论VCT大地电磁成像深层构造探测仪在地热资源勘探定井中的应用.doc
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1、 论VCT大地电磁成像深层构造探测仪 在地热资源勘探定井中的应用 寇伟 寇通 郑州地象科技有限公司,河南 郑州 450000摘要:地热资源开发利用已成热点,成功与否的关键在于能否精准勘探定井。属于MT大地电磁物探法的VCT成像深层构造探测仪的探测深度和精度领先于同行,近几年成功应用于地热资源勘探定井。关键词:VCT物探技术,地热资源,勘探定井 地热资源储量丰富,它属于大自然赐予之物,取之不尽用之不竭。由于地热资源本身没有成本,只存在开发成本,地热能已经成为最为热门新能源,地热资源的开发利用热潮正在兴起。然而,虽然目前地热勘查和钻探技术渐趋成熟,但在实践中仍有半数以上凿井施工的地热井不成功,为了
2、不使得几百万元的投资打水漂,其中不少凿井不达标后抽水再加热,对外宣称打出了温泉水。目前情况是热衷于地热资源开发利用的投资者多,真正下决心投资勘探凿井者少,其中地热勘探就存在许多技术性问题需要认识和解决。一、开发地热资源对物探的基本要求1、地热开发的基本要求。甲方开发地热资源的目的是为了替代现有的不可再生能源进行供热用水,打一口2000米左右深度的地热井要花费几百万元,所以甲方在物探方结束勘探工作后肯定要问:在甲方所在区域是否有可开发的地热资源,地热水层所在深度、需要凿井深度,凿井后大约的出水量和温度是多少?所以,在物探结束后的报告中一定要说明白甲方区域内是否能够开发地热资源,若是可以开发的话井
3、位定在何处,有一定热度的含水层有几层、大约在多深,成井后井口出水温度最低有多少度、每小时最少出多少吨水。物探方只有把这些说清楚了,甲方才好决定是否投资凿井。2、对物探设备的基本要求。一般开发商对于物探方法知之甚少,面对众多自夸能力强、成功率高的物探单位究竟如何评判,关键要看其使用的物探设备是否满足地热勘探要求的基本性能:(1)实际探测深度最少达到2000米,这是对地热勘探设备的最基本要求。就现有地热物探方法来看,勘探深度达到2000米以上的主要物探方法有大地电磁法(MT、AMT、CSAMT)、地震勘探法;(2)探测分层细度最好是在20米之内,分层间距大了就看不清含水裂隙、容易漏掉含水层。一般时
4、间域的物探设备(如磁力仪、重力仪、瞬变电磁法仪)只能透视勘探、不能深度分层,只适合寻找大的构造、框定靶区范围;频率域的物探设备可以根据不同频率达到的深度分层,具体分层细度视仪器性能而定。(3)线剖面上的探测点间距最好是在20米之内,板内大的断裂构造并不多,探测点间距大了就看不出或看不清规模小的断裂。目前地热勘探使用较多的MT、CSAMT方法由于单点布线时间较长,一般探测点间距为50米左右,做的细时为30米、粗时会为100米。探测点间距大小与仪器无关、完全由人为控制,关键是看物探人员是否为甲方负责、是否偷工减时。我见过一个地热物探报告,使用可控源大地电磁法(CSAMT)探测了2条线仅用7个探测点
5、,就判断出2条断裂,定了一个地热井位,真是匪夷所思。3、对物探结果的基本要求。一是要求物探分析严谨、清楚明白,原则上是找不到断裂构造不要定井,看不明白断裂构造的特征不要定井,深层含水裂隙不连贯不要定井,搞不清楚地热水补给关系及空间位置不要定井。二是不要全篇套话,交代清楚,探测结论要肯定地说是否找到了地热构造、是否可以定井施工凿井,而不要只是说有可能存在热储、建议钻探一个试验孔等不负责任的结论。三是确定井位一定要交代清楚预测含水层的数量、大小、深度位置,建议固井深度、凿井深度,预测可能的井口出水温度和出水量、最低出水温度和最少出水量,要让甲方清楚凿井可能的结果和风险,帮助其分析利弊以做出合理决策
6、。二、VCT大地电磁成像深层构造探测仪的原理及架构由于目前可用于地热资源勘探的物探设备绝大部分都是进口欧美的,价值都在百万元之上,加之勘探时间长、占用人工多,用其勘探地热资源、定地热井的费用自然也就较高,然而效果却并不十分理想。随着对深部地热资源勘探需求和地热井投资的不断增长,对地热勘探的准确性要求也在不断提高,新兴地球物理勘探手段的引入和研发将成为必然。由郑州地象科技有限公司近几年研发成功并具有理论创新的VCT大地电磁场成像深层构造探测仪,经过不断探索和积累地热资源勘探定井经验,实践证明完全可以替代进口物探设备,独立承担地热资源勘探定井任务,而且其探测密度更大、速度更快、分辨率更高、定井效果
7、更好。VCT大地电磁成像深层构造探测仪(以下简称VCT)是由郑州地象科技有限公司创新研发的地球物理勘探设备,与MT同属于天然场源的大地电磁法物探仪,但是在理论、架构、应用上都有很大的差异。为了便于大家了解其理论创新和应用特点,仅概略性地列述如下:(1)VCT的有效场源是来自于地球内部的导电流体和静磁场的相互作用产生的动态电磁场,VCT与MT采集的都是天然场源信号,区别在于VCT的场源在地下、MT的场源在天上。(2)由于地磁场源相对稳定、向地面辐射的电磁波所穿过的介质层固定不变,所以VCT采集的只是有小幅值瞬时变化的动态地磁场信号,与气候、时间、地域无关,一致性高。(3)VCT认为场源各频率电磁
8、波整体性经过地壳层衰减后携带介质信息到达地表,各个频率的衰减程度基本相同,若不考虑采集器硬件限制,探测深度可以通达地壳之下。(4)VCT是通过采集电磁波到达地面后剩余能量的序列数值,得知不同地层介质对于电磁波的吸收和衰减特性,它们表征的是不同地层介质相对的电磁特性、而不是介质电阻率。(5)VCT认为由于大地电磁场形成电磁波垂直传播到地表,电磁波的电场和磁场在交替传播过程中所携带的地层信息是一样的,都可用以独立表征各地层介质的电磁特性。(6)VCT认为由于电磁波能量包传播的递进特征,在地表采集的任一频率的信号值所对应的正是该频率电磁波递进到地表时某一个波长振幅点能量值,不存在测值会随着电磁场变化
9、周期和时间点不同产生变化的问题。(7)VCT认为同一频率下连续不断的电磁波叠加后形成两倍于振幅的峰峰值包络线内递进的能量包,在地表每一刻采集的都是该频率电磁波传递到地面时的最大能量值。(8)VCT仅采用一个垂直于地面的电磁传感器在地表采集自下而上的电磁波能量序列值,来直接表征大地由浅至深介质的电磁反应特性,视地表之上所有电磁信号均为干扰而屏蔽之。(9)VCT认为电磁波穿过固定不变的地壳混合介质层到达地面后的剩余能量值符合镜像法的唯一性定理要求,每个频率的测值与地下相应波长深度层的电磁波能量值互为镜像关系。(10)VCT认为深度层只与频率有关,每一个频率点都对应着一个固定的波长(深度层),不随介
10、质的电磁特性差异而改变。由此建立了频率(波长)与深度的固定对应关系表。(11)VCT仅采用一个高性能感应式磁感应器(探头)放在地面上采集大地电磁场辐射到地表上的电磁波剩余能量值,在水泥地、岩石上、山林、田间、冻土上都可以施工操作。(12)VCT把地表之上所有电磁信号都视为干扰信号,从探头到采集板采取多种措施将其屏蔽掉,抗干扰能力强,在离5万伏高压线10米、离22万伏高压线30米处能够正常探测。(13)VCT单点采集时间随探测深度和分层细度而增加,探测深度在1000米之内时需要3-15秒、在4000米之内时需要1-2分钟。采集速度快就可以实现点间距几米的密集性勘探。 (14)VCT按照均匀分层原
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