地熱資源物探勘查的幾點淺識

  一、地熱資源勘探的必要性

 

  對斷控型地熱資源而言，開發利用的前提是在待開發的目的園區內要有地熱資源可以被開發。方圓幾百公里以內沒有溫泉或打成的地熱井，不代表在園區內沒有可開發的地熱資源；附近幾十公里或幾公里處有溫泉或打成的地熱井，不代表在園區內就可以打出地熱水。園區內有沒有可被開發的地熱資源，關鍵是要看是否存在有一定規模的斷裂構造。即使是園區內地下深部有地熱水資源，因受限于地熱資源勘探能力和準確性，以往開發地熱資源的實際效果并不理想，有的是根本沒有打出地熱水，白白浪費了幾百萬元的投資；有的是出水溫度低于30℃，要加熱后才能利用；有的是地熱水量太少，利用價值不高。因此，使用先進物探設備對園區進行全面詳細的精準地熱資源勘查至關重要。

 

  二、有關地熱資源的幾個概念

 

  要開發利用地熱資源，首先要厘清有關地熱資源的幾個概念：一是地熱資源產生于地球內部地熱能，與地球同在，是取之不盡用之不竭的；二是斷控型地熱資源，是當前開發利用的主要地熱資源之一；三是并非只在板塊邊緣和板塊內沉積盆地才會形成地熱資源，板塊內斷裂構造形成的地熱資源是我們開發利用的難點；四是要清楚小規模的斷裂構造分布較多，對尋找地熱意義不大；五是根據地熱產生地溫梯度2～3℃/100米，只要取到足夠深度的水就是地熱水，關鍵是要找到地下深部的水；六是板塊內尋找地熱水就是要尋找具有一定規模的相對較大的含水斷裂構造。

 

  三、斷控型地熱資源的特征

 

  巖體受地質應力作用發生變形，一旦超過其可承受強度就會使巖體的連續性和完整性遭到破壞，近而產生各種大大小小的斷裂，形成斷裂構造。斷裂構造是地殼中最常見的構造形式，在地殼中分布很廣，無論是新構造運動還是運動多次的老構造都有斷裂構造的存在，只不過斷裂構造的規模不同而已。在這些斷裂構造中只有富水斷裂才對地熱勘查有意義。一般而言，斷裂規模越大富水性越好，溫度也會越高。

 

  四、斷裂構造的電磁反應

 

  對于壓性斷裂而言，由于斷層內無水，對于電磁波的折射率變小、吸收特性變差，到達地表后剩余的電磁波能量值較高，測值相對較大。對于富水的斷裂，在斷層內由于賦存水，水對于電磁波的折射率很大、吸收衰減特性好，導致到達地表后剩余的電磁波能量值很少，測值明顯變低。基于水對電磁波能量值的吸收衰減明顯高于一般介質，在地表探測到的電磁波剩余能量值亦明顯低于固態介質的測值，所以對于含水層和含水裂隙的電磁反應是最敏感的，而且測值始終是明顯的低值。

 

  五、地熱資源勘探的目標

 

  對于斷控型地熱資源，從宏觀上來看，地下熱水的出現多是張性斷裂與其相對應的壓性斷裂聯合作用的結果。若是勘探范圍足夠大，就可以勘查到壓性及其影響帶上次級張性斷裂構造。因此，我們應用有效的物探方法在勘查地熱資源時沒有必要非要找到高值的壓性斷裂構造，應該明確我們尋找的目標就是地下深部的含水層。而找水的關鍵就是尋找控制地下熱水的張性斷裂構造，即通過物探方法對含水斷裂構造的明顯反映，尋找斷裂破碎帶,結合測區水文地質條件判斷其富水性，再進一步探明構造帶的寬度、延深、產狀及水源補給和賦水條件,從而實現尋找賦存于斷裂構造中的地下熱水的目的。

 

  六、國內外地熱勘查的物探方法簡述

 

  目前國內物探的各種設備各有所長，每一種物探方法都有各自的優點和缺點，都很難完全滿足地熱資源勘探的要求，一般都采用綜合物探方法進行地熱資源勘查工作。目前可用以進行深部地熱資源勘查的物探方法主要是：⑴高精度磁法，此方法屬于時間域綜合地質勘探，可以探測地下異常但屬于透視法不能探明異常的深度；⑵高分辨率地震勘探，主要用于石油勘探，對于水的敏感性不高且成本太高；⑶瞬變電磁法，也屬于時間域透視勘探，因需要對大地放電故探測深度有限，且結果存在信息多解性；⑷MT大地電磁法，屬于頻率域勘探法但可用頻點少、深度層有限，需要拉長線埋電極耗時耗工易受干擾；⑸CSAMT可控源音頻大地電磁測深法，是目前地熱勘探最常用、效果相對較好的物探方法，需要在靶區6--10公里以外大功率對地放電，一次放電可探測點數受配備接收儀限制、且最多可探測四十多個頻點深度層，效率低、成本高、間距大、探測點數少。這些都是價格不菲的高端進口設備，由于單點勘探時間較長、占用人工較多，一方面導致勘探地熱資源定地熱井的費用過高，另一方面導致探測線路少、50米左右的點間距過大而影響對地下構造的準確判斷。

 

  七、VCT大地電磁成像深部構造探測儀簡介

 

  由鄭州地象科技有限公司研發生產的VCT-4000M大地電磁場成像地熱探測儀，可探測地下深度為4000米，2000米以上每隔5米探測一層，2000—3000米每隔10米探測一層，3000—4000米每隔15米探測一層，是目前國內外分層較細、探測速度最快的地熱資源物探設備。該儀器還具有以下優勢：（1）3公斤重的單電磁感應探頭移動方便，可任意放在巖石、馬路上甚至是淺水中探測；（2）單點測得4000米深、567層的數據僅需1分鐘，點間距一般設定為5--10米，一天可測300-400個探測點；（3）獨創的可自動生成的線剖面色塊數據二維CT成像圖，可以直觀看到含水裂隙和斷層構造的位置、走向、寬度、深度等，通過多條線路、點間距5米精細探測，即可實現精準定井。經過近幾年不斷探索和積累地熱資源勘探經驗，實踐證明VCT成像深部構造探測儀完全可以替代高端進口物探設備，獨立承擔地熱資源勘探定井任務，不但可以精確定位深部斷裂構造的位置和大小，而且還可以清晰辨識斷裂構造的性質，利用其對水的高敏感性特點找出較深、較寬大的含水斷裂構造。勘探速度快、探測密度大，對地下構造看得清清楚楚，定井精準成井率高。

 

  八、VCT大地電磁成像剖面圖分析方法

 

  對VCT成像剖面圖顯現的斷裂構造解釋：VCT成像剖面圖的縱向代表深度（5--4000米）、橫向為點號、探測的數據為電磁信號能量值。每個探測點都對應一列縱向深度數據，可以觀察該探測點至上而下各深度層點測值的變化；觀察每個橫向深度層，可以看出每一探測點在該深度層的電磁反應數據，通過比較找出異常點。張性斷層破碎帶上的空隙含水會形成透水性較好的含水裂隙，含水裂隙顯示的測值會明顯小于同層正常不含水的巖層，一般來講測值在0--1范圍內。壓性斷層內的巖石對于電磁波的吸收效應差，自下而上的電磁波經過此層到達地表后的剩余能量值就大，測值肯定會明顯高于同層正常巖石，一般來講測值會大于4或5。通過分析同一剖面圖找出斷裂構造并判定其寬度、深度等，再與其它剖面進行對比分析，就可以對整個測區斷裂構造形成一個立體的概念，就可以判斷斷裂構造的性質，判斷富水斷裂的發育程度及補水裂隙的方向、富水性和在相鄰的剖面上是否都存在和聯通性。

 

  九、地熱資源勘探定井的工作程序與內容

 

  根據要求和勘查區地質構造特征，一般進行地熱資源勘探定井的工作程序與內容包括：（1）在對勘查區域及周邊地區開展水文地質調查的基礎之上，對勘查區域地熱開發進行可行性論證；（2）利用VCT大地電磁成像深部構造探測儀進行詳細勘查探測，探查勘查區內斷裂構造位置、走向、構成，找到深部富水的斷裂構造；（3）通過綜合分析勘查區所屬范圍內的地熱地質構造，選擇地熱地質條件優越部位作為鉆鑿地熱井的最佳位置，并為打井施工提供地層參考依據；（4）預估地熱井出水溫度及出水量；（5）提交相關成果報告。

  十、地熱資源勘探設計及實施

 

  開發斷控型地熱資源打地熱井的前提是尋找到具有一定規模的富水斷裂構造。所以進場后先要根據測區實際地形和地質情況做好施工設計，一般來講初步探測要有幾條貫通測區的勘探剖面，每條剖面點距為5—10米/點、最少100個物理點，具體視測區面積而定。通過對幾條剖面圖進行綜合分析，初步判定測區內是否存在斷裂構造異常及地層變化情況。然后根據異常分布情況進行詳細勘查作出具體判斷。

 

  十一、地熱資源勘探分析論證確定地熱井位

 

  通過VCT成像初步勘查判斷測區內是否有異常顯示，然后進行詳細勘查，并作出測區地熱資源勘查報告。報告內容除了按照慣例對測區的地形、地貌、地質概況進行概述之外，對于測區的地質分析和定井結果要詳實論證、結論清楚肯定，應該包括以下內容：

 

  （1）對勘查數據進行計算處理后，反演出VCT彩色成像地質結構剖面圖，通過綜合分析對測區范圍內的地質構造，確定園區內地熱構造的性質、位置及其賦水特性，對地熱斷裂構造做出基本的描述；（2）針對每個剖面圖進行分析，確定靶區地熱斷裂構造存在形式、寬度、延深、產狀及水源補給和賦水條件，選擇適合定地熱井的最佳剖面并列出等距壓縮剖面圖；（3）明確提出最佳鉆孔施工的探測點位坐標、終孔深度，列出鉆孔點位附近區段顯示深度層和VCT彩色成像剖面圖，在圖上標出孔位穿過各含水裂隙層的走向、連通、聚集等情況，并用文字具體列出孔位穿過各個含水裂隙層的深度范圍、左右寬度、相對賦水等級。

 

  （4）根據需求和孔位含水層情況，設定開始取水深度層和終孔深度，預測主要出水層的個數及所在深度，預測成井后大致的出水量和地熱水的溫度范圍。