在地熱資源勘查中,物探工作是其重要組成部分。地熱資源勘查應視情況采用綜合物探方法進行,以避免采用單一方法在深度、廣度、精度方面的影響。因為單一物探方法有時具有多解性,如高溫熱水和蝕變礦物都能引起低阻,高溫熱流體視電阻率低,但視電阻率低的地方不一定都有高溫熱流體等;而通過綜合物探可獲得地質構造條件、熱儲賦存范圍、地下水補給關系及空間位置等資料。為了更好地查明地熱田的地質條件、熱儲特征、地熱資源量,評價開采技術經濟條件,在地熱資源勘查中對綜合物探工作應給予足夠的重視。

 

  1 物探方法分類簡介

 

  目前,地球物理勘探方法很多,根據工作空間的 不同,可分為地面物探、航空物探、鉆井物探及測井等。

 

  測井是應用地球物理方法來研究鉆孔地質剖面,解決地下地質技術問題的一門技術,包括視電阻率、側向、自然電位、自然伽瑪、密度、聲波、中子、產狀、井徑、井斜、井溫、水文流量、核磁共振、微測井、伽瑪能譜、壓力、感應、成像測井等幾十種方法。

 

  地震是以研究地震波在地殼內的傳播規律,達到查明地下地質構造和尋找有用礦藏的勘探方法。近年來,地震技術發展很快,有反射波法、透射波法、 折射波法地震,有二維、三維地震,有高分辨率、微地震,有淺層、深部地震等,處理方法較多,不但精度高、速度快,而且處理手段靈活多樣。 電法是以研究地下各種巖層電性的差異為依據,尋找和勘探礦藏、探測地下水、解釋地質構造等,有電測深法、自然電場法、充電法、電測剖面法、瞬變電磁法、電偶源頻率測深法、電磁測深法(頻率、大地)、感應法及高密度電法等。

 

  重力和磁法除傳統方法外,還有高分辨率、高精度重力和磁法物探方法。重力資料多用于區域構造單元的劃分、斷裂構造空間展布的確定及盆地基底起伏及其性質的研究工作。利用磁法可探測礦藏,確定隱伏巖漿巖體的分布、厚度及與斷裂帶的關系,確定水熱蝕變帶位置。 遙感可得到衛星圖像或航空圖像,通過對不同種類、不同比例尺、不同時相的航空航天遙感圖像(如MSS衛片、TM衛片、SPOT衛片、側視雷達片、國 土衛星彩紅外片、航空像片等)進行地質解譯,判斷地貌、地層、地質構造,尋找礦藏和探索水文地質條件,還可判斷地面泉點、泉群和地熱溢出帶。

 

  各種物探方法從空中、地面、地下不同角度組成了立體陣容,這種特殊的組合方式決定了物探方法必須要綜合考慮、分析和研究解釋。

 

  2 地熱物探評價方法的應用

 

  地熱勘探中,幾乎所有的物探方法都可以考慮部署的(表1)。但是,不同的地熱田,由于地質條件、熱儲結構、成因類型、地熱液體的化學成分等不同,其物探異常的客觀反映也必然有所差異,對物探方法的選擇和異常現象的解釋也有所不同,不能照搬某一種模式,而應根據實際情況,合理地選擇適合勘探區的物探方法組合系列,才能使所獲成果達到預期的目的。并且在新的地熱田勘查中,綜合物探工作應優先開展。下面從幾個方面探討一些物探方法的應用。

 

  2.1 地表

 

  地表和近地表溫度測量可直接反映地溫場變化,對于熱異常區內標繪出對流傳熱帶極為有效,特別還能夠圈定出斷裂帶,有助于確定開采孔位置。在地形比較平坦,其他方面較一致時,采用地表1m深溫度測量就比較有效。熱異常值、等值線反映也較清楚,一般呈帶狀及片狀分布。

 

  熱紅外波段(TM6波段)遙感資料反映的是與地表溫度高低相對應的強度不等的熱紅外輻射,通過TM6所接收到的地面各處熱輻射大小可以求出地表溫度的高低及分布。如通過對TM6進行一系列處理后,在泰安市東南部和東部的覆蓋區內發現了3處環型構造,即山口-丘家店環型構造,顯冷異常;岱道庵-鳳臺環型構造及橋溝西羊婁環型構造,顯暖異常,地溫梯度

 

  3～12℃/100m,已有熱水井證實。

 

  2.2 淺層孔隙型熱儲

 

  淺層孔隙型熱儲與低阻異常關系密切,如羊八井和朗久熱田是以孔隙型熱儲為主的層狀熱儲,地 熱流體的電阻率均較低,一般在3Ωm左右,含熱水砂礫也僅在10～20Ωm之間 。而地表冷水的電 阻率則高于地熱流體幾十倍。其余巖石電阻率均比地熱流體高出幾十甚至數百倍。但并不是所有的低電阻一定代表地熱區,如巨野地區Q+N地下水礦化度高,此時的低電阻異常就不是地熱層。因此,實際工作中還需要通過其他物探手段加以區別。

 

  淺層孔隙型熱儲與下部地層有關,并且受連通性和補給關系影響。當深部熱水向上補給時,溫度升高,當淺部冷水向下補給時,溫度降低。如梁寶寺地區新生界(Q+N)地層水向下補給,在長期低溫下降水流作用下,能形成一定范圍的低溫、低梯度負異常。

 

  2.3 基巖裂隙型熱儲

 

  基巖裂隙型熱儲情況較為復雜,深部裂隙型熱儲可通過研究斷裂構造達到尋找基巖裂隙型熱儲的目的。而許多淺部地熱田也與斷裂構造有關,因熱水只有沿斷裂帶上升才能在淺部形成熱田。利用物探方法不僅能夠分析構造,而且能夠探測水及其溫度、地層滲透率、水的補給關系等。

 

  發育在脆性巖石中的張性破碎帶,具有良好的導水能力和貯水空間。但若是粘土礦物充填在破碎帶中,降低了導水性能,則會起到阻水作用。例如,通過地震或電法找出了斷裂張性破碎帶,可用測井確定是否導水。如自然伽瑪幅值高、中子含氫指數較小則破碎帶中充填有粘土礦物,導水性能差;反之,導水性能好。

 

  另外,還可以收集天然地震資料分析找出活動性斷層,因為地震活動是保持地下水能在地層裂縫中流動的重要原因。而且熱水只能從深部沿斷裂帶上升才能在淺部形成熱田,所以找到活動斷裂就能確定熱水的通道和熱儲位置。

 

  2.4 巖性解釋及含水層的確定

 

  電法、地震可以進行巖性解釋及地層劃分,但精度較低,而測井方法由于測井參數多,并且通過鉆孔地質資料標定,每個測井鉆孔都能詳細地劃分巖性地質剖面和地層時代界面。同時電法、地震資料解釋成果同測井成果相結合,可在剖面及平面上進行連續追蹤①。 許多測井參數對含水層物性響應良好,曲線特征明顯,界面反映清楚。如自然伽瑪曲線和自然電位曲線可以確定泥質含量,伽瑪曲線確定巖石密度,中子孔隙度曲線確定地層孔隙度、含氫指數,超聲成像確定裂隙、產狀,流量測井確定地下水流量,流速、流向測井確定地下水流速流向。通過物探資料綜合分析、沉積環境研究還可判斷砂體延伸方向和水流方向。

 

  2.5 巖漿巖

 

  大部分熱田區及其圍巖的巖性比較復雜,各類 巖石間磁性差異性較明顯。其中,花崗巖等酸性巖漿巖類巖石的磁化強度較弱,而安山巖等火山巖類巖石磁化強度較大,沉積巖類巖石一般無磁性。一般熱田區的磁異常比較弱。不同巖石間的密度差異也很明顯,花崗巖等侵入巖類巖石密度較小。在熱田區開展重力尋找巖漿巖也是有一定效果的。通過對測井資料的綜合分析,可了解巖漿巖的賦存形態及侵入規律。目前,地震解釋巖漿巖也取得了較好的效果,巖漿巖達到一定厚度后能夠與其圍巖區分。總之,各種方法緊密結合可較好地確定巖漿巖巖性、空間形態及分布變化規律。如巨野地區,根據物探、地質資料分析認為,巖漿經早期形成的區域性大斷裂上升以巖床、巖脈的形式侵入到石炭二疊紀地層,使原沉積巖層的厚度、結構遭到破壞。現在該區鉆孔測井溫度已經達到63℃,根據地溫梯度推測深部溫度更高。

 

  2.6 孔隙度

 

  根據測井讀數和巖石孔隙流體性質之間的關系,可以計算巖石孔隙度。并且通過測井計算的泥質含量校正,可將視孔隙度轉化為有效(含水)孔隙度。計算孔隙度的參數較多,如聲速、密度、中子、微 電阻率等,還可利用兩種或兩種以上參數交會圖計算孔隙度,如密度-中子交會圖、聲速-中子交會圖等。 地震也可分析孔隙度。地震波的傳播速度受孔隙度的影響,當孔隙中含有水時速度增加,含氣時速度減小。利用地震波的折射可確定地下速度的分布情況,推測熱儲的大小和孔隙率。

 

  2.7 構造

 

  測井曲線可以確定鉆孔所見構造,在平面上的構造變化及空間形態變化主要由地震、電法、重力等控制。測井產狀圖提供了巖層的傾向、傾角和所要研究井段地層的主要傾斜方向,據此進行地質解釋可以判斷出一個地區的構造形態。例如巨野地區西區鉆孔的測井產狀資料顯示地層主要傾斜方向大致向E,傾角大約5°～12°,走向近SN,經與物探、地質資料綜合分析,該區為“呈走向大致SN,向E傾的單斜構造”。 根據對重力異常等值線的局部密集、同向扭曲等特點可以推斷基底斷裂與熱田隱伏構造。電測深可用以圈定熱田范圍,定性和定量解釋熱儲的賦存部位、空間形態、基巖埋深和儲熱層厚度等,聯合剖面可確定熱田區隱伏斷裂的位置與傾向。 根據測井產狀資料分析,可判斷向斜或背斜。如巨野勘探區位于西部的117號孔顯示了該孔基巖地層大致E傾,且褶曲的軸向應為SN向,同一時代的地層應為西高東低。位于東部的224號孔方位頻率圖顯示的情況與117號孔相反,但褶曲的軸向相 同。這說明,兩孔之間有一個向斜存在(已證實)。

 

  2.8 地層對比及地層產狀分析

 

  地層層位的確定正確與否是計算熱資源儲量及其生產利用的關鍵之一,采用以地質、測井為主,配合地震、電法等手段對比分析,能夠可靠地確定各地層的層位、平面變化規律及含水層宏觀結構類型。目前,由于大多數地熱鉆孔較深,特別是超深地熱井采樣取芯困難,很少采取巖樣,依靠巖屑錄井判斷地層,因此地層劃分主要靠測井參數取得。 繪制地質構造圖和進行儲量計算,需要地層產狀資料。地面只能觀測到部分地層產狀,地熱田大部分在新地層覆蓋區,鉆孔取芯只能量取巖芯傾角,傾向靠推斷確定,而產狀測井不僅提供了鉆孔的系統頂角、方位角和巖層的傾角、傾向資料,地震、電法將根據確定的等高線及地層變化趨勢推斷地層產狀。因此,測井、地面物探有機的結合能夠描繪整個地熱田的產狀變化。

 

  2.9 溫度、水位、水量 直接反映深部地溫場狀況的方法是鉆孔測溫,一般隨深度增加溫度升高,遇含水層時則出現異常。通過測溫資料可以分別算出淺部、深部及平均地溫梯度,確定地溫異常區和儲熱導熱層、隔熱層。根據地溫梯度和特定深度溫度等值線圖,可以推測更大深度的地層溫度。鉆井參數儀的系列參數也可應用于這方面的研究。

 

  自然電位測井曲線對滲透性地層具有明顯反映,運用這一特點可劃分滲透與非滲透性地層,同時反映地層水礦化度的變化情況。流量測井可在一個鉆孔中揭露多個含水層,測定各含水層的分層流量、水位、厚度等。

 

  3 結論

 

  物探具有簡單、快速、參數多、反映地質信息量 大的優點,是客觀存在的地球物理性質的綜合反映。在圈定各種類型熱儲范圍、探索熱儲的賦存規律及研究熱水活動的關系等方面,積累了許多經驗,并在已開發的熱田中取得了顯著的地質效果。但是,物探資料存在多解性,因此,要根據不同地熱田的實際情況,合理地使用物探方法,結合地質等其他資料,綜合分析研究。同時,也應認識到地熱資源開發的高投入性、高風險性,重視前期的物探勘查工作,以減少投資風險提高綜合效益。