论山区地热勘探定井特点及经验.doc
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1、 论山区地热勘探定井特点及经验 郑州地象科技有限公司 寇通 寇伟 摘要:“好山好水好风光”,旅游风景区大都是在山谷里。为了增加景区特色、吸引更多的游客,大多数风景区都有开发地热温泉井的需求,但是在山谷中打地热井的成功率却很低,打2000多米的深井不见热水几百万元投资就打水漂了,导致众多景区因投资风险过大望而却步。所以,在投资开发地热资源凿井施工之前,必须通过有效的物探手段搞清楚区域内地下深层究竟是否有断裂构造及赋水性、凿井出水量有多少及温度有多高,这样才会心中有数、尽可能降低投资风险。关键词:地热勘探,温泉,断裂构造一、关于地热资源的几个概念一是地热资源是产生于地球内部的地热能,取之不尽用之不
2、竭的;二是并非只在板块边缘和板内沉积盆地才会形成地热资源,板内断裂构造形成的中低温地热资源才是我们开发利用的重点;三是板块内地壳浅层断裂构造无处不有,只是大小不同、深浅不一而已;四是断裂构造内发育较好的含水裂隙形成地表水下渗通道,使深层蓄水层成为热水型地热资源,也是当前可开发利用的主要地热资源;五是根据地热产生平均23/100米的地温梯度,只要能取到足够深度的水就是地热水;六是板块内找地热水就是要找相对较大较深的含水张性断裂构造和深部含水层。二、影响山区地热井出水量和水温的三个因素山区不可能有沉积盆地型地热田,只能存在断裂控制型地热资源。地壳浅层遍布大大小小的裂缝,使地表水顺裂缝下渗形成径流和
3、风化壳中的含水层。较宽大的裂缝形成深大断裂构造,其构造内发育的含水裂隙成为地热流体循环流动的通道,并在断裂深部富集形成蓄热含水层。 “逢沟必断”是前人对地质断裂构造的总结,有山就有沟谷,有沟谷就有断裂,但是否存在可以开发的地热资源,具体要从三方面来考察:一是断裂构造规模,一般在要开发地热资源的山谷内肯定都有断裂构造的存在,只不过断裂构造的大小不同、深浅不一,断裂规模越大,地热异常区域越大;断裂越深,地热水温度越高;断裂越宽越长,地热水保有量就越大。二是地层岩性,断裂构造内具有较好赋水性的岩层包括由粗中细砂、卵石、碎石、砾石等粒间空隙形成的含水地层,由半坚硬的微弱胶结的碎屑岩中孔隙孔洞中含水地层
4、,由灰岩、白云岩等碳酸盐岩类裂隙溶洞带性含水地层,这些地层岩溶孔隙度高或裂隙发育程度好、同层连通性好、渗透率高,形成含水层的规模大,深层聚水量大。三是地温异常,地球内部就是一个“大火炉”,它与地壳浅层盛满裂隙水“锅”的距离越近、“火”的热度就越高,“锅”内水被加热的温度自然就高,若是中浅层有相对隔水保温的岩层给“锅”再加个“盖”水温就会更高;是否存在地温异常主要取决于高热度岩层与深层地热水距离的远近、构造运动后是否留存有地热带、地壳岩层的厚薄等因素而定。断裂构造大小,决定了地表水下渗并形成热水层的深度;地层岩性赋水性好或差,决定了断裂构造内含水层的规模及蓄水量;地温梯度的高低,决定了地下不同深
5、度含水层的水温以及成井后出水温度的高低。三、山区勘探地热资源定井的关键及实施要点地热资源勘探的目的就是寻找较大断裂含水构造、在最佳位置凿井深层取水。根据地热水增温机理,只要断裂足够大、含水层足够深、深部地温足够热,地热水温就会明显高出同深度地温值。所以,能否抽取出温度足够高的地热水,关键是要找到含水性和导通性较好的基岩裂隙、构造裂隙、断裂破碎带,探明构造带的宽度、延深、产状及水源补给和赋水条件,在断裂构造内含水裂隙V形聚水中心定井。一般在山区实施地热勘探定井时的程序及要点:1、了解地形地貌地质概况。先通过百度百科等网络资料了解甲方所在地的基本情况;再通过国家地质资料馆的地质图库,查阅项目区及周
6、边的地层年代群组、岩性;然后利用谷歌地球等卫星地图从宏观角度出发由远至近查看项目区周围山脉山谷河流走向及汇集情况,结合地质情况找出断裂带或隐伏走向、与项目区的联系。2、通过地表低高程点判断谷内断裂带走向。按照作者发明的通过谷歌地球大范围搜索低高程点连线查找隐伏断裂方法,不仅在平原地区查找隐伏断裂带卓有成效,在宽度达几公里的较大山谷内也可以通过查找低高程点连线的走向位置,有目标地垂直于隐伏断裂中心设计勘探线路以缩小靶区、减少盲目性;即使是几百米的山谷,也可以将查找到的低高程点连线位置与几条横截山谷探测的剖面图上显示断裂中心位置相对照,印证所找断裂构造的准确性。3、实地勘查横切断裂走向进行探测。在
7、山谷内不能沿谷设计勘探线路,而是要横切山谷探测。只有垂直于断裂走向探测形成剖面图,才能看到完整的断裂构造形态、含水裂隙走向与倾角、聚水层的大小;沿谷而行很难通过含水裂隙V形聚合判断出断裂构造,所见含水层宽度亦并非真实;即使是地质图上红色实线标明的与山谷垂直的断裂带,若是没有一定宽度的山沟与山谷交汇,一般都是早期运动形成的含水性差的压性断裂带或断层。4、通过多剖面分析找出断裂构造中心位置及走向。在谷内勘探不仅仅是要找出断裂构造,而是要通过多条并行勘探线路形成的剖面图找出各自的断裂构造中心点,将其连接后观察分析其在项目区的走向、破碎含水较好的区域以及可打井施工的区块,选择其中最佳位置定井。若是选定
8、位置不方便打井,可在两侧选择可打井的区块再并行探测定井。5、确定最佳钻井孔位的原则:800米之下含水裂隙发育较好,有较厚较宽的含水层; 位居含水裂隙V形集聚层的中间,以防钻井施工偏斜错开含水层;井孔尽可能多经过几个相对富集的含水层,尽可能增大出水量;优选深度在10002500米的含水相对富集层段,确保出水温度。四、山区地热勘探定井的难点1、判断断裂容易,欲知有水难。两山夹一谷、谷内肯定有断裂。无论用什么方法勘探,结果肯定是两侧山上测值较高、谷内测值较低,但是谷内断裂构造的大小、深浅、赋水性以及断裂中心在哪里却不好由两高一低来判断。2、山谷一般较为狭窄、两侧山高无路,探测人员很难攀爬施工布线。尤
9、其是使用AMT(MT)大地电磁法对称4点布极距离最少50米很难实现,采用缩小极距、浅埋电极等不合规操作勉强布极,采集数据的可信度和可用度都不会高。3、甲方欲打地热井投资温泉项目的旅游区或开发商基本上都是要锦上添花,山谷土地有限,谷内房屋设施较多、很难布线勘探;沿谷肯定会有10-110KV的高压线及380V供电网,电磁干扰过大,大多数物探设备都很难避开进行勘探;另外还有公路上车辆不断、产生低频震荡,也会影响深层勘探结果。五、用于山区地热勘探定井物探方法的局限性山区地热勘探对物探设备的基本要求:一是实际探测深度最少达到2000米,探测深度达不到靠模糊推测肯定要失败;二是测深要有分层且间隔最好是在2
10、0米之内,分层间距大了就看不清含水裂隙走向和连续性、容易漏掉含水层;三是线剖面上的探测点间距最好是在20米之内,山谷内深大断裂构造并不多,探测点间距大了就看不出断裂构造中心、聚水层。就现有物探方法来看,直流电法仪探测深度仅达几百米不适合做地热勘探,时间域的物探设备(如磁力仪、重力仪、瞬变电磁法仪)只能透视勘探、不能测深分层,只适合寻找大的构造、框定靶区范围,山谷内本身就是靶区基本上不需要。勘探深度达到2000米左右、可分层测深的频率域物探方法主要有大地电磁法的MT、AMT、CSAMT和地震勘探法。高分辨率地震勘探,主要用于石油勘探,对于水的敏感性不强,勘探成本太高,不适合用于山区地热勘探定井。
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