一、地熱資源勘探的必要性

 

  對斷控型地熱資源而言，開發(fā)利用的前提是在待開發(fā)的目的園區(qū)內(nèi)要有地熱資源可以被開發(fā)。方圓幾百公里以內(nèi)沒有溫泉或打成的地熱井，不代表在園區(qū)內(nèi)沒有可開發(fā)的地熱資源；附近幾十公里或幾公里處有溫泉或打成的地熱井，不代表在園區(qū)內(nèi)就可以打出地熱水。園區(qū)內(nèi)有沒有可被開發(fā)的地熱資源，關(guān)鍵是要看是否存在有一定規(guī)模的斷裂構(gòu)造。即使是園區(qū)內(nèi)地下深部有地熱水資源，因受限于地熱資源勘探能力和準確性，以往開發(fā)地熱資源的實際效果并不理想，有的是根本沒有打出地熱水，白白浪費了幾百萬元的投資；有的是出水溫度低于30℃，要加熱后才能利用；有的是地熱水量太少，利用價值不高。因此，使用先進物探設(shè)備對園區(qū)進行全面詳細的精準地熱資源勘查至關(guān)重要。

 

  二、有關(guān)地熱資源的幾個概念

 

  要開發(fā)利用地熱資源，首先要厘清有關(guān)地熱資源的幾個概念：一是地熱資源產(chǎn)生于地球內(nèi)部地熱能，與地球同在，是取之不盡用之不竭的；二是斷控型地熱資源，是當前開發(fā)利用的主要地熱資源之一；三是并非只在板塊邊緣和板塊內(nèi)沉積盆地才會形成地熱資源，板塊內(nèi)斷裂構(gòu)造形成的地熱資源是我們開發(fā)利用的難點；四是要清楚小規(guī)模的斷裂構(gòu)造分布較多，對尋找地熱意義不大；五是根據(jù)地熱產(chǎn)生地溫梯度2～3℃/100米，只要取到足夠深度的水就是地熱水，關(guān)鍵是要找到地下深部的水；六是板塊內(nèi)尋找地熱水就是要尋找具有一定規(guī)模的相對較大的含水斷裂構(gòu)造。

 

  三、斷控型地熱資源的特征

 

  巖體受地質(zhì)應(yīng)力作用發(fā)生變形，一旦超過其可承受強度就會使巖體的連續(xù)性和完整性遭到破壞，近而產(chǎn)生各種大大小小的斷裂，形成斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造是地殼中最常見的構(gòu)造形式，在地殼中分布很廣，無論是新構(gòu)造運動還是運動多次的老構(gòu)造都有斷裂構(gòu)造的存在，只不過斷裂構(gòu)造的規(guī)模不同而已。在這些斷裂構(gòu)造中只有富水斷裂才對地熱勘查有意義。一般而言，斷裂規(guī)模越大富水性越好，溫度也會越高。

 

  四、斷裂構(gòu)造的電磁反應(yīng)

 

  對于壓性斷裂而言，由于斷層內(nèi)無水，對于電磁波的折射率變小、吸收特性變差，到達地表后剩余的電磁波能量值較高，測值相對較大。對于富水的斷裂，在斷層內(nèi)由于賦存水，水對于電磁波的折射率很大、吸收衰減特性好，導致到達地表后剩余的電磁波能量值很少，測值明顯變低。基于水對電磁波能量值的吸收衰減明顯高于一般介質(zhì)，在地表探測到的電磁波剩余能量值亦明顯低于固態(tài)介質(zhì)的測值，所以對于含水層和含水裂隙的電磁反應(yīng)是最敏感的，而且測值始終是明顯的低值。

 

  五、地熱資源勘探的目標

 

  對于斷控型地熱資源，從宏觀上來看，地下熱水的出現(xiàn)多是張性斷裂與其相對應(yīng)的壓性斷裂聯(lián)合作用的結(jié)果。若是勘探范圍足夠大，就可以勘查到壓性及其影響帶上次級張性斷裂構(gòu)造。因此，我們應(yīng)用有效的物探方法在勘查地熱資源時沒有必要非要找到高值的壓性斷裂構(gòu)造，應(yīng)該明確我們尋找的目標就是地下深部的含水層。而找水的關(guān)鍵就是尋找控制地下熱水的張性斷裂構(gòu)造，即通過物探方法對含水斷裂構(gòu)造的明顯反映，尋找斷裂破碎帶,結(jié)合測區(qū)水文地質(zhì)條件判斷其富水性，再進一步探明構(gòu)造帶的寬度、延深、產(chǎn)狀及水源補給和賦水條件,從而實現(xiàn)尋找賦存于斷裂構(gòu)造中的地下熱水的目的。

 

  六、國內(nèi)外地熱勘查的物探方法簡述

 

  目前國內(nèi)物探的各種設(shè)備各有所長，每一種物探方法都有各自的優(yōu)點和缺點，都很難完全滿足地熱資源勘探的要求，一般都采用綜合物探方法進行地熱資源勘查工作。目前可用以進行深部地熱資源勘查的物探方法主要是：⑴高精度磁法，此方法屬于時間域綜合地質(zhì)勘探，可以探測地下異常但屬于透視法不能探明異常的深度；⑵高分辨率地震勘探，主要用于石油勘探，對于水的敏感性不高且成本太高；⑶瞬變電磁法，也屬于時間域透視勘探，因需要對大地放電故探測深度有限，且結(jié)果存在信息多解性；⑷MT大地電磁法，屬于頻率域勘探法但可用頻點少、深度層有限，需要拉長線埋電極耗時耗工易受干擾；⑸CSAMT可控源音頻大地電磁測深法，是目前地熱勘探最常用、效果相對較好的物探方法，需要在靶區(qū)6--10公里以外大功率對地放電，一次放電可探測點數(shù)受配備接收儀限制、且最多可探測四十多個頻點深度層，效率低、成本高、間距大、探測點數(shù)少。這些都是價格不菲的高端進口設(shè)備，由于單點勘探時間較長、占用人工較多，一方面導致勘探地熱資源定地熱井的費用過高，另一方面導致探測線路少、50米左右的點間距過大而影響對地下構(gòu)造的準確判斷。

 

  七、VCT大地電磁成像深部構(gòu)造探測儀簡介

 

  由鄭州地象科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的VCT-4000M大地電磁場成像地熱探測儀，可探測地下深度為4000米，2000米以上每隔5米探測一層，2000—3000米每隔10米探測一層，3000—4000米每隔15米探測一層，是目前國內(nèi)外分層較細、探測速度最快的地熱資源物探設(shè)備。該儀器還具有以下優(yōu)勢：（1）3公斤重的單電磁感應(yīng)探頭移動方便，可任意放在巖石、馬路上甚至是淺水中探測；（2）單點測得4000米深、567層的數(shù)據(jù)僅需1分鐘，點間距一般設(shè)定為5--10米，一天可測300-400個探測點；（3）獨創(chuàng)的可自動生成的線剖面色塊數(shù)據(jù)二維CT成像圖，可以直觀看到含水裂隙和斷層構(gòu)造的位置、走向、寬度、深度等，通過多條線路、點間距5米精細探測，即可實現(xiàn)精準定井。經(jīng)過近幾年不斷探索和積累地熱資源勘探經(jīng)驗，實踐證明VCT成像深部構(gòu)造探測儀完全可以替代高端進口物探設(shè)備，獨立承擔地熱資源勘探定井任務(wù)，不但可以精確定位深部斷裂構(gòu)造的位置和大小，而且還可以清晰辨識斷裂構(gòu)造的性質(zhì)，利用其對水的高敏感性特點找出較深、較寬大的含水斷裂構(gòu)造。勘探速度快、探測密度大，對地下構(gòu)造看得清清楚楚，定井精準成井率高。

 

  八、VCT大地電磁成像剖面圖分析方法

 

  對VCT成像剖面圖顯現(xiàn)的斷裂構(gòu)造解釋：VCT成像剖面圖的縱向代表深度（5--4000米）、橫向為點號、探測的數(shù)據(jù)為電磁信號能量值。每個探測點都對應(yīng)一列縱向深度數(shù)據(jù)，可以觀察該探測點至上而下各深度層點測值的變化；觀察每個橫向深度層，可以看出每一探測點在該深度層的電磁反應(yīng)數(shù)據(jù)，通過比較找出異常點。張性斷層破碎帶上的空隙含水會形成透水性較好的含水裂隙，含水裂隙顯示的測值會明顯小于同層正常不含水的巖層，一般來講測值在0--1范圍內(nèi)。壓性斷層內(nèi)的巖石對于電磁波的吸收效應(yīng)差，自下而上的電磁波經(jīng)過此層到達地表后的剩余能量值就大，測值肯定會明顯高于同層正常巖石，一般來講測值會大于4或5。通過分析同一剖面圖找出斷裂構(gòu)造并判定其寬度、深度等，再與其它剖面進行對比分析，就可以對整個測區(qū)斷裂構(gòu)造形成一個立體的概念，就可以判斷斷裂構(gòu)造的性質(zhì)，判斷富水斷裂的發(fā)育程度及補水裂隙的方向、富水性和在相鄰的剖面上是否都存在和聯(lián)通性。

 

  九、地熱資源勘探定井的工作程序與內(nèi)容

 

  根據(jù)要求和勘查區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征，一般進行地熱資源勘探定井的工作程序與內(nèi)容包括：（1）在對勘查區(qū)域及周邊地區(qū)開展水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)之上，對勘查區(qū)域地熱開發(fā)進行可行性論證；（2）利用VCT大地電磁成像深部構(gòu)造探測儀進行詳細勘查探測，探查勘查區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造位置、走向、構(gòu)成，找到深部富水的斷裂構(gòu)造；（3）通過綜合分析勘查區(qū)所屬范圍內(nèi)的地熱地質(zhì)構(gòu)造，選擇地熱地質(zhì)條件優(yōu)越部位作為鉆鑿地熱井的最佳位置，并為打井施工提供地層參考依據(jù)；（4）預估地熱井出水溫度及出水量；（5）提交相關(guān)成果報告。

  十、地熱資源勘探設(shè)計及實施

 

  開發(fā)斷控型地熱資源打地熱井的前提是尋找到具有一定規(guī)模的富水斷裂構(gòu)造。所以進場后先要根據(jù)測區(qū)實際地形和地質(zhì)情況做好施工設(shè)計，一般來講初步探測要有幾條貫通測區(qū)的勘探剖面，每條剖面點距為5—10米/點、最少100個物理點，具體視測區(qū)面積而定。通過對幾條剖面圖進行綜合分析，初步判定測區(qū)內(nèi)是否存在斷裂構(gòu)造異常及地層變化情況。然后根據(jù)異常分布情況進行詳細勘查作出具體判斷。

 

  十一、地熱資源勘探分析論證確定地熱井位

 

  通過VCT成像初步勘查判斷測區(qū)內(nèi)是否有異常顯示，然后進行詳細勘查，并作出測區(qū)地熱資源勘查報告。報告內(nèi)容除了按照慣例對測區(qū)的地形、地貌、地質(zhì)概況進行概述之外，對于測區(qū)的地質(zhì)分析和定井結(jié)果要詳實論證、結(jié)論清楚肯定，應(yīng)該包括以下內(nèi)容：

 

  （1）對勘查數(shù)據(jù)進行計算處理后，反演出VCT彩色成像地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面圖，通過綜合分析對測區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，確定園區(qū)內(nèi)地熱構(gòu)造的性質(zhì)、位置及其賦水特性，對地熱斷裂構(gòu)造做出基本的描述；（2）針對每個剖面圖進行分析，確定靶區(qū)地熱斷裂構(gòu)造存在形式、寬度、延深、產(chǎn)狀及水源補給和賦水條件，選擇適合定地熱井的最佳剖面并列出等距壓縮剖面圖；（3）明確提出最佳鉆孔施工的探測點位坐標、終孔深度，列出鉆孔點位附近區(qū)段顯示深度層和VCT彩色成像剖面圖，在圖上標出孔位穿過各含水裂隙層的走向、連通、聚集等情況，并用文字具體列出孔位穿過各個含水裂隙層的深度范圍、左右寬度、相對賦水等級。

 

  （4）根據(jù)需求和孔位含水層情況，設(shè)定開始取水深度層和終孔深度，預測主要出水層的個數(shù)及所在深度，預測成井后大致的出水量和地熱水的溫度范圍。