论文部分内容阅读
摘要：物探具有简单、快速、参数多、反映地质信息量大的优点，是客观存在的地球物理性质的综合反映。运用综合物探方法对地热资源进行勘探，可以避免单一物探方法的局限性，提高勘探精度。相信综合物探方法在今后地热资源勘查中的应用会更多，效率和精度也会有很大提高。
关键词: 地热勘查；物探方法；综合应用
中图分类号： P314文献标识码：A 文章编号：
地热能是赋存于地球内部一种巨大、宝贵的矿产资源，它是一种绿色环保、经济高效的新型能源。具有投资少、见效快、使用方便、节能环保等特点，开发利用前景广阔。在地热资源勘探过程中，初步查明了我国地热资源可采储量相当于4.626 5×1011t标准煤，储量巨大。但我国对地热资源的利用还比较少，而且目前所利用的地热资源主要是限于地壳浅层的水热系统，对地壳深部高温岩体所蕴含的巨大热能的开发利用仅处于探索研究和试验阶段。所以加大对地热资源的勘探和开发，不但可以减轻能源短缺的压力，还可以对环境的改善作出巨大的贡献。
一、物探方法分类简介
目前，地球物理勘探方法很多，根据工作空间的不同，可分为地面物探、航空物探、钻井物探及测井等。
测井是应用地球物理方法来研究钻孔地质剖面，解决地下地质技术问题的一门技术，包括视电阻率、侧向、自然电位、自然伽玛、密度、声波、中子、产状、井径、井斜、井温、水文流量、核磁共振、微测井、伽玛能谱、压力、感应、成像测井等几十种方法。
地震是以研究地震波在地壳内的传播规律，达到查明地下地质构造和寻找有用矿藏的勘探方法。近年来，地震技术发展很快，有反射波法、透射波法、折射波法地震，有二维、三维地震，有高分辨率、微地震，有浅层、深部地震等，处理方法较多，不但精度高、速度快，而且处理手段灵活多样。
电法是以研究地下各种岩层电性的差异为依据，寻找和勘探矿藏、探测地下水、解释地质构造等，有电测深法、自然电场法、充电法、电测剖面法、瞬变电磁法、电偶源频率测深法、电磁测深法(频率、大地)、感应法及高密度电法等。
重力和磁法除传统方法外，还有高分辨率、高精度重力和磁法物探方法。重力资料多用于区域构造单元的划分、断裂构造空间展布的确定及盆地基底起伏及其性质的研究工作。利用磁法可探测矿藏，确定隐伏岩浆岩体的分布、厚度及与断裂带的关系，确定水热蚀变带位置。
遥感可得到卫星图像或航空图像，通过对不同种类、不同比例尺、不同时相的航空航天遥感图像(如MSS卫片、TM卫片、SPOT卫片、侧视雷达片、国土卫星彩红外片、航空像片等)进行地质解译，判断地貌、地层、地质构造，寻找矿藏和探索水文地质条件，还可判断地面泉点、泉群和地热溢出带。
各种物探方法从空中、地面、地下不同角度组成了立体阵容，这种特殊的组合方式决定了物探方法必须要综合考虑、分析和研究解释。在地热资源勘查中，物探工作是其重要组成部分。地热资源勘查应视情况采用综合物探方法进行，以避免采用单一方法在深度、广度、精度方面的影响。因为单一物探方法有时具有多解性，如高温热水和蚀变矿物都能引起低阻，高温热流体视电阻率低，但视电阻率低的地方不一定都有高温热流体等；而通过综合物探可获得地质构造条件、热储赋存范围、地下水补给关系及空间位置等资料。为了更好地查明地热田的地质条件、热储特征、地热资源量，评价开采技术经济条件，在地热资源勘查中对综合物探工作应给予足够的重视。
二、地热物探评价方法的应用
地热勘探中，几乎所有的物探方法都可以考虑部署的(表1)。但是，不同的地热田，由于地质条件、热储结构、成因类型、地热液体的化学成分等不同，其物探异常的客观反映也必然有所差异，对物探方法的选择和异常现象的解释也有所不同，不能照搬某一种模式，而应根据实际情况，合理地选择适合勘探区的物探方法组合系列，才能使所获成果达到预期的目的。并且在新的地热田勘查中，综合物探工作应优先开展。
表1 地热物探综合评价手段
三、物探方法组合在地热勘查中的应用
3.1 研究区地球物理参数模型
参考某研究区的工作成果和其他資料,统计热储层及盖层的综合物性参数，综合分析热储层及盖层的地球物理特征,得到研究区地球物理模型参数曲线。从中可以看出:
新近系砂岩孔隙型热储 该热储层波速平均值为2021m/s,而其上覆第四系波速值一般<1300m/s,两者间波速差异明显；热储层电阻率值为5～8Ω·m,与上覆第四系电阻率值差异较小；密度值与上覆第四系低密度层亦有明显差异；磁性与新生界第四系差异较明显。
基岩碳酸盐岩溶裂隙型热储 该热储层波速平均值为2681～2732m/s,为高速层,与上覆地层波速差异十分明显；电阻率值一般>100Ω·m,为高阻层,与上覆地层电阻率差异明显；密度平均值为2.68g/cm3,为高密度层,与上覆地层有明显的密度差异；该热储层为弱磁性层,与上覆中生界白垩系、侏罗系的火成岩地层磁性差异较明显,与新生界磁性略有差异,与其他地层磁性差异不大。
3.2 物探方法组合
地球物理勘查工作是通过不同的物探方法对一个地区进行平面测量和垂向测量,在野外试验及资料总结分析的基础上了解地质体平面和垂向的特征。一般在地热资源预可行性勘查和可行性勘查阶段进行,勘查范围应包括相关的构造单元并结合地热钻井的井位确定。
平面测量一般是测量天然物理场，如重力、磁法和电法,其接收的是稳定的场值,在一个测点上只有一个数值,一般要有地面上多个观测点(一个区域)才能反映出物理场的分布特征。在一条线上的观测值组成剖面曲线,由多条平行的剖面可以组成平面数据。测深方法如人工地震、电法和面波测深等,一般要建立一个变化的人工场(或天然场),在原地布一个接收系统来了解地下不同深度的物理量,即得到一条垂向剖面。
地热物探工作需要多种方法组合完成,特别是要根据地质任务合理选择不同方法(平面测量和垂向测深方法)进行组合。具体方法的选择要考虑目的层的物理前提,即目的层与其他层的物性差异,这个差异要足够大,能反映到物理场中被仪器观测到。
在坳陷区,由于盖层沉积较厚,主要物探异常形态一般表现为重力低、电阻率低和波速低的平缓曲线变化。大地电磁测深电阻率曲线一般为KQH型(图1)。第四系为高阻层,新近系相对古近系为高阻层,古近系为低阻层,下伏基岩为高阻层。对应厚度很大的新近系、古近系低阻层,电阻率曲线反映为一宽缓的低阻段,此特征对赋存于坳陷区的新近系砂岩孔隙型热储层具有普遍代表性。
图1 坳陷区砂岩孔隙型热储层大地电磁测深曲线(KQH型)形态图 图2 隆起区基岩热储层大地电磁测深曲线(KH型)
在隆起区,主要物探异常形态一般为重力高、电阻率高和波速高等特点。磁力场一般表现为低缓的正磁场,由于地热田(异常区)常与构造及火山活动或岩浆岩的侵入有关,此类岩石一般具有较强的磁性,据此,可以利用磁法勘探追索与热流体通道有关的断裂构造和火成岩体。大地电磁测深电阻率曲线一般为KH型(图2)。第四系为高阻层,新近系为低阻层,下伏基岩为高阻层。与坳陷区的大地电磁测深电阻率曲线明显不同,由于隆起区的新近系低阻层变薄,电阻率曲线反映为一范围较窄的低阻段,之后迅速上升进入高阻层,此特征对基岩的碳酸盐岩溶--裂隙型热储层具有普遍代表性。
地球物理勘查工作的任务是初步查明：①圈定地热异常范围和热储的空间分布特征；②确定基底起伏及隐伏断裂的空间展布；③确定勘查区的地层结构,热储层的埋藏深度。鉴于这些地质任务,参考研究区的工作成果和其他资料,对比分析各种方法在不同地热田的应用效果,结合地热田地球物理特征, 建立本区地球物理勘探方法组合(表1)。
参考文献
[1]金永念，张登明，刘志平．综合地球物理勘探技术在地热勘查中的应用[J]．水文地质工程地质，2006，33(1)．
[2]段佳松．综合物探调查评价深圳市地下水资源[J]．物探与化探，1999，23(5)．
[3]陈仲侯. 工程与环境物探教程[M]. 北京: 地质出版社,1996.
关键词: 地热勘查；物探方法；综合应用
中图分类号： P314文献标识码：A 文章编号：
地热能是赋存于地球内部一种巨大、宝贵的矿产资源，它是一种绿色环保、经济高效的新型能源。具有投资少、见效快、使用方便、节能环保等特点，开发利用前景广阔。在地热资源勘探过程中，初步查明了我国地热资源可采储量相当于4.626 5×1011t标准煤，储量巨大。但我国对地热资源的利用还比较少，而且目前所利用的地热资源主要是限于地壳浅层的水热系统，对地壳深部高温岩体所蕴含的巨大热能的开发利用仅处于探索研究和试验阶段。所以加大对地热资源的勘探和开发，不但可以减轻能源短缺的压力，还可以对环境的改善作出巨大的贡献。
一、物探方法分类简介
目前，地球物理勘探方法很多，根据工作空间的不同，可分为地面物探、航空物探、钻井物探及测井等。
测井是应用地球物理方法来研究钻孔地质剖面，解决地下地质技术问题的一门技术，包括视电阻率、侧向、自然电位、自然伽玛、密度、声波、中子、产状、井径、井斜、井温、水文流量、核磁共振、微测井、伽玛能谱、压力、感应、成像测井等几十种方法。
地震是以研究地震波在地壳内的传播规律，达到查明地下地质构造和寻找有用矿藏的勘探方法。近年来，地震技术发展很快，有反射波法、透射波法、折射波法地震，有二维、三维地震，有高分辨率、微地震，有浅层、深部地震等，处理方法较多，不但精度高、速度快，而且处理手段灵活多样。
电法是以研究地下各种岩层电性的差异为依据，寻找和勘探矿藏、探测地下水、解释地质构造等，有电测深法、自然电场法、充电法、电测剖面法、瞬变电磁法、电偶源频率测深法、电磁测深法(频率、大地)、感应法及高密度电法等。
重力和磁法除传统方法外，还有高分辨率、高精度重力和磁法物探方法。重力资料多用于区域构造单元的划分、断裂构造空间展布的确定及盆地基底起伏及其性质的研究工作。利用磁法可探测矿藏，确定隐伏岩浆岩体的分布、厚度及与断裂带的关系，确定水热蚀变带位置。
遥感可得到卫星图像或航空图像，通过对不同种类、不同比例尺、不同时相的航空航天遥感图像(如MSS卫片、TM卫片、SPOT卫片、侧视雷达片、国土卫星彩红外片、航空像片等)进行地质解译，判断地貌、地层、地质构造，寻找矿藏和探索水文地质条件，还可判断地面泉点、泉群和地热溢出带。
各种物探方法从空中、地面、地下不同角度组成了立体阵容，这种特殊的组合方式决定了物探方法必须要综合考虑、分析和研究解释。在地热资源勘查中，物探工作是其重要组成部分。地热资源勘查应视情况采用综合物探方法进行，以避免采用单一方法在深度、广度、精度方面的影响。因为单一物探方法有时具有多解性，如高温热水和蚀变矿物都能引起低阻，高温热流体视电阻率低，但视电阻率低的地方不一定都有高温热流体等；而通过综合物探可获得地质构造条件、热储赋存范围、地下水补给关系及空间位置等资料。为了更好地查明地热田的地质条件、热储特征、地热资源量，评价开采技术经济条件，在地热资源勘查中对综合物探工作应给予足够的重视。
二、地热物探评价方法的应用
地热勘探中，几乎所有的物探方法都可以考虑部署的(表1)。但是，不同的地热田，由于地质条件、热储结构、成因类型、地热液体的化学成分等不同，其物探异常的客观反映也必然有所差异，对物探方法的选择和异常现象的解释也有所不同，不能照搬某一种模式，而应根据实际情况，合理地选择适合勘探区的物探方法组合系列，才能使所获成果达到预期的目的。并且在新的地热田勘查中，综合物探工作应优先开展。
表1 地热物探综合评价手段
三、物探方法组合在地热勘查中的应用
3.1 研究区地球物理参数模型
参考某研究区的工作成果和其他資料,统计热储层及盖层的综合物性参数，综合分析热储层及盖层的地球物理特征,得到研究区地球物理模型参数曲线。从中可以看出:
新近系砂岩孔隙型热储 该热储层波速平均值为2021m/s,而其上覆第四系波速值一般<1300m/s,两者间波速差异明显；热储层电阻率值为5～8Ω·m,与上覆第四系电阻率值差异较小；密度值与上覆第四系低密度层亦有明显差异；磁性与新生界第四系差异较明显。
基岩碳酸盐岩溶裂隙型热储 该热储层波速平均值为2681～2732m/s,为高速层,与上覆地层波速差异十分明显；电阻率值一般>100Ω·m,为高阻层,与上覆地层电阻率差异明显；密度平均值为2.68g/cm3,为高密度层,与上覆地层有明显的密度差异；该热储层为弱磁性层,与上覆中生界白垩系、侏罗系的火成岩地层磁性差异较明显,与新生界磁性略有差异,与其他地层磁性差异不大。
3.2 物探方法组合
地球物理勘查工作是通过不同的物探方法对一个地区进行平面测量和垂向测量,在野外试验及资料总结分析的基础上了解地质体平面和垂向的特征。一般在地热资源预可行性勘查和可行性勘查阶段进行,勘查范围应包括相关的构造单元并结合地热钻井的井位确定。
平面测量一般是测量天然物理场，如重力、磁法和电法,其接收的是稳定的场值,在一个测点上只有一个数值,一般要有地面上多个观测点(一个区域)才能反映出物理场的分布特征。在一条线上的观测值组成剖面曲线,由多条平行的剖面可以组成平面数据。测深方法如人工地震、电法和面波测深等,一般要建立一个变化的人工场(或天然场),在原地布一个接收系统来了解地下不同深度的物理量,即得到一条垂向剖面。
地热物探工作需要多种方法组合完成,特别是要根据地质任务合理选择不同方法(平面测量和垂向测深方法)进行组合。具体方法的选择要考虑目的层的物理前提,即目的层与其他层的物性差异,这个差异要足够大,能反映到物理场中被仪器观测到。
在坳陷区,由于盖层沉积较厚,主要物探异常形态一般表现为重力低、电阻率低和波速低的平缓曲线变化。大地电磁测深电阻率曲线一般为KQH型(图1)。第四系为高阻层,新近系相对古近系为高阻层,古近系为低阻层,下伏基岩为高阻层。对应厚度很大的新近系、古近系低阻层,电阻率曲线反映为一宽缓的低阻段,此特征对赋存于坳陷区的新近系砂岩孔隙型热储层具有普遍代表性。
图1 坳陷区砂岩孔隙型热储层大地电磁测深曲线(KQH型)形态图 图2 隆起区基岩热储层大地电磁测深曲线(KH型)
在隆起区,主要物探异常形态一般为重力高、电阻率高和波速高等特点。磁力场一般表现为低缓的正磁场,由于地热田(异常区)常与构造及火山活动或岩浆岩的侵入有关,此类岩石一般具有较强的磁性,据此,可以利用磁法勘探追索与热流体通道有关的断裂构造和火成岩体。大地电磁测深电阻率曲线一般为KH型(图2)。第四系为高阻层,新近系为低阻层,下伏基岩为高阻层。与坳陷区的大地电磁测深电阻率曲线明显不同,由于隆起区的新近系低阻层变薄,电阻率曲线反映为一范围较窄的低阻段,之后迅速上升进入高阻层,此特征对基岩的碳酸盐岩溶--裂隙型热储层具有普遍代表性。
地球物理勘查工作的任务是初步查明：①圈定地热异常范围和热储的空间分布特征；②确定基底起伏及隐伏断裂的空间展布；③确定勘查区的地层结构,热储层的埋藏深度。鉴于这些地质任务,参考研究区的工作成果和其他资料,对比分析各种方法在不同地热田的应用效果,结合地热田地球物理特征, 建立本区地球物理勘探方法组合(表1)。
参考文献
[1]金永念，张登明，刘志平．综合地球物理勘探技术在地热勘查中的应用[J]．水文地质工程地质，2006，33(1)．
[2]段佳松．综合物探调查评价深圳市地下水资源[J]．物探与化探，1999，23(5)．
[3]陈仲侯. 工程与环境物探教程[M]. 北京: 地质出版社,1996.