水井测温在地热普查中的应用

  摘要:利用水井测温方法确定恒温层温度,以恒温层的温度值作为湖顶地热异常区的下限值,用内插法勾绘温度等值线图,高于该下限值范围的即为地热异常区。曹县庄寨地区的地热普查证明该方法是快速有效的。

 

  关键词:水井测温;埋深;恒温层;地热异常区

 

  山东省的鲁西北和鲁西南新生代地层非常发育,仅第四系和新近系的沉积厚度就有500～1100m左右,是构造沉陷区传导型低温地热田分布区[1]。本区地温场的特征是:新生界平均地温梯度一般为2.5～3℃/100m,且无地热地表显示。另外,地温分布受断凸、断凹构造格局控制,地温高、低区呈相间带状分布,相对高温区与基岩隆起区相一致。以往地热工作者通常把新生界平均地温梯度3.5℃/100m分布区视为地热异常区;把小于此值的地区作为非地热异常区,认为不存在可供开采的地热资源。但实践证明,在这种“非地热异常区”同样可以找到可供开采的地热资源,如曹县庄寨、菏泽市区、鄄城城区和临清市区。在这种地区开展地热普查,遇到的首要难题是没有可供测量地温的钻孔或超深水井,无法确定该地的地温梯度,难以圈定地热异常。笔者在开展地热普查的过程中,采用测量浅层水井水温,用作图的方法计算该区恒温层顶界面的埋深,寻找恒温面隆起区,进而圈定地热异常区,达到了预期目的。

 

  1 水井测温的原理

 

  根据热传导的原理,热总是由高温区向低温区 传导。地球内部的地热能,通过热传导的方式从地壳深部向地壳浅部传输,太阳的幅射能也从地外向地内传输,地内和地外热能最后在地下某一深度达 到热平衡状态,热平衡状态所处位置即恒温层顶界面的位置,该处水温即为恒温层的温度。恒温层顶界面隆起和恒温层间隔小的地区,就是地热异常区。

 

  2 水井测温的工作方法

 

  在普查区内,按照工作区的面积适度部署水井(居民饮用水井或农用灌溉水井)测温,需要测温的水井应是处于静水状态,否则不能正确反映水的温度。 在测量过程中,首先要准确确定潜水面的埋深,并测量该处的水温;然后可按5m的间距或更小的间距依次向下测量,直达井底。在读取每处水温的数据时,必须等测温仪所显示的数字稳定以后,否则会有误差。每井测量工作结束后,需对井位、井径等有关资料真实记录在册。

 

  3 水井测温资料在地热异常区圈定中

 

  的应用

 

  3.1 水井测温资料的室内整理

 

  对工作区内的全部水井测温资料进行统计,分别将潜水面处和每个下降间隔处的水温值取平均值列表。表1是曹县庄寨地热普查过程中井温测量结果 利用上述水温测量结果,编绘水温变化曲线(图1)。

 

  图1 曹县庄寨地区水温变化曲线 图中纵坐标为测量井深,横坐标为井水温度。A点为井水温度由高到低,再由低变高的拐点。该点对应的井深为恒温层的顶界面,其埋深约为20m;该点对应的温度即为恒温层的温度,约为14.4℃。 3.2 利用井温测量结果圈定地热异常区首先将井深达20m的井的井位和实际测温资料标定在大比例尺图上,以恒温层的温度值14.4℃作为划定地热异常区的下限值,用内插法勾绘温度等值线图,高于14.4℃的范围即为地热异常区(图2)。

 

  图2 曹县庄寨地区地热地质图 1-第四系;2-20m井深的位置及编号;3-地热异常范围; 4-推断隐伏断裂;5-空心设计钻孔;6-实心施工钻孔 3.3 钻探实施验证结果 在上述划定的地热异常区的有利部位,又进行 了电阻率测深和大地电场岩性测深,以了解该地的隐伏断裂的展布、岩性粗细的变化和可能的富水层段的位置,并最终确定了地热井的井位。 2002年钻探结果验证:当降深44.18m时,井口水温69℃,单井出水量99.43m3/h;当降深33.43m时,出口水温68℃,单井出水量90.14m3/h。打出的地热井有开采利用价值。 以上实践证明,利用水井测温圈定地热异常区的方法是快速有效的。