地熱地面地球物理勘查方法及應(yīng)用評價

趙菲菲

摘要：當前社會經(jīng)濟發(fā)展和人們的工作生活對于能源的依賴性越來越高，石油、煤炭等傳統(tǒng)能源成本較高，且具有不可再生性，還會造成環(huán)境污染。因而新型清潔型可再生能源的開發(fā)和利用成為全世界能源行業(yè)關(guān)注的重點，地熱作為新型綠色環(huán)保能源的代表具有良好的發(fā)展前景和巨大的開發(fā)價值。為了提高地熱資源的開發(fā)成效和利用效率，降低開發(fā)難度和成本必須要確?？辈楣ぷ鞯目煽啃?。針對于此本文就地球物理勘查方法這種重要的地熱地面勘查手段進行和分析，希望可以為我國地熱資源的開發(fā)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地熱；地球物理勘查；物探方法

地球物理勘查方法在地熱資源的勘查開發(fā)中具有重要的意義，地熱普查階段以及地熱重點區(qū)域補充勘查工作都可以采用地球物理勘查方法。地熱勘查的主要目的就明確地熱構(gòu)造的具體位置，為后續(xù)的工作提供依據(jù)，降低地熱資源開發(fā)利用的成本和風險性。常用的地球物理勘查方法包括電磁測探法、重力勘探、淺層測溫、微動勘探、地震勘探、遙感技術(shù)以及常規(guī)電阻率測深等，筆者將對應(yīng)用比較廣泛的幾種物探方法的有效性進行評價。

一、地熱地球物理勘查基礎(chǔ)

1.1地熱資源的類型

根據(jù)構(gòu)造成因、水熱傳輸方式以及熱儲介質(zhì)的不同可以將地熱資源劃分為不同的類型。按照構(gòu)造成因?qū)ξ覈牡責豳Y源進行分類，包括隆起山地型地熱資源和沉積盆地型地熱兩大類。按照水熱傳輸方式可以分為對流型和傳導型。結(jié)合地熱源和地質(zhì)構(gòu)造對地熱資源分類進行細化，可以進一步將盆地型的地熱資源分為坳陷盆地型和斷陷盆地型兩大類，隆起型山地型可以進一步劃分為深循型地熱資源、火山型地熱資源和非火山型地熱資源三個類別。按照熱儲介質(zhì)的車別可以分為巖溶裂隙型、孔隙型和裂隙型三大類。按照地球物理方法對地熱資源劃分的類型包括花崗巖型、盆地和古潛山型、火山巖型以及塊內(nèi)基巖裸露型。我國地熱資源分布較為廣泛，受地區(qū)巖性的影響較為明顯。地熱類型的不同是選擇地球物理勘查方法的重要依據(jù)。

1.2地熱地球物理特性

熱地球物理響應(yīng)和水地球物理響應(yīng)是地熱資源的兩大特性，除此之外巖性參數(shù)響應(yīng)也可以作為對地熱資源的位置進行判斷的重要依據(jù)，因而采用地球物理勘查方法對地熱資源進行勘探具有可行性。在巖層的裂隙、空隙以及巖溶中存在水，帶有地熱能量的水的地球物理特性包括電阻率、極化率、波速以及布格場分布等。除了水的特性之外，地熱的存在還會對地層中巖性產(chǎn)生影響，使巖層的致密度、磁化率、孔隙度、電阻率、波速以及滲透率等出現(xiàn)變化，于此同時還會造成放射性元素分布情況和地溫梯度的變化，氡氣濃度就是判斷地熱資源位置的重要指標。根據(jù)地熱資源水、熱的不同物理特性相應(yīng)特征結(jié)合地質(zhì)背景資料、勘探成本以及技術(shù)水平制定科學合理的物理勘探方案，確保地熱物探的順利實施。

二、地球物理勘查方法的實際應(yīng)用

2.1重力和磁法

在實際的地熱勘查工作中可以綜合應(yīng)用多種物探方法，不同的方法相互印證可靠性，還可以減少物探的多解性。應(yīng)用重力和磁法勘探手段時，可以根據(jù)勘查工作得到的數(shù)據(jù)和信息繪制相應(yīng)的重力曲線與磁法曲線的對照圖，通過對參照圖的分析可以對測區(qū)內(nèi)的地層斷裂情況進行推測，一般來說重力水平梯度曲線存在異常的位置存在斷裂的可能性較大，磁力曲線、布格重力曲線往往也會在地層斷裂處出現(xiàn)異常，如果三條曲線的異常位置重合的話則正斷層的規(guī)?？赡鼙容^大。

2.2音頻大地電磁測探法

通過音頻大地電磁測探法進行地熱地面勘查時可以繪制出地熱田AMT工作中兩個相交電阻率剖面的三維展示圖，可以將其與重力曲線和磁法曲線對照圖等其他勘探方法的數(shù)據(jù)結(jié)果進行綜合的分析。如果沒有采取其他的輔助物理勘探方法，為了減少多解性必須要確保測線布設(shè)的合理性和全面性，使得音頻大地電磁測探法可以實現(xiàn)自我驗證，同時也有利于地熱探測可靠性的提高。通過對相交剖面圖的分析可以得到測區(qū)巖層產(chǎn)狀以及巖性分界面的概況。

2.3微動勘測

微動勘測相較于傳統(tǒng)的鉆孔勘測手段施工難度更低，而且在城市等區(qū)域也可以進行勘測。目前微動勘測成果已經(jīng)可以達到較高的準確度，微動勘測與實鉆探測結(jié)果基本上一致。利用微動勘測方法可以對測區(qū)內(nèi)地層的斷裂位置進行準確的推斷，為地熱井位置的選擇和施工方案的設(shè)計提供了重要的依據(jù)，可以采用鉆孔對于微動勘測的結(jié)果進行驗證，保證地熱井的產(chǎn)量。

2.4氡氣和可控源大地電磁測探法

采用該方法可以進行地熱田CSAMT電阻率剖面和氡氣檢測曲線的對比圖，通過對對比圖的分析可以找出測區(qū)內(nèi)電阻率較低的區(qū)域，電阻率異常一般為小型斷層或者是巖性破碎的表現(xiàn)，于此同時這些地質(zhì)構(gòu)造還顯示為氡氣過高，檢測曲線也會存在異常，可以對電阻率剖面圖分析進行補充。將這兩種方法結(jié)合應(yīng)用可以充分發(fā)揮各自的地質(zhì)探測優(yōu)勢，還可以對彼此的探測結(jié)果進行印證。

三、地熱地面物探方法

3.1物探方法應(yīng)用評價

不同的物探方法有著不同的適用范圍，地質(zhì)條件差異也會導致物探方法應(yīng)用效果的差別。以可控源大地電磁測探法為例，該方法在斷裂走向趨勢、地層分層情況以及基巖面起伏狀況等問題的勘查上都有著良好的應(yīng)用效果。地球物理勘查中應(yīng)用的電磁測探法擁有多個分支，可以在復(fù)雜的地質(zhì)問題勘查中發(fā)揮重要的作用。在進行實際的地熱地面勘查時需要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景資料，根據(jù)地熱地質(zhì)問題的類型選擇恰當?shù)碾姶艤y探法。

平原地區(qū)的地熱資源勘探采用重力探測法可以取得不錯的效果，該方法在地質(zhì)斷裂構(gòu)造位置、斷裂走向、基底凹陷和隆起等問題的判斷上具有顯著的優(yōu)勢。

地熱勘探中磁法的應(yīng)用以航空磁測為主，該方法具有勘測覆蓋面積較大、磁場區(qū)域背景廣的特點，由于地熱引起的地質(zhì)磁異常在區(qū)域背景磁場的襯托下會更加明顯。

地熱資源藏儲的特殊性使得地震方法勘查的成本較高，而且如果勘探區(qū)域位于城市，地震勘查的震源問題也很難得到解決，因而地熱地面物理勘探中地震方法的應(yīng)用也比較少。但是需要注意的是有關(guān)測區(qū)的高分辨率地震資料可以為后續(xù)的地熱勘探提供參考，尤其是油氣田的地熱勘察中地震方法更應(yīng)該得到重視。

利用地溫法勘查淺部地熱田可以取得良好的效果，這也是尋找地層深部地熱田具體位置最為直接的方法，當時相較于深部地熱田的勘查效果要遜于淺層地熱田的勘查。地熱田的形成原因是地溫法選擇與否的重要參考因素，此外勘查目的也會對地溫法的選用產(chǎn)生應(yīng)用?！盁帷焙汀八笔堑責峥辈樾枰鉀Q的兩個重點問題，因而在實際的地熱勘查中往往會將地溫法與其他勘探手段進行結(jié)合應(yīng)用。

微動勘探方法在深層地熱的勘探中具有得天獨厚的優(yōu)勢，微動探測對于深部低速異常的分辨能力十分出色，因而在地層破碎帶等低速異常體的探測中可以保證較好的效果，含水破碎帶區(qū)域位置的確認精確度也比較高，是地熱井位置選擇和施工方案確定的重要依據(jù)。

氡氣測量相較于上述地球物理勘查方法操作難度較低，更為方便快捷，且相應(yīng)較為明顯，但是該方法也存在一定的局限性，因而一般是作為其他地熱物探手段的輔助。

3.2物探方法選擇

在進行物探方法的選擇必須要結(jié)合區(qū)域背景地質(zhì)資料，明確測區(qū)的地質(zhì)特點和地熱地面勘探任務(wù)的特殊性，從而選擇出恰當?shù)牡貐^(qū)物理勘查方法組合方式。火山巖區(qū)的地熱地面勘探對于深部地質(zhì)構(gòu)造以及地熱源的勘探要求比較高，因而可以采用重力勘測法以及大地電磁測探等勘查手段，還可以利用分辨率較高的地震法勘測資料對地熱勘查進行補充。除此之外地層較深處火山活動的情況可以通過微動測探法進行勘查，地層破碎帶的發(fā)育以及蓋層則可以采用地溫法、重力法、電法、磁法等進行結(jié)合應(yīng)用。

巖性主要為花崗巖的地熱區(qū)域的勘探，地熱源的探測可以采用大地電磁測探法，地層的斷裂構(gòu)造發(fā)育情況以及基巖埋深則可以綜合利用地溫法、氡氣測量法、地面電法和磁法。地質(zhì)蓋層和蓋層下的斷裂情況可以采用地震法進行淺層地層的探測。

古潛山以及盆地也是地熱資源分布較多的區(qū)域，測區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造可以通過地面電法進行探測和確認，同時結(jié)合重力勘測法對中新生代地層的下浮灰?guī)r古潛山分布情況進行分析。古潛山的詳細構(gòu)造需要結(jié)合測區(qū)的石油勘測地震剖面和構(gòu)造圖進行研究。

結(jié)束語：勘查工作是地熱資源開發(fā)利用的重要保障，地球物理勘查憑借其便捷性、較強的適用性等特點在地熱勘查中的地位逐漸提高。在進行地球物理勘查時需要對地熱地質(zhì)勘查任務(wù)的特殊性進行全面的考慮，在勘查之前對區(qū)塊背景地質(zhì)資料進行收集分析和整理，通過科學合理的探測工作涉及確保地球物理勘查的工作成效。