綜合物探方法在地熱勘查中的應用

  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(jìn)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(shí)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(guò)綜合物探可獲得地質(zhì)構造條件、熱儲賦存范圍、地下水補給關(guān)系及空間位置等資料。為了更好地查明地熱田的地質(zhì)條件、熱儲特征、地熱資源量,評價(jià)開(kāi)采技術(shù)經(jīng)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(lèi)簡(jiǎn)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(lái)研究鉆孔地質(zhì)剖面,解決地下地質(zhì)技術(shù)問(wèn)題的一門(mén)技術(shù),包括視電阻率、側向、自然電位、自然伽瑪、密度、聲波、中子、產(chǎn)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(zhì)構造和尋找有用礦藏的勘探方法。近年來(lái),地震技術(shù)發(fā)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(zhì)構造等,有電測深法、自然電場(chǎng)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(zhì)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(guān)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(guò)對不同種類(lèi)、不同比例尺、不同時(shí)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(jìn)行地質(zhì)解譯,判斷地貌、地層、地質(zhì)構造,尋找礦藏和探索水文地質(zhì)條件,還可判斷地面泉點(diǎn)、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?jīng)Q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(jià)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(zhì)條件、熱儲結構、成因類(lèi)型、地熱液體的化學(xué)成分等不同,其物探異常的客觀(guān)反映也必然有所差異,對物探方法的選擇和異?，F象的解釋也有所不同,不能照搬某一種模式,而應根據實(shí)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(yōu)先開(kāi)展。下面從幾個(gè)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(chǎng)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(kāi)采孔位置。在地形比較平坦,其他方面較一致時(shí),采用地表1m深溫度測量就比較有效。熱異常值、等值線(xiàn)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(guò)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(guò)對TM6進(jìn)行一系列處理后,在泰安市東南部和東部的覆蓋區內發(fā)現了3處環(huán)型構造,即山口-丘家店環(huán)型構造,顯冷異常;岱道庵-鳳臺環(huán)型構造及橋溝西羊婁環(huán)型構造,顯暖異常,地溫梯度

 

  3～12℃/100m,已有熱水井證實(shí)。

 

  2.2 淺層孔隙型熱儲

 

  淺層孔隙型熱儲與低阻異常關(guān)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(shí)的低電阻異常就不是地熱層。因此,實(shí)際工作中還需要通過(guò)其他物探手段加以區別。

 

  淺層孔隙型熱儲與下部地層有關(guān),并且受連通性和補給關(guān)系影響。當深部熱水向上補給時(shí),溫度升高,當淺部冷水向下補給時(shí),溫度降低。如梁寶寺地區新生界(Q+N)地層水向下補給,在長(cháng)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(guò)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(guān),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(guān)系等。

 

  發(fā)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(huì )起到阻水作用。例如,通過(guò)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(dòng)性斷層,因為地震活動(dòng)是保持地下水能在地層裂縫中流動(dòng)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(dòng)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(jìn)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(guò)鉆孔地質(zhì)資料標定,每個(gè)測井鉆孔都能詳細地劃分巖性地質(zhì)剖面和地層時(shí)代界面。同時(shí)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(jìn)行連續追蹤①。 許多測井參數對含水層物性響應良好,曲線(xiàn)特征明顯,界面反映清楚。如自然伽瑪曲線(xiàn)和自然電位曲線(xiàn)可以確定泥質(zhì)含量,伽瑪曲線(xiàn)確定巖石密度,中子孔隙度曲線(xiàn)確定地層孔隙度、含氫指數,超聲成像確定裂隙、產(chǎn)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(guò)物探資料綜合分析、沉積環(huán)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(lèi) 巖石間磁性差異性較明顯。其中,花崗巖等酸性巖漿巖類(lèi)巖石的磁化強度較弱,而安山巖等火山巖類(lèi)巖石磁化強度較大,沉積巖類(lèi)巖石一般無(wú)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(lèi)巖石密度較小。在熱田區開(kāi)展重力尋找巖漿巖也是有一定效果的。通過(guò)對測井資料的綜合分析,可了解巖漿巖的賦存形態(tài)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?？傊?各種方法緊密結合可較好地確定巖漿巖巖性、空間形態(tài)及分布變化規律。如巨野地區,根據物探、地質(zhì)資料分析認為,巖漿經(jīng)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?，F在該區鉆孔測井溫度已經(jīng)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(zhì)之間的關(guān)系,可以計算巖石孔隙度。并且通過(guò)測井計算的泥質(zhì)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(huì )圖計算孔隙度,如密度-中子交會(huì )圖、聲速-中子交會(huì )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(shí)速度增加,含氣時(shí)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(xiàn)可以確定鉆孔所見(jiàn)構造,在平面上的構造變化及空間形態(tài)變化主要由地震、電法、重力等控制。測井產(chǎn)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(jìn)行地質(zhì)解釋可以判斷出一個(gè)地區的構造形態(tài)。例如巨野地區西區鉆孔的測井產(chǎn)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(jīng)與物探、地質(zhì)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(xiàn)的局部密集、同向扭曲等特點(diǎn)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(tài)、基巖埋深和儲熱層厚度等,聯(lián)合剖面可確定熱田區隱伏斷裂的位置與傾向。 根據測井產(chǎn)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(shí)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(shuō)明,兩孔之間有一個(gè)向斜存在(已證實(shí))。

 

  2.8 地層對比及地層產(chǎn)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(chǎn)利用的關(guān)鍵之一,采用以地質(zhì)、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(guān)結構類(lèi)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(zhì)構造圖和進(jìn)行儲量計算,需要地層產(chǎn)狀資料。地面只能觀(guān)測到部分地層產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)及地層變化趨勢推斷地層產(chǎn)狀。因此,測井、地面物探有機的結合能夠描繪整個(gè)地熱田的產(chǎn)狀變化。

 

  2.9 溫度、水位、水量 直接反映深部地溫場(chǎng)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(shí)則出現異常。通過(guò)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(xiàn)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(xiàn)對滲透性地層具有明顯反映,運用這一特點(diǎn)可劃分滲透與非滲透性地層,同時(shí)反映地層水礦化度的變化情況。流量測井可在一個(gè)鉆孔中揭露多個(gè)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(jiǎn)單、快速、參數多、反映地質(zhì)信息量 大的優(yōu)點(diǎn),是客觀(guān)存在的地球物理性質(zhì)的綜合反映。在圈定各種類(lèi)型熱儲范圍、探索熱儲的賦存規律及研究熱水活動(dòng)的關(guān)系等方面,積累了許多經(jīng)驗,并在已開(kāi)發(fā)的熱田中取得了顯著(zhù)的地質(zhì)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(shí)際情況,合理地使用物探方法,結合地質(zhì)等其他資料,綜合分析研究。同時(shí),也應認識到地熱資源開(kāi)發(fā)的高投入性、高風(fēng)險性,重視前期的物探勘查工作,以減少投資風(fēng)險提高綜合效益。