的水熱系統。斷裂深循環型地熱田一般來說，主要以面積較大的基巖大斷裂作為控熱斷裂，而較小規模的斷裂則為斷熱斷裂：在分布形態主要呈“人”字型分布。斷裂規模較大的控熱段往往形成時間相對較早，斷裂深度較深，有的甚至斷裂深度能夠達到上地幔，這一種斷裂是活動殼斷裂的一種，地理性質比較活躍，往往會有比較頻繁的反復運動。當出現降水時，雨水通過地表斷裂處流入斷裂帶底部，與從底部上涌的熱量相遇，從而出現地熱流體。而對導熱斷裂帶來說，它們形成的時間往往比較晚，在規模上比較小，寬度窄深度淺，基巖較為破碎，因此熱水以及熱流容易通過這些縫隙到達表層與地表常溫水結合形成溫泉。

1.2地熱地質調查重點

在進行斷裂深循環型地熱資源的勘查時必須要注意以下五點。一是需要先充分做好二手資料的收集以及整理工作，通過挖掘過去地質調查工作中的調查成果，來對地熱田的形成原因以及規模特性做出初步的基本判斷。在實地勘查之前需要對調查區域的基礎地質資料進行收集和查閱，對地熱資源的形成、地質構造、巖漿巖分布以及區域地層有初步的了解，明確調查的方向。二是需要針對地熱田周圍地區的基本地質情況進行調查，包括地層結構、水文情況、巖石特性以及儲熱層狀況等相關地理信息。做好巖漿巖和地層分布狀況的調查，明確區域地層概況，分析地熱資源的產量狀況并對熱儲層和熱儲蓋層進行劃分。三是溫泉的調查，導熱斷裂的存在是溫泉形成的根本原因，因而可以通過對溫泉露出部分的水文地質的調查推測導熱斷裂的相關問題，對溫泉的變化情況進行歸納。對于地表溫泉進行調查，包括存在溫泉區域的地質結構情況、水文情況以及巖石性質等，要研究溫泉的動態變化情況。四是將導熱斷裂和控熱斷裂作為調查的重點包括斷裂的范圍、產狀、發育程度以及力學性質等等。需要探究控熱斷裂以及導熱斷裂的具體位置，對這兩者的形狀以及破碎點的分布都有著清楚的認識。五是物探方法的布置，結合調查區域的地質地貌進行物探方法布置位置的確定。

二、地球勘查

2.1地球物理勘查

物探工作的布置需要圍繞露出點進行，以導熱斷裂影響深度、位置、富水性等的探測作為勘查的目的。常用的地球物理勘查方法包括測探法、瞬變電磁法、視電阻率剖面法等等。當地熱存在明顯的異常時可以采取地溫測量對上述勘查結果進行補充。一般來說勘探線需要垂直于斷裂進行布置，長度不應超過地熱田的邊界，對于明顯異常的區域需要提高重視程度，進行加密控制，物理勘查的測量距離需要存在一定的差別。之后可以在明確地熱田分布范圍和邊界的基礎之上對于存在地熱明顯異常的區域進行機電測探點的布置，從促進極化異常的激發，根據此進行地熱井位置的確定。

新生代凹陷帶以傳導型的沉積盆地型地熱田較為常見，因而地表往往無溫泉出露，而且地熱異常現象也不明顯。進行地球物理勘查時要提高對于砂礫巖、新近系半膠結砂巖的重視，這兩種巖類具有孔隙度較大、富水性好的特點。一些新近系厚度較小的凹陷帶受到地質條件的限制熱儲層大多為古近系砂層，但是這種巖類的成巖程度比較高導致地下水的流量也比較小。在進行物理勘探時如果將鉆孔設置在斷層附近時，涌水量會稍大一些但與新近系熱儲層仍然存在較大的差距。可以采用大地電磁測探法、瞬變電磁法等進行勘查，對地熱田的區域的古近系和新近系的斷裂位置、產狀、埋深以及厚度進行查明。勘探線垂直于隱伏斷裂帶布置，在重點測區可以適當增加測點的數量。

在初步勘查結束之后可以在預制地熱井附近或者是其他的異常低端進行地震勘探線的布置，查明重點區域的熱儲層埋深、巖性、厚度以及地熱井的深度、位置等情況，結合調查結果對當地的地熱資源可利用情況進行預測，包括熱儲層段以及相應的巖石性質。鉆孔工作完成之后需要在地熱井施工結束之前對其進行全面的物理勘查，物探參數包括自然電位、地熱井溫度、視電阻率以及自然伽馬等，技術人員可以根據相關的測量曲線對地層進行劃分，確定出地熱資源可以利用的熱儲層位置、巖性、厚度以及溫度等參數，為地熱井的開發方案制定提供依據，確保地熱井的質量和地熱資源開發效率。

需要注意的是為了確保地熱地球物理勘查的準確性可以將實地的物探資料與區域地質背景資料和地熱井相關資料進行緊密的結合，確保結果的準確性。斷裂深循環型地熱田的地熱井井位為止確定至關重要，對此可以將化探資料與物探資料進行結合，提高地熱井開發的成功率，降低地熱資源利用的風險性。

2.2地球化學勘查

一些斷裂深循環型地熱田的水熱活動比較強烈就會導致淺層地溫異常情況的出現，淺層部分的土體和地下水也會存在地球化學異常。巖土中的B、zn、Rb、以及As等都與熱水存在密切的關系，淺層地熱活動強烈的低熱量這些元素的含量往往要高于正常水平，因而可以采取地球化學勘查作為地熱勘查的重要手段。可以在地熱田的導熱斷裂處土壤進行采樣剖面的布置，為了避免人類活動影響勘查結果準確性以采集地表下部超過一米土體作為測量樣比較前方。對土壤樣的Hg、Sb、Bi等與水熱活動關聯較大的微量元素進行測試。對測區的土壤樣本中的化學元素進行分析和比對時可以將該地區的背景值作為正常的化學元素含量值，土壤測試結果與背景值進行比較，達到背景值的兩倍以上時則認為異常。可以將測量結果按照分元素編制的方式制成化學元素含量剖面圖。地球化學勘查是控制地熱邊界的重要手段。在實際的地熱勘查中可以將物探剖面與化探剖面重合對異常進行綜合的對比，從而確保地熱異常范圍圈定的科學性。水樣的采集點布置盡可能均勻，出露地表的溫泉必須進行采樣，于此同時淺層地下水以及周圍的其他井泉水也需要采樣，當淺層地熱水中較之普通井水的上述幾種金屬離子較多時則表明該區域存在物質交換以及較強的水熱活動的可能性較大。

三、地熱流體分析測試和抽水試驗

3.1地熱流體分析測試

地熱流體分析測試一般在抽水試驗結束之前進行，技術人員可以在地熱勘查區域內進行地熱流體樣的采集，之后根據需要測試的項目進行實驗的設計和執行。必須要對地熱流體樣進行全方位的分析，常用的分析項目包括放射性同位素14c、3H、穩定性同位素180、34S以及2H、理療熱礦水的線管項目以及飲用天然礦泉水的相關項目測試等等。可以對各項目的分析結果進行綜合的分析和整理，以此作為地熱資源開發利用方向選擇的依據。放射性同位素的測試主要是為了對地熱流體的生成年齡進行判斷，而穩定同位素則可以作為地熱流體補給來源確定的依據。

3.2抽水試驗

地熱勘查抽水試驗的次數以三次為宜，在試驗之前必須要對地熱井進行徹底的清洗，確保水質的清澈和砂石的潔凈。穩定流抽水試驗常常按照從大到小的順序進行。地熱勘查人員需要時刻留意水位的狀況，根據水位的變化進行水位回復曲線的繪制。水位恢復曲線和降深曲線都是地質勘查各項參數計算的重要依據，需要計算得到的水文地質參數包括滲透系數、彈性釋水系數以及含水層導水系數等。之后可以在穩定流理論的支持下進行影響半徑等數據的計算。對不同方法得出的參數計算結果進行比較和分析，并確定最終的取值，然后依據三次降深抽水曲線得到的降深值和流量繪制Q-s關系曲線，確定曲線的類型，列出回歸方程根據計算結果對地熱井的產能進行評價。結束語：綜上所述，地層的結構會對地熱資源的開發利用產生重要的影響，呈帶狀分布以及受斷裂控制的地熱資源開發的風險性更高，針對于此相關技術人員必須要在勘查之前對開發區域進行地質背景資料的查閱，在異常區域利用鉆探、抽水試驗、地熱地質調查等技術手段，確保地熱勘查的實效性，為后續的地熱資源開發方案的制定提供依據。