確立干熱巖潛力靶區(qū)工作設(shè)計(jì)

童召軍

摘 要： 本文介紹了干熱巖的概念及特征，著重講述了確立干熱巖潛力靶區(qū)的工作思路、技術(shù)路線、評(píng)價(jià)方法等。意在為今后干熱巖靶區(qū)選擇提供可行的方向，并希望在此工作設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下優(yōu)選出干熱巖資源豐富的潛力靶區(qū)。

關(guān)鍵詞： 干熱巖；潛力靶區(qū)；技術(shù)路線；評(píng)價(jià)方法

引言：干熱巖是一種沒有水或蒸汽的、溫度較高、埋深較淺、有開發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的熱巖體。隨著化石能源的不斷消耗，以及越來越重的污染問題，清潔、高效的干熱巖逐漸受到世人的關(guān)注，摸清干熱巖資源儲(chǔ)量、完善干熱巖的評(píng)價(jià)體系、建立一套干熱巖的勘查開發(fā)方案是我輩地質(zhì)工作者當(dāng)仁不讓的責(zé)任。

一、指導(dǎo)思想

以地層學(xué)、地質(zhì)構(gòu)造學(xué)、地?zé)釋W(xué)等相關(guān)科學(xué)理論為基礎(chǔ)，依據(jù)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)、地質(zhì)鉆探、物探、地震及涉及到區(qū)內(nèi)地?zé)岬南嚓P(guān)地質(zhì)成果報(bào)告等資料作為支撐，采用物化探技術(shù)、遙感解譯技術(shù)、地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查技術(shù)、巖礦測(cè)試等手段，進(jìn)而形成對(duì)工作區(qū)干熱巖勘查評(píng)價(jià)的方法，圈定干熱巖潛力靶區(qū)。

二、技術(shù)手段及工作方法

擬采用的主要技術(shù)手段包括資料搜集、干熱巖地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查、遙感地質(zhì)解譯、地球物理勘查、地球化學(xué)方法等，現(xiàn)分述如下。

1、資料收集

充分收集工作區(qū)內(nèi)已有地質(zhì)、地?zé)釡厝?、煤田、礦山勘查等成果及地震、重力、航磁、大地電磁測(cè)深等地球物理勘探資料，從大的地質(zhì)背景分析確定干熱巖可能存在的區(qū)域。

2、干熱巖地?zé)豳Y源調(diào)查研究

干熱巖體的圈定必須重視高溫異常區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)過程的調(diào)查研究，擬在工作區(qū)內(nèi)開展干熱巖地?zé)豳Y源調(diào)查工作，對(duì)有地?zé)犸@示和具備干熱巖形成條件的地區(qū)，補(bǔ)充調(diào)查已有地?zé)犸@示點(diǎn)水溫、水量、水質(zhì)、熱儲(chǔ)類型、成井結(jié)構(gòu)等；對(duì)重點(diǎn)區(qū)域沉積巖石類型和結(jié)構(gòu)構(gòu)造， 巖漿侵入類型、時(shí)代及空間分布， 火山活動(dòng)的類型、時(shí)代及空間分布， 斷裂構(gòu)造格架和斷層性質(zhì)、活動(dòng)性等， 地震類型、強(qiáng)度、震源深度等， 構(gòu)造變形歷史和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查研究， 建立重點(diǎn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造演化過程和地質(zhì)三維模型以及現(xiàn)今構(gòu)造、巖漿、地應(yīng)力、地?zé)釥顟B(tài)。

3、遙感解譯

采用多時(shí)相的航天TM熱紅外及多波段遙感信息，解譯工作區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造及其分布特征，圈定干熱巖地?zé)岙惓^(qū)的分布范圍，分析遙感地?zé)岙惓^(qū)的展布特征，為尋找干熱巖賦存區(qū)域提供依據(jù)。擬對(duì)工作區(qū)開展1：50萬比例尺的干熱巖地?zé)岬刭|(zhì)解譯；重點(diǎn)解譯區(qū)域?yàn)閿嗔褞Ш蜏厝雎秴^(qū)附近。

①解譯標(biāo)志建立：根據(jù)不同的圖象處理方法，在對(duì)地物反射波譜特征研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合影像單元的色、形、紋特征，建立地?zé)岬刭|(zhì)因子解譯標(biāo)志。

②解譯圖編制：采用RS與GIS融合成圖技術(shù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互式解譯，在GIS軟件的支持下對(duì)解譯圖進(jìn)行分層管理，以便于對(duì)比和統(tǒng)計(jì)、計(jì)算。

③解譯成果：根據(jù)遙感影像解譯區(qū)內(nèi)地貌特征、植被分布、斷裂構(gòu)造及其分布特征，控?zé)峒皩?dǎo)熱構(gòu)造，分析地?zé)岙惓^(qū)的展布特征，圈定干熱巖地?zé)岙惓^(qū)的分布范圍。

4、地球物理勘查

為查明區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)，干熱巖的埋藏條件、巖漿巖的規(guī)模、產(chǎn)狀以及斷裂構(gòu)造位置等，在干熱巖資源調(diào)查及遙感解譯的基礎(chǔ)上，采用大地電磁測(cè)深。根據(jù)工作區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件布設(shè)合理點(diǎn)距、測(cè)距物探工作，以查明工作區(qū)內(nèi)斷裂的分布與性質(zhì)、地下潛凸區(qū)邊界及干熱巖埋深、裂隙發(fā)育程度等。

1、測(cè)深點(diǎn)的布置

使用森林羅盤儀在具體的觀測(cè)點(diǎn)上指示方向，坡角改正，用皮尺測(cè)量距離，以確定電極和磁棒布置位置，方位差小于0.2°。，點(diǎn)位差應(yīng)小于0.5m。

2、電極的布置

本次勘探一共使用4個(gè)電極，其中每?jī)蓚€(gè)電極組成一個(gè)電偶極子，為了便于對(duì)比、監(jiān)視電場(chǎng)信號(hào)，其長度等于點(diǎn)距，把其中與測(cè)線方向一致的電偶極子叫做X-Dipole，與測(cè)線方向垂直的電偶極子叫做Y-Dipole。為了保證Y-Dipole的方向與X_Dipole相互垂直，用森林羅盤儀現(xiàn)場(chǎng)確定方向，誤差在0.5°以內(nèi)，用測(cè)繩測(cè)量電偶極子的長度，誤差在0.5m以內(nèi)。

3、磁棒布置

磁棒離GMS-07e應(yīng)大于5m，為了消除可能對(duì)磁棒的干擾，兩個(gè)磁棒要埋在距離地面至少5cm的地下，用地質(zhì)羅盤定方向使其相互垂直，且水平誤差控制在2°以內(nèi)。工作人員要盡量遠(yuǎn)離磁棒，盡量選擇遠(yuǎn)離房屋、電纜、大樹的地方布置磁棒。試驗(yàn)時(shí)兩個(gè)磁棒相隔2～3 m，平行放在地面上，兩個(gè)電偶極子也需平行。

5、地球化學(xué)方法

1、放射性元素采樣及化學(xué)分析

放射性元素的衰變生熱是地球內(nèi)部驅(qū)動(dòng)眾多深部構(gòu)造熱過程的重要?jiǎng)恿碓?，也是巖石圈內(nèi)熱場(chǎng)（溫度場(chǎng)）分布的主要控制因素。巖石中所含的天然放射性元素雖然很多，但只有鈾、釷、鉀3個(gè)元素因具有足夠的豐度且其半衰期可與地球的年齡相比擬而被列為主要生熱元素。因此，在工作區(qū)巖漿巖分布區(qū)采取巖石樣品，化驗(yàn)其鈾、釷、鉀3個(gè)元素的含量，檢測(cè)巖石生熱率。

2、同位素樣品采集與化學(xué)分析

地球內(nèi)部熱能可以通過斷裂構(gòu)造系統(tǒng)和流體系統(tǒng)相結(jié)合， 更有效地傳至地殼淺部或地表。不同來源的流體具有不同的成分特征， 尤其是3H、 88Sr、34S、37Cl同位素成分特征， 所以可以通過對(duì)地?zé)崃黧w或氣體成分及其同位素特征的研究來判別流體的來源和深度， 同時(shí)還可利用同位素地質(zhì)溫度計(jì)來評(píng)價(jià)深部熱儲(chǔ)溫度。

6、建立干熱巖靶區(qū)地質(zhì)模型

在對(duì)沂沭斷裂帶以東地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件進(jìn)行充分分析研究的基礎(chǔ)上，選定構(gòu)造區(qū)域的巖石、地層、巖漿活動(dòng)、斷裂構(gòu)造格架和斷裂活動(dòng)、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，建立干熱巖賦存區(qū)地質(zhì)模型，為干熱巖選區(qū)研究提供依據(jù)。

7、干熱巖地?zé)豳Y源潛力計(jì)算

1、計(jì)算原則

地質(zhì)開發(fā)實(shí)踐證明，巖石在橫向、縱向上都有一定的連續(xù)性，即巖石在一定尺度的空間上是連續(xù)分布的，這為干熱巖地?zé)豳Y源量計(jì)算提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

2、計(jì)算方法

體積法又稱熱儲(chǔ)法或儲(chǔ)存熱量法。該評(píng)價(jià)方法將熱儲(chǔ)層巖體以及孔隙介質(zhì)中賦存的地?zé)崃黧w作為整體，計(jì)算相當(dāng)于當(dāng)?shù)鼗鶞?zhǔn)溫度 （當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁兀?而言，整個(gè)熱儲(chǔ)體積所蘊(yùn)含的全部熱能量。體積法公式如下：

Q =ρCPV（Ti -T0）=ρCP Sh（Ti -T0） 。

式中， Q ：干熱巖資源儲(chǔ)量； ρ ：巖石密度；CP ：巖石比熱容；S：熱儲(chǔ)層或巖體面積；h：熱儲(chǔ)層或巖體厚度； Ti ：所計(jì)算深度的巖體溫度；T0：基準(zhǔn)溫度（地表溫度）。

當(dāng)工作區(qū)未有超過2000m鉆孔時(shí)，深度巖體的溫度 Ti 就只能用間接的方法推算出來。在穩(wěn)態(tài)熱流狀態(tài)下的深部溫度可用下式推算：

式中： T0為地表溫度， q0為地表熱流值， A0為地表生熱率， Zi和 Ki分別為各層段的厚度和熱導(dǎo)率， A'和 Z'分別為底部生熱率和計(jì)算點(diǎn)地層的總厚度。

一般情況下， 為了簡(jiǎn)單計(jì)算， 常用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中： K-熱導(dǎo)率； z-深度。

三、結(jié)束語

在先進(jìn)的指導(dǎo)思想指導(dǎo)下，再配以合理、優(yōu)化的工作方法和技術(shù)手段，定能科學(xué)的選出干熱巖潛力靶區(qū)，估算干熱巖資源儲(chǔ)量、建立干熱巖的評(píng)價(jià)體系，此體系將為以后干熱巖靶區(qū)的選擇起到示范作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸川.王貴玲. 干熱巖研究現(xiàn)狀與展望[J].科技導(dǎo)報(bào)2015，33（19）：13-21.

[2] 楊方.李靜.任雪姣中國干熱巖勘查開發(fā)現(xiàn)狀.GEOTHERMAL ENERGY 2013.

[3] 藺文靜， 王鳳元， 甘浩男. 福建漳州干熱巖資源選址與開發(fā)前景分析[J]. 科技導(dǎo)報(bào)， 2015， 33（19）： 28-34.

[4] 曾梅香.李俊.天津地區(qū)干熱巖地?zé)豳Y源的開發(fā)利用前景分析.地?zé)崮?2006.