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地熱場測量方法

根據鉆孔的深度,地溫測量的方法壹般分為以下三類:①米溫測量(深度1 ~ 3m);②淺孔測溫(深度10 ~ 30m ~ 30m);③深孔測溫(深度> > 30m)。前兩種方法統稱為淺層測溫,經濟性好(尤其是儀表測溫),壹般對地熱異常顯示較好,所以淺層測溫是地熱田勘探的主要方法。

地溫測量深度應根據蓄熱結構的埋深和溫度以及當地水文地質和氣候條件確定。在埋深較小的高溫地熱區,由於地熱異常明顯,可以采用淺層測溫。在地熱勘探階段,可采用低成本的儀表測溫法測量地表地溫1 ~ 2m。深孔測溫法的孔深壹般在50-200m之間,孔間距取決於地熱異常的範圍。其優點是不受氣候變化影響,但鉆井成本高。壹般用於地熱勘探的詳查階段。

在測溫和勘探過程中,應盡量避免自然因素和人為因素的影響,包括日照、地形、大氣降水、地下水活動和人工熱源對測溫的幹擾。比如地下水活動可能帶走傳導熱流,造成梯度測量值的假象,淺層地熱測量要修正氣溫引起的數據偏差。因此,最好選擇結構特征相似的斷面和溫度變化不大的時間段,以增加測量數據的準確性。

(壹)儀表測溫的方法和技術

理論計算和實測數據表明,儀表測溫法適用於普查。理論計算表明,壹般受構造控制的地熱異常區(溫度60 ~ 70℃,埋深約300米)或盆地覆蓋薄的地熱異常區,用儀表測溫法是不難發現的。作為地熱資源,勘探階段只需要知道地熱分布的大致趨勢,米溫測量方法基本可以滿足要求。

1.工作安排

(1)調查區域和網絡

布置測區時,應考慮:①地質任務的要求;②工作區地熱地質條件;③前人工作的成果;(4)考慮支持方法,使數據完整。

網絡測量可分為規範網絡法和離散點法。壹般來說,規網法的基線方向平行於研究對象的走向。有鉆孔的地方,應盡量穿過鉆孔位置,測線方向垂直於基底構造線。離散點法可以直接利用地形圖定點,盡量沿道路和路徑布點。

在布置測量網上的測點時,測點在研究對象的垂直方向上應相對密集。實際點要準確,測點分布要均勻,盡量經濟方便。

(2)工作比例尺和觀測網格

工作尺度和觀測網格根據地質任務、探測對象的規模和特征確定。普查的工作線距離不應大於最小探測對象的長度,點距應保證至少有三個測點能反映異常。由於地熱流體多受斷裂構造控制,其異常寬度往往較窄,因此點與點之間的距離應相對較近。常用比例尺的行距和點距應遵循以下原則:行距為工作比例尺的1/100,點距可等於或小於行距的1/10。行距的最大變化範圍不得超過20%。比如1 ∶ 5萬人口普查,線間距要500m,最大不超過600m,點間距約50m。對於離散網點,測點密度壹般在10個/km2左右,在山區或工作確實困難的地方可以適當稀疏。

(3)溫度測量精度

測溫精度應根據地質任務的要求和工區的地熱地質條件,由被探測對象可能引起的溫度異常的強度、形態、幹擾等因素綜合確定。測溫儀器的精度壹般小於0.2℃,可以滿足普查的需要。

(4)基點網絡

當測區面積較大,工作地較長時,為了減少各工作區地溫場的接觸誤差,提高測溫精度,方便野外生產,應根據需要設計基點網。基點可以分為總基點和次基點兩個層次。基點數量根據實際工作要求確定。當有多個基點時,必須進行基點聯測。最好每月進行壹次聯測,聯測必須在野外工作開始和結束時進行。

2.實地工作方法

(1)基點的選擇

所有基點應滿足以下要求:①位於地熱田正常區域;(2)基點附近不應有明顯的幹擾因素,光照、植被等條件應至少與大部分測點相似;(3)易於保護,不易被人破壞;④易於保存。為了工作方便,總基點壹般選在車站附近,分基點選在施工現場。

(2)固定點

測點的位置應盡可能避開地形的突變帶,避開明顯的人類活動幹擾或不適宜測溫的區域;選擇地形平坦、光照條件壹致、植被簡單的固定點。

(3)打孔

鉆孔方式不限,但孔徑和深度壹定要控制,孔徑不能大於5cm。孔形成後,應清洗孔口。

(4)測量

鉆了半個小時,鉆孔幹擾已經基本排除,可以測量了。測量時,小心放置探頭,使其與孔底緊密接觸,待儀器值穩定後讀數。

(5)記錄

認真記錄測量時間、地點、天氣、孔深、土質和溫度測量值,註意記錄其他可能導致溫度場畸變的因素及其大致位置。

(6)質量檢查和評估

質量檢查可通過三種方式進行:均勻取樣、多段重復觀察和異常檢測。測溫質量檢驗率不低於5%。以均方誤差作為評價全區觀測結果的主要標準。

3.數據整理

地熱測量獲得的數據是極其重要的第壹手資料。為了對地熱異常的空間分布和規模得出正確的結論,需要對收集到的與地熱場有關的原始數據和原始測溫數據進行綜合分析和分類。

對於儀表測溫,需要做好室內工作:①驗收原始數據;(2)標定儀器,計算基點網測量和測點觀測結果;③檢查觀測精度;(4)測量相關校正數據;⑤必要時,應對原始數據進行地形和地表植被、溫度變化等數據處理的影響修正;⑥每日記錄清單;⑦繪制相關地圖。

提供地圖目錄:①交通位置圖;(2)實際工作材料圖;③溫度剖面圖;④溫度等值線圖;⑤典型剖面;⑥推斷結果圖;⑦其他相關地圖。

(2)深部鉆孔測溫的工作方法

1.測溫孔選擇

雖然近地表地熱勘探成本低、效率高,但由於幹擾因素多、信噪比低,只能通過相對異常來推斷地下熱源的分布。在覆蓋層較厚的地熱區,當地表無地熱異常或顯示微弱時,往往采用鉆孔測溫法。鉆孔測溫避免了地表溫度和地表條件周期性變化的影響,特別是近地表地下水的幹擾,獲得的溫度數據更好地反映了深部地熱場的分布。由於鉆井成本隨著深度的增加而迅速增加,地熱勘探的鉆井深度往往在30 ~ 200m之間,為了節約地熱勘探的成本,為其他勘探目的(如地下水、石油、煤田等)而建造的鉆孔,)和水文長期觀測井應采用井溫測量。

2.鉆孔溫度測量的類型

鉆孔溫度測量不同於其他項目中的地球物理測井。因此,鉆孔靜止後不同時間的溫度測量結果的準確度差別很大。根據靜止時間的不同,鉆孔測溫可分為三類:瞬態測溫、準穩態測溫和穩態測溫。瞬態溫度測量是在鉆井停止後不久井眼溫度遠未恢復平衡的條件下進行的。簡單的溫度測量需要在最終鉆孔之後和地球物理測井之前和之後進行兩次溫度測量,第壹次溫度測量大約是從停止鉆井起12小時。第二次測溫在井眼靜止3 ~ 5天後進行,此時整個井段的溫度已達到準穩態。地質勘探中的近似穩態測溫就屬於這壹類。穩態測溫是在長期保留的鉆孔中進行的,是鉆孔內流體和地層溫度達到穩定狀態時的溫度測量。

3.數據整理

壹方面,由於鉆孔測溫類型不同,勘探中獲得的原始測溫數據質量不壹。簡單的測溫數據和壹些近似的穩態測溫數據只有經過校正後才能用於地熱田評價。另壹方面,原始的測溫數據是相互隔離、分散的,必須進行集中、分析、總結,使之系統化,才能全面反映地熱場的面貌。因此,資料整理是地熱田研究的重要步驟。這裏討論壹些數據整理中的普遍性問題。

(1)不穩定溫度測量數據的修正

關於井內不穩定測溫結果的校正方法,總的原則是以恒溫帶溫度和井底溫度作為復制的依據,在不穩定測溫曲線上進行合理的校正。

(2)簡單測溫的井底溫度修正

在鉆井結束後大約12小時內進行兩次簡單的溫度測量。這類資料在勘探中比較豐富,對這類井底溫度的校正方法也不盡相同。實踐表明,用井底溫度對數回歸計算72小時溫度的方法簡單、易行、準確。

該方法基於統計確認,在井底溫度恢復過程中,溫度變化與時間的對數之間存在線性關系,即

δθ=θ-θ0 = Blnt 2-6

其中:θ為停鉆後某壹時刻t的井底溫度;θ0是鉆井終止時的井底溫度;t是從停止鉆井開始的時間;b是溫度恢復系數,它是常數。根據上述公式,對於簡單測溫不同時間的兩個井底溫度,可以並行寫出兩個方程,從而可以得到常數b值為

b =(θ2-θ1)/ln(T2/t 1)2-7

其中:t1,t2分別為第壹次和第二次測溫時間;θ 1和θ 2分別是第壹次和第二次測量的井底溫度。

當b值已知時,可通過簡單的溫度測量計算井底溫度。已經證明停鉆3天(72小時)後的井底溫度在壹般情況下已經穩定,當時的溫度就是原始巖石溫度。

因此,θr=θi+Bln(72/ti),其中θr為井底巖石溫度(井底溫度為72h),θi為簡單測溫壹次的井底溫度,ti為簡單測溫壹次的測溫時間(h)。用這種方法得到的結果與大量穩態和準穩態溫度計孔數據進行了檢驗和比較,誤差小於0.3 ~ 0.5℃。

如果地熱井為溢流井,則在溢流狀態下,井底流體溫度會很快與熱儲層溫度達到平衡,而在非滲流或弱滲流區地熱恢復相對較慢(許等,2009)。

(3)海底地熱勘探的主要步驟

1)的航程前,通常需要對溫度傳感器進行校準,以修正漂移帶來的誤差。

2)在降低儀器之前,需要測量每個溫度記錄器與同壹參考點之間的距離。

3)入水後在距海底約100m處停止下放,使探頭與船體保持垂直,穩定溫度記錄儀。約3分鐘後,高速下放(如115m/s),插入泥沙中。當探針插入時,由於與沈積物摩擦而產生熱量,溫度記錄顯示突然升高。

4)插入後保持探針不受幹擾。

5)大約7 ~ 8分鐘後,拔出探針。如果載體是采樣管,例如神戶海域HS82站和西沙海域HX129站的作業模式,需要將探頭拿回甲板回收溫度記錄儀和沈積物樣品;如果載體是鋼矛,從海底接到壹定高度後,慢慢移動到下壹站繼續下放測量;每次收回探頭時,應再次測量每個溫度記錄儀與參考點之間的距離,並應確認在插入和收回過程中探頭之間沒有位移。如果溫度記錄儀移動,設備的測量數據將無效。插入後記錄的溫度變化取決於摩擦熱引起的溫度變化是否高於未受幹擾的環境溫度。如果高於環境溫度,記錄的溫度會逐漸降低,否則會逐漸升高到環境溫度。溫度記錄儀的采樣率可以通過編程修改。

(4)制圖過程中應註意的壹些技術問題。

根據區域內實測的地溫數據,經過溫度校正、地形校正和地下水傳熱計算後的等溫線圖、地溫剖面圖和地溫梯度圖,可以反映地溫場的空間分布。這些圖對於了解地熱異常區的平面分布,尋找和圈定地熱勘查靶區具有重要意義。

制圖過程中的壹些技術問題;

1)反映地熱田空間的剖面圖和平面圖必須以穩態和近似穩態的測溫數據為基礎,簡單的測溫數據在使用前必須進行適當的校正。

2)在強承壓含水層地區,應區分承壓含水層暴露前後的測溫數據。暴露強承壓含水層後,湧水鉆孔的溫度與暴露含水層前的溫度有很大不同。在前者中,鉆孔的溫度是水的流動溫度,不代表原始巖石溫度。

3)繪圖時經常會遇到壹些鉆孔的測溫深度不夠,以至於有些區域無法用數據控制。這時候就要進行壹些必要的外推,以獲得繪圖所需的數據。該方法如下:

①由淺入深推。也就是說,測量的溫度數據用於外推至深度。如果外推剖面中的巖石性質與上剖面相同或基本相似,則可根據實測的穩態溫度曲線或根據自然梯度修正的近穩態曲線,直接延伸到目標深度得到溫度值。

②對比法。如果外推深度剖面的巖性與測溫剖面的巖性明顯不同,則可根據本區已知的同壹構造位置和巖性剖面的地溫梯度值計算出下部剖面的溫度。

③估算方法。如果所研究的鉆孔溫度場符合或基本符合壹維熱傳導條件,且來自深部的垂向熱流在各層中具有相同的特征,則可根據淺部測得的地溫梯度值和巖石的熱導率數據,以及深部巖石熱性質的變化,按照熱流值相等的原則,計算出待測剖面的地溫梯度和溫度。

④在繪圖過程中,要註意可能引起溫度場變化的地質構造特征。如蓋層厚度的變化、基底起伏和構造形態、斷裂帶的位置、性質和斷距等。,同時要註意水文地質條件的變化,使編圖更好地反映客觀實際。