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            地热勘探技术

            发布时间: 2014-07-01 16:27:33   作者:无   来源:

             

            第一部分:概述
            第二部分:技术原理
            第三部分:国内发展和应用现状
            第四部分;国外发展和应用现状
            第五部分:供应商信息
            第六部分:经典案例
            第七部分:参考文献
             
            概述
            采用综合物探方法详细勘查热田构造和储热层构造,为开发地热田提供依据。在勘探阶段所采用的物探方法,必须充分依据地热田的地形、地质和地球物理条件加以恰当选择。各地区有各自的特点。在中国西藏羊八井地区,采用电测深面积测量,在电测深视电阻率极小值平面图上,以30欧•米等值线圈定地热田边界。京、津地区则采用重力详查,提供隆起区和与地热异常相吻合的重力梯度带,圈定隐伏热田范围。在福建省福州市,热水沿花岗岩中伟晶岩脉的裂隙上升。福州市因此采用大比例尺地面磁测,查明低磁性伟晶岩分布方向和位置,划定热水断裂带,以此提供了总体开发依据。为查明勘探阶段地热田的资源背景,还可采用大地电流和大地电磁频率测深和人工地震及微地震观测,以了解详细的热田构造。对全部钻井作稳态井温和井温梯度测量,编制热田温度场资料,都是地热田开发设计时所必须的。
             
            技术原理
            1.   电测深法:
            包括电阻率测深和激发极化测深。resistivity sounding简称电测深法。它是在地面的一个测深点上(MN极的中点),通过逐次加大供电电极,AB极距的大小,测量同—点的、不同AB极距的视电阻率ρS值,研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。电测深法多采用对称四极排列,称为对称四极测深法。
            AB极距离短时,电流分布浅,ρS曲线主要反映浅层情况;AB极距大时,电流分布深,ρS曲线主要反映深部地层的影响。ρS曲线是绘在以AB/2和ρS为座标的双对数座标纸上。当地下岩层界面平缓不超过200时,应用电测深量板进行定量解释,推断各层的厚度、深度较为可靠。电测深法在水文地质、工程地质和煤田地质工作中应用较多。除对称四极测深法外,还可以应用三极测深、偶极测深和环形测深等方法。
            2.   大地电磁测深:
            大地磁测深法是利用夭然电磁场作场源, 测量地磁场的三个分量不同周期的变化, 从而求出地下(地壳和上地慢)不同电性层的深度、厚度和电导率, 进而划分地电层位的一种方法。为了便于理解大地磁测深的原理, 不妨先将大家所熟悉的直流电测深、频率测深及磁测深作个比较直流电测深是靠改变供电电极距进行地电分层, 极距加大就可以探测更深的层位频率测深则是靠改变供电频率进行地电分层, 随频率的降低就可以探测更深的层位,大地磁测深法与后者相似, 只是利用夭然电磁场的变化作场源, 但与大地电磁法又不同, 它不测天然变化电磁场中的电场分量, 而只测磁场分量。变化的天然磁场的较高频部分, 反映地电剖面的浅部情况, 低频部分反映地电剖面的深部情况。
            利用磁测深资料求不同电性层的深度与电测深方法完全一样, 都是采用实测曲线与理论曲线拟合的方法与解释电测深资料一样,通过实测Z/H=f(T)曲线与模型理论曲线的对比, 使之达到最佳拟合, 根据这一模型就可以反推出当地地电剖面中各电性层的深度、厚度和电导率。
            大地磁测深和大地电磁测深一样, 都是基于变化的电磁场在导体中感应出电流并产生二次电磁场, 我们在地面所能观测到的是由电离层引起的一次变化电磁场及其在地球内部导电物质中感应出的二次场的总和。地球外部的总磁场可以用磁位的梯度表示。如果把地球简单地假设‘为具有不同电导的层位组成的同心球面体(即所谓“全球模型“)可以展开为球面调和级数
             
            系数ie分别对应内部(二次场)和外部场(一次场), 它们是时间(或频率)的函数, a为地球半径。地球表面(r=a)的磁场分量HZ可以由上导出
             
            这里的HZ就是采用全球模型时地表的水平与垂直分量的幅度理论值, 通过全球模型可以求出全球性电性层的深度分布情况。当然, 对于具有横向分布有限的局部导体的地区, 在计算HZ的理论值时, 必须假设一些局部性电导一深度分布模型, 而且要把局部地区的水平分量横向变化梯度也考虑在内。
            地温勘探法
            地温勘探的基本原理是地热异常区的热量可以通过热的传导作用不断地向地表扩散。通过在地表以下一定深度的温度测量和天然热流量测定,便可圈定出地热异常区,并可大致推断出地下水的分布范围和高温地下热水的分布地段。地温勘探不仅能圈出前部的地热异常,还能把隐伏的地下热水勘察出来。
            电法
            电法勘探是利用地壳中多种岩石、矿石间电学性质之差异,基于观测和研究电磁场空间和时间分布规律,来勘察地质构造和寻找有用矿产。地热资源地球物理勘查常用的电阻率法、自然电场法、激发极化法等。电法勘探是除了地温勘探法以外,使用最广泛的地球物理勘查方法,它可用来寻找储热断裂构造,推断地热异常区的分布范围和延伸方向。
            大地电磁测探
            大地电磁测探法,简称法,是利用天然存在的变化着的大地电磁场的一种方法,它通过在地面上所观测的大地电磁场来研究地下电性结构。大地电磁测探法不仅能勘探埋藏在地壳浅部的热储,而且可以分析地壳深部或上地慢中形成地热系统的热源及其区域地址和地球物理背景。大地电磁测探法的优点是勘探深度很大,且不用人工场源。对于实测结果的解释,通常遵循从定性到定量,最后进行抵制解释的程序。通过定量解释,可以求出各电性层的电阻率和厚度。
            重力探测
            重力探测的原理是基于岩石的密度和产状不同,使大地重力场发生畸变,从而可利用重力并结合其他地质和物探工作来探测地下热水区基底起伏变化及区域性的断裂构造的展布。一般情况下,重力值高的地方时基底凸起,重力值低的地方为凹陷。重力探测的优点是仪器体积小,操作简便,费用较低,效果较好。重力探测也存在局限性,其成果只能反映基底段距较大且两盘基石顶面有显著高差的断层,或者是水平方向宽度大的断层带。
            磁法探测
            磁法探测在地面进行,称为地面磁法在空中进行,成为航空磁法。磁法探测主要是了解火成岩的分布,尤其是当岩体近于直立时。利用航磁资料,能有效地确定地热系统的区域地质构造、基底起伏和寻找地下隐伏岩体,还可计算与地热有直接关系的居里深度等深面。磁法还可确定多数高温地热田的热源。
            地震法
            地震法勘探地热的原理就是通过测量由地震产生的弹性波来确定岩层的结构和它的力学性能,从而确定于地热系统有关的构造。地震法可分为主动地震法和被动地震法。
             
            国内发展和应用现状
            地热钻井产业。目前已具备施工5000米深度的地热钻探工程条件和水平,在华北地区,从事地热钻探的3200m型钻机就有15台套,形成全国最大的地热钻探群体,具备了大规模开发地热能力,并开始朝着专业化、规范化方向发展。
            我国地热勘查起步并不晚。国土资源部地质环境司副司长陶庆法介绍,我国地质矿产部门自20世纪50年代起,陆续开展了全国温泉资源调查和重点地区的地热资源勘查评价工作;大规模的地热勘探工作始于20世纪70年代初期。50多年来,国土资源部门累计用于地热资源勘查的投资达数YL元,探明了一批中高温地热田,并初步掌握了全国地热基本状况和分布规律。
            资料显示,我国地热资源主要集中在三大区带。
            藏南——川西——滇西水热活动密集带。该带位于喜马拉雅山脉主脊以北和冈底斯——念青唐古拉山系以南的区域,本带有温泉722处,占全国总数的33%。由于高温水热系统众多,这里也是我国大陆地区地热资源尤其是地热发电资源潜力最大的区域。
            台湾水热活动密集带。台湾及其邻近岛屿有温泉103处,其中有流量和温度记录的为69处。
            东部沿海水热活动密集带。该带分为两个区域,即东南沿海水热活动密集带和胶东辽东半岛水热活动密集带。其中,前者共有温泉461处,约占全国温泉总数的21%,是我国大陆东部地区利用地热潜力最大的地区。后者有温泉46处,有4个中温水热系统,热储温度为110-120℃。
            根据国土资源部掌握的情况,在这些地热分布区带,除部分地热田外,大部分地区尚未开展中、大比例尺的地热资源勘查,特别是我国西部地区的中低温地热资源,基本未开展正规的地热勘探。而且各地对地热资源勘查评价工作重视不够,勘查评价滞后于开发利用。个别地区的地热田已打成地热井数十眼,形成相当的开发规模,但整个地热田资源状况尚未系统勘查和评价,使开发管理工作缺乏依据,处于盲目开采状态。
             
            国外发展和应用现状
            世界著名的地热田
            拉德瑞罗地热田:世界地热发电的先驱
            拉德瑞罗地热田位于意大利罗马西北面约180公里处,开发面积大约100平方公里。该地热田由8个地热区组成。拉德瑞罗地热田储集层内蒸汽的最高温度为310℃。拉德瑞罗地热电厂的总装机容量为38.06万千瓦,名列世界第四。
            盖瑟斯地热田:全球地热田之冠
            盖瑟斯地热田是目前所知世界最大的地热田,位于美国加州旧金山北面约120公里处,面积超过140平方公、里,储集层蒸汽温度最高达280℃。1988年,该地热田电厂的总装机容量达到204.3万千瓦,真正称得上世界第一。
            怀拉基地热田:新西兰的地热之星
            怀拉基地热田位于新西兰北岛中部陶波湖的东北侧。它是世界上第一个成功开发的大型热水田,利用热水发电的方法和经验从这里开始。该地热田热水温度最高达到265℃。
            菲律宾地热田:地热田中的后来居上者
            菲律宾目前共有地热田和地热区30处,其中已发电者4处,具有开发潜力的6处,正在钻探和开发的9处,其余11处仍在进行地面研究。1995年菲律宾地热发电的总装机容量达到122.7万千瓦,21世纪以来,更是接近200万千瓦,仅次于美国,居世界第二。
            冰岛地热田:大西洋中脊上的地热奇苑
            冰岛已知高温地热田和地热区共21处,全部分布在新火山活动带(距今70万年以内)之内,其中勘探与开发较多的地区大部分集中在冰岛西南、首都雷克雅未克的附近,以及东北的克拉夫和诺马夫雅克;雷克雅未克附近已开发的地热田包括雷克雅未克市区范围内以及市区东北约15公里的雷克低温热水田、斯瓦勤格高温热水田,以及尼斯雅维勒和魁瓦歌帝高温热水田。前二者所产630~128℃的热水全部供首都地区13万居民的生活用水和房屋供暖之用,后二者所产高温热水(260-38O)除一部分准备将来供应首都地区供暖外,其余将用于发电。
            全球地热资源的分布:
            在一定地质条件下的“地热系统”和具有勘探开发价值的“地热田”都有它的发生、发展和衰亡过程,绝对不是只要往深处打钻,到处都可发现地热。作为地热资源的概念,它也和其它矿产资源一样,有数量和品位的问题。就全球来说,地热资源的分布是不平衡的。明显的地温梯度每公里深度大于30℃的地热异常区,主要分布在板块生长、开裂-大洋扩张脊和板块碰撞,衰亡-消减带部位。环球性的地热带主要有下列4个:
            环太平洋地热带
            它是世界最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界。世界许多著名的地热田,如美国的盖瑟尔斯、长谷、罗斯福;墨西哥的塞罗、普列托;新西兰的怀腊开;中国的台湾马槽;日本的松川、大岳等均在这一带。
            地中海一喜马拉雅地热带
            地热带
            它是欧亚板块与非洲板块和印度板块的碰撞边界。世界第一座地热发电站意大利的拉德瑞罗地热田就位于这个地热带中。中国的西藏羊八井及云南腾冲地热田也在这个地热带中。
            大西洋中脊地热带
            这是大西洋海洋板块开裂部位。冰岛的克拉弗拉、纳马菲亚尔和亚速尔群岛等一些地热田就位于这个地热带。
            红海一亚丁湾一东非裂谷地热带
            它包括吉布提、埃塞俄比亚、肯尼亚等国的地热田。
            除了在板块边界部位形成地壳高热流区而出现高温地热田外,在板块内部靠近板块边界部位,在一定地质条件下也可形成相对的高热流区。其热流值大于大陆平均热流值1.46热流单位,而达到1.72.0热流单位。如中国东部的胶、辽半岛,华北平原及东南沿海等地。
             
            供应商信息
            日本藤田工业公司
            德州竣琪钻井工程有限公司
            厦门市兆兴机电设备有限公司
            文登市磊鑫钻探设备厂
            山东枣庄厚德钻探有限公司
            北京市热研究院暨北京市地质工程公司
            北京市华清地热开发有限责任公司
             
            经典案例
            综合物化探方法在内蒙古某地区地热勘探中的应用.pdf
             
            参考文献
            [1]崔霖沛.大地磁测深法[J]. 物探与化探,1982,(4):202209.
            [2]阴曼宁,安存杰,金玉洁综合物化探方法在内蒙古某地区地热勘探中的应用[J]. 物探与化探,2007314):314320.
            [3]郭丽华.地热资源开发产业投资基金研究[D].吉林:吉林大学,2009.