地热勘查中各种技术方法的综合运用

李占星

摘要：能源短缺已经成为世界性的难题，而地热作为可再生的绿色能源目前已经得到了越来越多的重视，应用范围也日趋广泛。但是地热资源的开发风险性较大，对于前期工作的要求比较好，因而可以从地球化学勘查、抽水试验、地热地质调查以及地热流体分析测试等方面进行前期地热勘查。本文就地热勘查中的各种技术的综合运用进行了分析，以期可以为我国地热资源开发成效的提高提供借鉴。

关键词：地热地质调查；地球物理勘查；地球化学勘查；综合运用

地热资源的开发有利于我国能源规划的实施，作为清洁性可再生能源地热资源的大范围推广也可以推动环保事业的发展。为了提高地热资源的开发效率需要做好前期勘查工作，根据地质状况和技术水平确定合理的施工方案，进行抽水试验确定合理的开采量，除此之外还需要进行地热流体样分析测试，为地热资源的使用方向和开发施工提供依据。

一、地热地质调查

1.1调查区域特点

对于地热地质的调查对象主要是断裂深循环型地热田。在实际情况中，这一类型的地热田往往分布与基岩山区，属于对流型的水热系统。断裂深循环型地热田一般来说，主要以面积较大的基岩大断裂作为控热断裂，而较小规模的断裂则为断热断裂：在分布形态主要呈“人”字型分布。断裂规模较大的控热段往往形成时间相对较早，断裂深度较深，有的甚至断裂深度能够达到上地幔，这一种断裂是活动壳断裂的一种，地理性质比较活跃，往往会有比较频繁的反复运动。当出现降水时，雨水通过地表断裂处流入断裂带底部，与从底部上涌的热量相遇，从而出现地热流体。而对导热断裂带来说，它们形成的时间往往比较晚，在规模上比较小，宽度窄深度浅，基岩较为破碎，因此热水以及热流容易通过这些缝隙到达表层与地表常温水结合形成温泉。

1.2地热地质调查重点

在进行断裂深循环型地热资源的勘查时必须要注意以下五点。一是需要先充分做好二手资料的收集以及整理工作，通过挖掘过去地质调查工作中的调查成果，来对地热田的形成原因以及规模特性做出初步的基本判断。在实地勘查之前需要对调查区域的基础地质资料进行收集和查阅，对地热资源的形成、地质构造、岩浆岩分布以及区域地层有初步的了解，明确调查的方向。二是需要针对地热田周围地区的基本地质情况进行调查，包括地层结构、水文情况、岩石特性以及储热层状况等相关地理信息。做好岩浆岩和地层分布状况的调查，明确区域地层概况，分析地热资源的产量状况并对热储层和热储盖层进行划分。三是温泉的调查，导热断裂的存在是温泉形成的根本原因，因而可以通过对温泉露出部分的水文地质的调查推测导热断裂的相关问题，对温泉的变化情况进行归纳。对于地表温泉进行调查，包括存在温泉区域的地质结构情况、水文情况以及岩石性质等，要研究温泉的动态变化情况。四是将导热断裂和控热断裂作为调查的重点包括断裂的范围、产状、发育程度以及力学性质等等。需要探究控热断裂以及导热断裂的具体位置，对这两者的形状以及破碎点的分布都有着清楚的认识。五是物探方法的布置，结合调查区域的地质地貌进行物探方法布置位置的确定。

二、地球勘查

2.1地球物理勘查

物探工作的布置需要围绕露出点进行，以导热断裂影响深度、位置、富水性等的探测作为勘查的目的。常用的地球物理勘查方法包括测探法、瞬变电磁法、视电阻率剖面法等等。当地热存在明显的异常时可以采取地温测量对上述勘查结果进行补充。一般来说勘探线需要垂直于断裂进行布置，长度不应超过地热田的边界，对于明显异常的区域需要提高重视程度，进行加密控制，物理勘查的测量距离需要存在一定的差别。之后可以在明确地热田分布范围和边界的基础之上对于存在地热明显异常的区域进行机电测探点的布置，从促进极化异常的激发，根据此进行地热井位置的确定。

新生代凹陷带以传导型的沉积盆地型地热田较为常见，因而地表往往无温泉出露，而且地热异常现象也不明显。进行地球物理勘查时要提高对于砂砾岩、新近系半胶结砂岩的重视，这两种岩类具有孔隙度较大、富水性好的特点。一些新近系厚度较小的凹陷带受到地质条件的限制热储层大多为古近系砂层，但是这种岩类的成岩程度比较高导致地下水的流量也比较小。在进行物理勘探时如果将钻孔设置在断层附近时，涌水量会稍大一些但与新近系热储层仍然存在较大的差距。可以采用大地电磁测探法、瞬变电磁法等进行勘查，对地热田的区域的古近系和新近系的断裂位置、产状、埋深以及厚度进行查明。勘探线垂直于隐伏断裂带布置，在重点测区可以适当增加测点的数量。

在初步勘查结束之后可以在预制地热井附近或者是其他的异常低端进行地震勘探线的布置，查明重点区域的热储层埋深、岩性、厚度以及地热井的深度、位置等情况，结合调查结果对当地的地热资源可利用情况进行预测，包括热储层段以及相应的岩石性质。钻孔工作完成之后需要在地热井施工结束之前对其进行全面的物理勘查，物探参数包括自然电位、地热井温度、视电阻率以及自然伽马等，技术人员可以根据相关的测量曲线对地层进行划分，确定出地热资源可以利用的热储层位置、岩性、厚度以及温度等参数，为地热井的开发方案制定提供依据，确保地热井的质量和地热资源开发效率。

需要注意的是为了确保地热地球物理勘查的准确性可以将实地的物探资料与区域地质背景资料和地热井相关资料进行紧密的结合，确保结果的准确性。断裂深循环型地热田的地热井井位为止确定至关重要，对此可以将化探资料与物探资料进行结合，提高地热井开发的成功率，降低地热资源利用的风险性。

2.2地球化学勘查

一些断裂深循环型地热田的水热活动比较强烈就会导致浅层地温异常情况的出现，浅层部分的土体和地下水也会存在地球化学异常。岩土中的B、zn、Rb、以及As等都与热水存在密切的关系，浅层地热活动强烈的低热量这些元素的含量往往要高于正常水平，因而可以采取地球化学勘查作为地热勘查的重要手段。可以在地热田的导热断裂处土壤进行采样剖面的布置，为了避免人类活动影响勘查结果准确性以采集地表下部超过一米土体作为测量样比较前方。对土壤样的Hg、Sb、Bi等与水热活动关联较大的微量元素进行测试。对测区的土壤样本中的化学元素进行分析和比对时可以将该地区的背景值作为正常的化学元素含量值，土壤测试结果与背景值进行比较，达到背景值的两倍以上时则认为异常。可以将测量结果按照分元素编制的方式制成化学元素含量剖面图。地球化学勘查是控制地热边界的重要手段。在实际的地热勘查中可以将物探剖面与化探剖面重合对异常进行综合的对比，从而确保地热异常范围圈定的科学性。水样的采集点布置尽可能均匀，出露地表的温泉必须进行采样，于此同时浅层地下水以及周围的其他井泉水也需要采样，当浅层地热水中较之普通井水的上述几种金属离子较多时则表明该区域存在物质交换以及较强的水热活动的可能性较大。

三、地热流体分析测试和抽水试验

3.1地热流体分析测试

地热流体分析测试一般在抽水试验结束之前进行，技术人员可以在地热勘查区域内进行地热流体样的采集，之后根据需要测试的项目进行实验的设计和执行。必须要对地热流体样进行全方位的分析，常用的分析项目包括放射性同位素14c、3H、稳定性同位素180、34S以及2H、理疗热矿水的线管项目以及饮用天然矿泉水的相关项目测试等等。可以对各项目的分析结果进行综合的分析和整理，以此作为地热资源开发利用方向选择的依据。放射性同位素的测试主要是为了对地热流体的生成年龄进行判断，而稳定同位素则可以作为地热流体补给来源确定的依据。

3.2抽水试验

地热勘查抽水试验的次数以三次为宜，在试验之前必须要对地热井进行彻底的清洗，确保水质的清澈和砂石的洁净。稳定流抽水试验常常按照从大到小的顺序进行。地熱勘查人员需要时刻留意水位的状况，根据水位的变化进行水位回复曲线的绘制。水位恢复曲线和降深曲线都是地质勘查各项参数计算的重要依据，需要计算得到的水文地质参数包括渗透系数、弹性释水系数以及含水层导水系数等。之后可以在稳定流理论的支持下进行影响半径等数据的计算。对不同方法得出的参数计算结果进行比较和分析，并确定最终的取值，然后依据三次降深抽水曲线得到的降深值和流量绘制Q-s关系曲线，确定曲线的类型，列出回归方程根据计算结果对地热井的产能进行评价。结束语：综上所述，地层的结构会对地热资源的开发利用产生重要的影响，呈带状分布以及受断裂控制的地热资源开发的风险性更高，针对于此相关技术人员必须要在勘查之前对开发区域进行地质背景资料的查阅，在异常区域利用钻探、抽水试验、地热地质调查等技术手段，确保地热勘查的实效性，为后续的地热资源开发方案的制定提供依据。