重力勘探在地熱勘探中的應用

  地熱能的開(kāi)發(fā)是全球經(jīng)濟．能源．環(huán)境可持續發(fā)展的重要組成部分。隨著(zhù)地熱開(kāi)發(fā)浪潮的日趨高漲，地熱旅游業(yè)的持續升溫，綠色能源的深入開(kāi)發(fā)利用，深層地熱開(kāi)發(fā)利用成為地熱開(kāi)發(fā)的主流。物探技術(shù)是深部礦產(chǎn)勘探的主要技術(shù)。近年來(lái)，物探技術(shù)飛速發(fā)展，新興技術(shù)不斷涌現，為深部地熱勘探提供了技術(shù)前提。

 

  地熱能是一種在開(kāi)采利用時(shí)間上可人為控制的可再生資源，在現代種植業(yè)、水產(chǎn)養殖業(yè)、浴療、供暖、旅游、皮革、釀造、干燥、發(fā)電等方面的應用價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值已逐步被人們理解和產(chǎn)生興趣，地熱能的開(kāi)發(fā)是全球經(jīng)濟一能源一環(huán)境可持續發(fā)展的重要組成部分(賓德智，2000；閻敦實(shí)，2000)。目前，國外的地熱資源開(kāi)發(fā)與應用技術(shù)發(fā)展迅速，日本、美國和意大利等國家的熱儲溫度已接近或超過(guò)300℃，并有專(zhuān)門(mén)的機構研究地熱的開(kāi)發(fā)和利用(周篁，2001)。我國的地熱資源儲量豐富，占全球熱能活力的7．9％，發(fā)展前景廣闊，但目前的開(kāi)采量?jì)H為可開(kāi)采量的5．82％，開(kāi)發(fā)我國的地熱資源任重而道遠(王秉忱，2001)。最近，隨著(zhù)大多數城市的缺水危機日趨嚴重、淺層地下水的限量開(kāi)采以及旅游休閑熱的持續增溫，一股新的地熱浪潮逐步席卷全國，在這股浪潮中，深層地熱勘探已成為主角，這為地熱勘探的發(fā)展帶來(lái)了機遇，同時(shí)對地熱勘探技術(shù)提出了更高的要求。

 

  1方法與原理  重力勘探表明 , 隨著(zhù)地質(zhì)年代的變老 , 地層、巖石密度有逐漸增大的普遍規律。布格重力異常正值與負值相間分布 , 基巖面起伏較大 , 其分布具有一定的規律: 在凸起區表現為正異常 , 在凹陷區則表現為負異常 , 并與兩坳一隆的構造格局相一致。在重力異常密集線(xiàn)性帶 , 一般都反映出斷裂的位置。重力勘探工程布置考慮到測區的地質(zhì)構造和地形地物布置了三條精測剖面，其中一條剖面向西加長(cháng)延升至測區外圍曾做過(guò)直流電測深的地方，點(diǎn)距 50m、100m 不等。重力觀(guān)測使用加拿大SCINTREX公司產(chǎn)CG-3M型全自動(dòng)微加重力儀，為了克服城市區及其附近車(chē)輛、人員等人文活動(dòng)帶來(lái)的振動(dòng)對觀(guān)測數據質(zhì)量的影響，采集使用 1秒鐘采樣 1 分鐘60個(gè)樣值平均的形式記錄，每個(gè)測點(diǎn)多次重復觀(guān)測。  城市區交通便利，基點(diǎn)只選一個(gè)，設在便于到達而且人文干擾較少相對穩定的地點(diǎn)，省去了布設基點(diǎn)網(wǎng)的工作。重力數據的處理分預處理和目標處理兩步進(jìn)行，預處理包括基點(diǎn)改正、正常場(chǎng)!緯度&改正、布格改正。由于測區地形平坦且沒(méi)有足夠大比例的地形圖，沒(méi)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的地形改正工作。

 

  預處理后得到重力布格異常，接著(zhù)進(jìn)行更深一步的處理—解釋目標處理。解釋目標處理包括以下幾個(gè)方面：異常場(chǎng)的水平及垂向各階導數的求取、趨勢分析、頻率域的局部場(chǎng)與區域場(chǎng)的分離、區域場(chǎng)場(chǎng)源體深度的提取和結合直流電測深的基巖頂界面的反演解釋。作為尋找新生界地層全覆蓋的基巖中凹中凸構造的目標處理，最為重要的是場(chǎng)源體深度的提取和基巖頂界面的反演，其它的處理只是一些輔助手段。

 

  1.1 場(chǎng)分離及場(chǎng)源體深度的提取  勘探得到的位場(chǎng)是由局部場(chǎng)和基巖頂界面起伏引起的區域場(chǎng)兩部分疊加合成的，一般地，區域場(chǎng)功率譜具有aExp（-2wH）的形式，而局部場(chǎng)具有bExp（-2wh）的形式。假設區域場(chǎng)與局部場(chǎng)是不相關(guān)的.

 

  1.3 重力影像技術(shù)  重力勘探技術(shù)是一項較為成熟的勘探技術(shù)廣泛應用于資源勘探、基礎地質(zhì)調查、工程地質(zhì)調查等領(lǐng)域。近年的理論研究和實(shí)踐表明，重力資料在解譯斷裂構造巾可發(fā)揮很大的作用，對于3000米探度上30米斷距的斷層．利用50微伽精度的重力資料完全可以解澤出來(lái)．顯然，對于埋藏深度較小的斷層，高精度重力資料解譯斷層的能力會(huì )更強。

 

  對于斷裂掏造勘探，重力勘探有吼下優(yōu)勢： 是理論研究表明，重力勘探作為體積勘探技術(shù)，當斷層切割多套密度層時(shí)，其重力效應等效于一條斷層的新距拶大了其所切割地層數的相同倍數，因此，在常規的地球物理勘探方法技術(shù)中，重力勘探對斷層構造的靈敏度最高；二是重力資料處理解釋技術(shù)的進(jìn)步，能夠十分有效地提取出斷裂構造的異常信息，現代信號處理中的邊緣增強技術(shù)、模式識別技術(shù)、圖像處理技術(shù)可以形象地將斷裂構造的信息直觀(guān)地展現在我們的面前，供我們分析和解釋?zhuān)蝗抢弥亓碧郊夹g(shù)既可研究大的、深部的斷裂構造，也可研究小的淺部的斷裂構遺，只是后者的測阿密度應大些；四是在城區部署勘探，重力勘探受人文干擾影響的程度較小，從而使得我們能夠在人文干擾嚴重的地區能夠取得臺格的第一手資料。  在獲取信息的諸多方式中，人們70％的信息來(lái)源于圖像．圖像以其形象、直觀(guān)的方式將多種信息展現出來(lái)．供人們進(jìn)行分析、判斷、解釋。重力影像技術(shù)就是在重力教據處理技術(shù)上發(fā)展起來(lái)一類(lèi)成像技術(shù)。在資料處理過(guò)程中為了突出異常．最大限度地挖掘解釋信息。重力影像技術(shù)是將異常場(chǎng)(即位場(chǎng))數據按較為合理的阿格密度轉化為亮度(灰度)值，再以圖像的方式顯示出來(lái)．并在灰度圉的基礎上，利用數據圖像獨有的處理方法如彩色罔、立體陰影圖及褶積濾波等增強技術(shù)，通過(guò)對位場(chǎng)資料的圖像增強處理，提取出原來(lái)難雎識別的信息，從而達到在資料處理過(guò)程中為了突出異常，最大限度地挖掘解釋信息，深化資料解釋的目的。重力影像技術(shù)的核心技術(shù)有：①偽彩色處理圖像的偽彩色處理是圖像增強的一種有效方法，因為人眼對彩色的色調和強度的分辨力比黑白的灰度級要強的多，偽彩色處理就是給不同的灰級值的像元賦予不同的顏色，得到一幅彩色圖像，因而把人眼不易區分的微小的灰度差別，顯示為明顯的色彩差異，從而更易于信息的提取、識別和解釋。②立體陰影處理立體陰影技術(shù)最早用于地形地貌圖的增強。對于位場(chǎng)圖像，其黑白灰級隨場(chǎng)值而定構成一個(gè)曲面，類(lèi)似于地形，在假想光源的照射下，表現出像衛片那樣具有起伏、明暗變化的立體效果，尤其當場(chǎng)值有某種變化趨勢(例如重力上的梯度帶)時(shí)，這種趨勢會(huì )以一種形似山谷或山峰一樣的影像顯示出來(lái)，更便于資料的解釋。

 

  2效果與應用

 

  圖1是中間測線(xiàn)重力異常曲線(xiàn)，圖中不帶標記的實(shí)線(xiàn)是預處理后的布格重力異常，曲線(xiàn)比較平滑，而且與地形起伏不相關(guān)，對布格重力異常進(jìn)行了多種半徑的切割濾波處理，它們與處理前沒(méi)有很大的變化，說(shuō)明不經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的地改工作是確實(shí)可行的。圖中虛線(xiàn)是切割半徑為100m的奇異濾波處理前后的變化值，最大不超過(guò)400μgal，與地形相關(guān)度不大，它與重力異常相對應，變化劇烈處經(jīng)其它處理（包括水平和垂向導數）表明它是斷層的反映。

 

  三條測線(xiàn)重力異常場(chǎng)的區域場(chǎng)與局部場(chǎng)的分離處理知道它們的基巖頂界面的平均深度由南到北逐漸增大，分別是 880m、852m 和 831m，與測區地質(zhì)特征符合。用它們作為界面反演的參考面深度Zo對三條測線(xiàn)數據進(jìn)行了基巖頂界面的反演，反演對多個(gè)密度差進(jìn)行了選擇，最后得到使用352km/m3時(shí)反演界面與直流電測深結果一致。圖2是反演得到的與圖 1相同測線(xiàn)基巖頂界面形態(tài)圖。圖中可以看出元古界基巖埋藏深度表現為由西向東淺—深—淺的凹陷特征，凹陷位于 3000m~12000m 間 的 9000m 范圍，它的蓋層厚度大，約850m，是儲熱的有利條件之一。凹陷東部有一斷層隆起帶，突起的位置是距離10000m附近，它是地熱形成的又一個(gè)有利條件。因此圖2中F2 和F3間的斷隆是利用重力勘探尋找到的形成地下熱水的最佳地段。盡管距離13000m~15000m是測區一個(gè)比較大的突起，但由于蓋層厚度較薄，僅500m左右，不能成為貯藏地熱的有利部位。

 

  測區僅布置了有限的三條勘探線(xiàn)，都作了相同的處理和解釋?zhuān)糜邢薜娜龡l測線(xiàn)反演得到的基巖頂界深度可以大致繪制出測區基巖頂界面等高線(xiàn)圖。等高線(xiàn)圖中可以看出元古界基巖頂界面成中間低兩側高的凹陷特征，構造走向北北東，基巖最淺處位于測區西北部。綜合各條測線(xiàn)的其它參數共解釋出五條斷層和一個(gè)斷點(diǎn)，與勘探前的F1附近和F4附近兩條斷層的地質(zhì)構造相差較大，豐富了對基巖隱伏構造的了解。圖中給出了貯藏地下熱水的有利位置—— — 凹陷中的突起，它位于F3和F4斷層之間。受計算機繪圖的影響平面圖中不是很明顯，單條測線(xiàn)的成果圖中就非常清晰.

 

  勘探成果已經(jīng)得到了驗證，北部測線(xiàn)和中間測線(xiàn)F2 和F3斷層間的兩個(gè)地熱孔見(jiàn)基巖頂界面的深度分別是940m 和  935m，受F2和F3斷層的影響基巖中裂隙發(fā)育，水量豐富，兩個(gè)孔都得到了開(kāi)發(fā)。

 

  3結論  隨著(zhù)地熱勘探進(jìn)程的不斷探人，深部地熱勘探難題會(huì )變得越來(lái)越復雜，新興地球物理勘探手段的引入將成為必然。大功率可控源技術(shù)、大功率建場(chǎng)測深技術(shù)具有高信噪比、高分辨率的特征，適合于深部地熱勘探的目標勘探。重力影像技術(shù)作為重力勘探領(lǐng)域新興技術(shù)具有直觀(guān)、快速的特征．對線(xiàn)性異常和圈用構造反應靈敏，是深部地熱勘探的重要手段之一。重力和電法具有各自?xún)?yōu)勢，它們綜臺將引頒綜合地熱勘探的技術(shù)主流。重力勘探方法作為一種傳統的物探手段，主要用于區域地質(zhì)調查中，也曾有使用重力勘探查明局部構造的個(gè)別實(shí)例。這次地熱調查的工作表明借助高精度的重力勘探儀器和從低信噪比數據中提取弱信號的數字技術(shù)進(jìn)行多參數的重力資料處理和反演解釋是非常有價(jià)值的，它可以勘探城市區等施工條件惡劣地區的局部構造，特別為近年來(lái)國內方興未艾的開(kāi)發(fā)地下熱水服務(wù)。