各种地热勘探方法的应用

  放射性、地球化学方法

 

  氡气测量氡气测量是一种便利有效的放射性探测技术,在众多领域中得到了广泛应用。地层、岩体中含有丰富的天然放射性元素,其中又以铀(235U)的同位素所占比例最目前在地热勘查中投入的方法种类繁多,按其专业可分为地热地质、遥感、地球物理、地球化学、同位素地质、钻探工程以及化验分析等。由于篇幅有限,下面侧重介绍地球物理、地球化学、同位素地质诸方法在地热勘探中应用的基本原理和技术及其方法的有效组合。

 

  地球物理勘探方法

 

  电法勘探在地热勘查中电法勘探是一种比较简捷的方法。应用电法勘探的目的在于探测与地下热水有成因关系的断裂构造位置,圈定地下热水分布范围,确定覆盖层厚度、热源的位置以及隐伏基岩岩性。

 

  (1)大地电磁(MD)频谱探测法,是利用宇宙自然场引起的大地电磁频谱效应,进行大地电磁频谱被动式探测,最大探测深度达7km。目前使用该方法可对测点处地下地质情况的探测,寻找地下淡水层的位置,为钻井预测地热层深度和厚度提供信息[3]。

 

  (2)可控源场频大地电流测深(CSAMT)法,是利用接地水平电偶源或水平线圈形成的谐变电磁场为信号的电磁测深方法。CSAMT是使用人工发射的声频电流场(频率范围为0.125～4 096Hz),在测点上通过改变频率同时观测互相垂直的电场(Ex)和磁场(Hy)分量,计算出视电阻率,继而绘制出视电阻率断面图并进行综合解释。

 

  该方法由于信噪比高、重复性好,加上横向分辨率高、不受高、低阻层屏蔽,易于解释且成本低廉,广泛应用于油气、煤田、金属矿、地热及工程地质勘探等方面。最大勘探深度在2 000m左右,适用于一维或已知构造主轴的二维地区[4]。

 

  (3)其它电磁法还有大偏移距时间域电磁法(LOTEM)和小偏移距时间域电磁法(TEM)。

 

  (4)时间域IP法是以研究地下地质体的电阻率差异为基础的电法勘探方法。为揭露地下地质体的电阻率变化情况需建立人工电场,进而进行观测和研究地下电场。并利用电阻率不均匀体存在所反映的变化规律,来达到探测地下构造、岩体的目的[5]。

 

  激电中梯是采用对地下供入一固定同期的直流脉冲信号($V1),待断电一定的时间(Td)后连续观测衰减中具一定取样宽度(Ts)的二次场($V2)进行积分,可同时取得$V1、充电率(衰减室)等多个参数。通过观测电化学过程产生的激发极化场的衰减特征,研究地层、构造破碎带的含水性。

 

  激电测深是通过改变供电极距的方式,来达到勘探目的层深度的要求,由浅入深了解地下介质垂向电阻率的变化,通过对地电断面资料定性、定量解释,获得地质综合解释成果。该种方法的缺点是有效勘探深度相对较浅(最大为1 500m±),易受工频游离场的干扰,地表高阻容易产生屏蔽。

 

  磁法勘探磁法勘探是通过测量不同磁化强度的各种岩(矿)石在地磁场中所引起的磁异常,并通过研究这些异常的空间分布特征、规律与地质体间关系[5],从而作出地质综合解释。

 

  在沉积岩地区,磁异常一般是岩浆岩侵入体存在的反映,而岩浆岩的存在又是地热形成的控制因素,是热能之源。一般较大的构造断裂多伴有岩浆活动,在用磁法寻找到岩体的同时,也就发现了构造断裂。

 

  磁法勘探方法可分为航空磁测($T)、地面高精度磁测($T)和($Z)测量。

 

  重力勘探该勘探方法是通过测量不同岩(矿)石密度差异所引起的重力异常,来达到寻找深大构造断裂、基岩坳陷中的凸起构造等地下热水存在的有利部位的目的。一般中新生代、古生代、元古代、太古宙地层与岩体多存在一定的密度差异,具备重力勘探地热的地球物理前提。

 

  地震勘探地震方法是通过研究人工激发地震波的运动学和动力学特征来解决地质问题的。采用人工爆破产生地震波,地震波入射到地下弹性介质层中遇到地层的界面时,便产生波的反射和折射返回到地面,被不同位置的检波器接收下来,通过仪器将地震波记录存储,经数据处理来完成勘探地下地质体的任务。

 

  据有关材料介绍,应用浅层地震勘查技术进行深层地热资源勘探是可行的,它是通过改善激发方式、野外观测系统、数据采集、处理参数设置及资料分析解释等方面的方法技术来达到勘查目的,不仅取得了良好的效果[6],同时还避免了人工地震方法的设备庞大、工作周期性、人力、财力和物力投入拉大的缺点。

 

  人工地震勘探作为一种超深的地球物理勘探方法,弥补了时间域电法勘探在高阻屏蔽和深度上的限制。

 

  地热测井

 

  (1)浅层测温。地热异常区即地壳深部存在的热流地温梯度高于地壳平均值的地区。一般测得地壳平均热流值为1.5热流单位,地壳平均地温梯度为3.0℃/100m[7]。

 

  测温勘探不仅能圈出浅部的地热异常,还能把隐伏的地下热水探查出来,它可以指导地热勘探,并对地热异常作出评价。

 

  测温勘探是依据了存在于地球内部的热量可以通过热的传导作用而不断地向地表扩散的原理,通过测量在地表以下一定深度的温度,圈出地热异常区,大致推断出地下热水的分布范围,或反映出在一定深度上的地热异常中心位置,指导勘探深部的隐伏热储。

 

  测温测量方法可分为浅层温度测量、地温梯度(15～100m)和热流测量(>100m)。

 

  浅层地温测量通常可直接利用水文地球化学的取样点1～5m的深度内进行,此已成为地热勘查中最直观、最经济、最有效的方法之一。如与地球物理、水文地球化学(如氢氧稳定同位素)等方法配合使用,效果更为理想。

 

  (2)地热测井包括电阻率、自电、天然放射性等方法。从手段上还分为随钻测井、高精度数字测井等。目前已跨出纯地球物理勘探行列并与其它专业相互交融。

 

  放射性、地球化学方法

 

  氡气测量氡气测量是一种便利有效的放射性探测技术,在众多领域中得到了广泛应用。地层、岩体中含有丰富的天然放射性元素,其中又以铀(235U)的同位素所占比例最大,铀经一系列衰变过程中产生许多子体,其中氡(222Rn)是唯一呈气态的子体,它可以沿着构造带、裂隙和地下水的垂向运移在地表富集,从而形成氡异常[8]。另放射性元素还随着水中SiO2含量增高而增加,且地温的升高也加快了氡向地表迁移的速度。

 

  土壤汞量测量土壤汞量测量表明,在国内许多高、低温热田上均有汞量异常显示。

 

  北京地热田Hg量测量对埋深288m、369m和1 057.7m的地下热水都有很好的地面异常反映。在西藏羊八井热田中除Hg量外, As、Sb、Bi及碱金属元素测量也取得明显效果。

 

  A法径迹、Po218测量A法径迹、Po218测量也是很有前景的方法。来源于地壳深部的这些元素沿着断裂或裂隙通道运移,它们的异常位置可以反映隐伏深大断裂的存在部位及地下热水运移通道在地面上的延伸[9]。

 

  水文地球化学[10]应用氢氧稳定同位素作为示踪剂,在地热田研究中具有重要作用。它不仅可以指示地下热水的成因及补给源,而且还可以提供有关地下热水的循环途径和圈定热场、范围等信息。