水井測溫在地熱普查中的應用

  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的下限值,用內插法勾繪溫度等值線(xiàn)圖,高于該下限值范圍的即為地熱異常區。曹縣莊寨地區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

 

  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,是構造沉陷區傳導型低溫地熱田分布區[1]。本區地溫場(chǎng)的特征是:新生界平均地溫梯度一般為2.5～3℃/100m,且無(wú)地熱地表顯示。另外,地溫分布受斷凸、斷凹構造格局控制,地溫高、低區呈相間帶狀分布,相對高溫區與基巖隆起區相一致。以往地熱工作者通常把新生界平均地溫梯度3.5℃/100m分布區視為地熱異常區;把小于此值的地區作為非地熱異常區,認為不存在可供開(kāi)采的地熱資源。但實(shí)踐證明,在這種“非地熱異常區”同樣可以找到可供開(kāi)采的地熱資源,如曹縣莊寨、菏澤市區、鄄城城區和臨清市區。在這種地區開(kāi)展地熱普查,遇到的首要難題是沒(méi)有可供測量地溫的鉆孔或超深水井,無(wú)法確定該地的地溫梯度,難以圈定地熱異常。筆者在開(kāi)展地熱普查的過(guò)程中,采用測量淺層水井水溫,用作圖的方法計算該區恒溫層頂界面的埋深,尋找恒溫面隆起區,進(jìn)而圈定地熱異常區,達到了預期目的。

 

  1 水井測溫的原理

 

  根據熱傳導的原理,熱總是由高溫區向低溫區 傳導。地球內部的地熱能,通過(guò)熱傳導的方式從地殼深部向地殼淺部傳輸,太陽(yáng)的幅射能也從地外向地內傳輸,地內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,就是地熱異常區。

 

  2 水井測溫的工作方法

 

  在普查區內,按照工作區的面積適度部署水井(居民飲用水井或農用灌溉水井)測溫,需要測溫的水井應是處于靜水狀態(tài),否則不能正確反映水的溫度。 在測量過(guò)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據時(shí),必須等測溫儀所顯示的數字穩定以后,否則會(huì )有誤差。每井測量工作結束后,需對井位、井徑等有關(guān)資料真實(shí)記錄在冊。

 

  3 水井測溫資料在地熱異常區圈定中

 

  的應用

 

  3.1 水井測溫資料的室內整理

 

  對工作區內的全部水井測溫資料進(jìn)行統計,分別將潛水面處和每個(gè)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(guò)程中井溫測量結果 利用上述水溫測量結果,編繪水溫變化曲線(xiàn)(圖1)。

 

  圖1 曹縣莊寨地區水溫變化曲線(xiàn) 圖中縱坐標為測量井深,橫坐標為井水溫度。A點(diǎn)為井水溫度由高到低,再由低變高的拐點(diǎn)。該點(diǎn)對應的井深為恒溫層的頂界面,其埋深約為20m;該點(diǎn)對應的溫度即為恒溫層的溫度,約為14.4℃。 3.2 利用井溫測量結果圈定地熱異常區首先將井深達20m的井的井位和實(shí)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的下限值,用內插法勾繪溫度等值線(xiàn)圖,高于14.4℃的范圍即為地熱異常區(圖2)。

 

  圖2 曹縣莊寨地區地熱地質(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-空心設計鉆孔;6-實(shí)心施工鉆孔 3.3 鉆探實(shí)施驗證結果 在上述劃定的地熱異常區的有利部位,又進(jìn)行 了電阻率測深和大地電場(chǎng)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年鉆探結果驗證:當降深44.18m時(shí),井口水溫69℃,單井出水量99.43m3/h;當降深33.43m時(shí),出口水溫68℃,單井出水量90.14m3/h。打出的地熱井有開(kāi)采利用價(jià)值。 以上實(shí)踐證明,利用水井測溫圈定地熱異常區的方法是快速有效的。