摘要:利用水井測溫方法確定恒溫層溫度,以恒溫層的溫度值作為湖頂地熱異常區(qū)的下限值,用內(nèi)插法勾繪溫度等值線圖,高于該下限值范圍的即為地熱異常區(qū)。曹縣莊寨地區(qū)的地熱普查證明該方法是快速有效的。

 

  關(guān)鍵詞:水井測溫;埋深;恒溫層;地熱異常區(qū)

 

  山東省的魯西北和魯西南新生代地層非常發(fā)育,僅第四系和新近系的沉積厚度就有500～1100m左右,是構(gòu)造沉陷區(qū)傳導(dǎo)型低溫地熱田分布區(qū)[1]。本區(qū)地溫場的特征是:新生界平均地溫梯度一般為2.5～3℃/100m,且無地熱地表顯示。另外,地溫分布受斷凸、斷凹構(gòu)造格局控制,地溫高、低區(qū)呈相間帶狀分布,相對高溫區(qū)與基巖隆起區(qū)相一致。以往地熱工作者通常把新生界平均地溫梯度3.5℃/100m分布區(qū)視為地熱異常區(qū);把小于此值的地區(qū)作為非地熱異常區(qū),認為不存在可供開采的地熱資源。但實踐證明,在這種“非地熱異常區(qū)”同樣可以找到可供開采的地熱資源,如曹縣莊寨、菏澤市區(qū)、鄄城城區(qū)和臨清市區(qū)。在這種地區(qū)開展地熱普查,遇到的首要難題是沒有可供測量地溫的鉆孔或超深水井,無法確定該地的地溫梯度,難以圈定地熱異常。筆者在開展地熱普查的過程中,采用測量淺層水井水溫,用作圖的方法計算該區(qū)恒溫層頂界面的埋深,尋找恒溫面隆起區(qū),進而圈定地熱異常區(qū),達到了預(yù)期目的。

 

  1 水井測溫的原理

 

  根據(jù)熱傳導(dǎo)的原理,熱總是由高溫區(qū)向低溫區(qū) 傳導(dǎo)。地球內(nèi)部的地熱能,通過熱傳導(dǎo)的方式從地殼深部向地殼淺部傳輸,太陽的幅射能也從地外向地內(nèi)傳輸,地內(nèi)和地外熱能最后在地下某一深度達 到熱平衡狀態(tài),熱平衡狀態(tài)所處位置即恒溫層頂界面的位置,該處水溫即為恒溫層的溫度。恒溫層頂界面隆起和恒溫層間隔小的地區(qū),就是地熱異常區(qū)。

 

  2 水井測溫的工作方法

 

  在普查區(qū)內(nèi),按照工作區(qū)的面積適度部署水井(居民飲用水井或農(nóng)用灌溉水井)測溫,需要測溫的水井應(yīng)是處于靜水狀態(tài),否則不能正確反映水的溫度。 在測量過程中,首先要準確確定潛水面的埋深,并測量該處的水溫;然后可按5m的間距或更小的間距依次向下測量,直達井底。在讀取每處水溫的數(shù)據(jù)時,必須等測溫儀所顯示的數(shù)字穩(wěn)定以后,否則會有誤差。每井測量工作結(jié)束后,需對井位、井徑等有關(guān)資料真實記錄在冊。

 

  3 水井測溫資料在地熱異常區(qū)圈定中

 

  的應(yīng)用

 

  3.1 水井測溫資料的室內(nèi)整理

 

  對工作區(qū)內(nèi)的全部水井測溫資料進行統(tǒng)計,分別將潛水面處和每個下降間隔處的水溫值取平均值列表。表1是曹縣莊寨地熱普查過程中井溫測量結(jié)果 利用上述水溫測量結(jié)果,編繪水溫變化曲線(圖1)。

 

  圖1 曹縣莊寨地區(qū)水溫變化曲線 圖中縱坐標為測量井深,橫坐標為井水溫度。A點為井水溫度由高到低,再由低變高的拐點。該點對應(yīng)的井深為恒溫層的頂界面,其埋深約為20m;該點對應(yīng)的溫度即為恒溫層的溫度,約為14.4℃。 3.2 利用井溫測量結(jié)果圈定地熱異常區(qū)首先將井深達20m的井的井位和實際測溫資料標定在大比例尺圖上,以恒溫層的溫度值14.4℃作為劃定地熱異常區(qū)的下限值,用內(nèi)插法勾繪溫度等值線圖,高于14.4℃的范圍即為地熱異常區(qū)(圖2)。

 

  圖2 曹縣莊寨地區(qū)地熱地質(zhì)圖 1-第四系;2-20m井深的位置及編號;3-地熱異常范圍; 4-推斷隱伏斷裂;5-空心設(shè)計鉆孔;6-實心施工鉆孔 3.3 鉆探實施驗證結(jié)果 在上述劃定的地熱異常區(qū)的有利部位,又進行 了電阻率測深和大地電場巖性測深,以了解該地的隱伏斷裂的展布、巖性粗細的變化和可能的富水層段的位置,并最終確定了地熱井的井位。 2002年鉆探結(jié)果驗證:當降深44.18m時,井口水溫69℃,單井出水量99.43m3/h;當降深33.43m時,出口水溫68℃,單井出水量90.14m3/h。打出的地熱井有開采利用價值。 以上實踐證明,利用水井測溫圈定地熱異常區(qū)的方法是快速有效的。