地温测量在地热资源勘查中的应用

地温测量在地热资源勘查中的应用
[摘要]地温测量在地热资源勘查中具有十分重要的意义。

地温测量可在由一定间隔的点、线组成的测网上进行，测线方向一般应垂直于地热异常的长轴或储热、导热构造的走向，测网密度应根据地热异常形态、规模等确定。

地温测量可分为浅部测温、深孔测温两种方法。

钻孔地温测量剖面图、等温线断面图、等温线平面图是地温测量的主要成果图件。

【关键词】地温测量；地热异常；浅部测温；深孔测温；成果图件
赋存于地球内部的热能，是一种巨大的自然能源，它通过火山爆发、温泉、间隙喷泉及岩石的热传导等形式不断地向地表传送和散失热量。

火山爆发时喷出的熔岩浆，或是从地下喷出或涌出的热水和蒸汽都是巨大的载热体，它们不断地将地球内部的热能带到地表，在地表或近地表处形成强烈的地热显示和具有经济开发价值的地热田，为人类提供廉价的洁净能源。

凡是在某一未来时间内能被经济而合理地取出来的那部分地下热能，我们称之为地热资源。

地热资源从严格意义上说不是可再生能源，但是地热能蕴藏十分巨大，几乎取之不尽所以也是重要的新能源。

本文主要介绍在地热勘查中首先要使用的勘查工作方法－地温测量法。

1.地热异常
地热异常是由于火山活动岩浆作用、地震及其他地壳被破坏的构造所引起的。

凡地热增温率超过某一正常值的地区，或是地表热流量显著地高于地球热流平均值的地区，统称为地热异常区。

它是地壳深部热流上移对地表作用所形成的异常现象。

例如，某一地区的正常地热增温率在2～3℃/100m范围内，那么我们就可以规定：凡增温率超过3.5℃/100m的地区均为地热异常区。

地下热水（汽）是强大的载热流体，它是将地下热能从深部传递到地表的重要媒介。

大气降水渗入地壳内部经深循环加热后，在有利的地质构造条件下，由于静水压力作用而沿一通道上涌至地表，可携带出巨大的热量。

如果地下水沿缓倾斜或近水平产状的地层或构造通道运动，一般都能与围岩达到温度平衡，而不能形成地热异常或仅有微弱的地热异常显示；如果是地下水沿产状较陡的地层或近于直立的断裂带上涌时，在多数情况下，因其具有很高的速度且来不及与围岩达到完全的热平衡，因此，在热水上涌的主要通道附近，常常形成局部的地热异常区。

寻找地热异常区对开发利用地热十分重要，因为在这种地区凿地热井，同样的深度同样的投资可以获得较高的热流体温度。

所以地热异常是圈定和评价地热田极为重要的因素。

地热异常是探寻地热田的直接标志，因此在地热田勘查工作
中首先要进行地温测量以圈定地热异常范围及分布特点等。

2.地温测量方法
地温测量包括遥感测量法和地下测量法两种方法。

遥感测量法适用于大面积地热勘查，方法是在人造地球卫星或飞机上装置红外扫描仪器，测量地表辐射或反射的红外电磁波，可以测量全球或一个测区的地表温度场特征及其变化，并给出红外扫描图像，以此来圈定地热异常区的范围。

地下测量法适用于区域或局部地热勘查，需在钻孔或浅孔中直接进行地温测量。

本文主要对地下测量法的仪器和工作方法作一个简单介绍。

2.1 地温测量仪器
地温测量使用的温度计为地壳最上部可及深度范围内的稳定测量装置。

根据所研究的问题可选用最高水银温度计、半导体热敏电阻温度计或电阻温度计。

2.2 地温测量的工作方法
由于地热异常区的热量可以通过传导而不断地向地表扩散，测量地下一定深度的温度和天然热流量，便可以圈定热异常区，并大致推断地下水的分布范围。

地温测量可在由一定间隔的点、线组成的测网上进行。

测线方向一般应垂直于地热异常的长轴或储热、导热构造的走向。

测网密度应根据地热异常形态、规模等确定，如控制地下热水的构造不清，热异常形态复杂，则测网密度应加大；若覆盖层较厚，地热异常不明显，则测网密度可适当放稀，而扩大测量面积。

地温测量的深度应根据储热构造的埋深、温度及当地的水文地质、气候条件而定。

在埋深较小的高温地热区，由于地表地热异常明显，可采用浅部测温。

浅部测温包括地表温度调查和浅孔地温调查两类。

对于埋深较大的地热区，地表没有地热异常显示或显示微弱的情况下多采用深孔测温法。

地表温度调查是测量土壤的温度和温度梯度，为减少气温变化的影响，一般在地热异常显示较好的民井中或深10~30m的浅孔中用温度计进行测量。

由于近地表热异常的延伸范围一般较小，故点距应小于50m，大多在10~30m之间。

高温地热田的勘探中，利用地表温度调查圈定热异常的范围十分有效。

但在中低温地热田的勘探中，对调查有较厚盖层的地区进行测温勘探时，测温深度应该加深（若延至常温带以下深度效果更佳），测区范围相应扩大，这样才可能较好地圈定地热异常的范围。

浅孔地温测量的孔深一般在50~200m之间，深孔地温测量的孔深大于200m，钻孔间距取决于地热异常的范围。

其优点在于不受气候变化的影响，但钻进费用较土壤温度测量高。

测温孔应尽可能避开喷气孔、冒汽地面和热泉等，以便能测取到真正的地下热状态测温勘探过程中，应尽量避免自然因素和认为因素的影响，包括日照、地形、大气降水、地下水活动和人工热源对温度测量的干扰。

诸如地下水活动可能
带走传导热流，而导致梯度测量数值的假象，过浅的地温测量应该校正因气温带来的数据偏差等，所以，测温勘探最好选择同一时间完成，选择同在早上或夜间作业，以增加测量数据的准确性。

在钻井内进行温度测量一般要在停钻48小时后进行，为的是减少钻进过程泥浆循环对井温的干扰。

停钻后井温恢复是很慢的。

如测量允许误差为0.2℃，则需要5天的恢复期；高精度测量允许误差为0.02℃，则需要恢复两个月。

井底温度恢复较快,所以一些专门的测量,可以在钻进过程中进行分段井底温度测量。

采用石英晶体作温度计的高精度井底温度长期观测,其精度可达0.001℃。

这种长期高精度井温观测也可以用来监测地震活动和进行地震预报研究。

3.地温测量资料的整理和图示
地温测量取得的数据是极其重要的第一手资料。

为了获得有关地热异常空间分布及其规模的正确结论，必须对所收集的与地热场有关的原始资料和原始测温数据进行全面分析，分类评价。

在综合整理资料之前，需要了解钻孔温度是否已经恢复平衡。

长期静止的废井、基井、生产井、水位变化不大的水文观测孔、以及终孔后稳定3~5 天以上的钻孔测温数据可作为基础数据。

钻进过程中的井底温度、关井测静压时的井温的温度可作为同类数据的对比和参考数据。

迳流影响强烈的自流井和干井内的温度曲线不能作为地温资料处理。

如果目的在于确定热流密度，则应选择当地最深、又无地下水运动影响的钻孔温度资料。

根据全区内各钻孔的温度曲线，可以分别求得钻孔内各岩层的地温梯度及全区各岩层的平均地温梯度，然后利用岩芯标本测得的岩石热导率，求得钻孔各岩层的热流密度，并进而求得全区各岩层的平均热流密度值。

地温测量的成果图件主要有以下几种：
（1）钻孔地温测量剖面图，该图是根据测量钻孔内不同深度上的温度值绘制而成。

通常将此曲线附在钻孔综合成果图上，以便与钻孔的水位、流量及地层结构等进行对比分析。

图2为辽宁省绥中县汤口地段T2号钻孔的地温剖面图。

由图可见，该地段地下热水明显受冷水混入影响，在钻进过程中，上部岩石较完整部位水温要高于下部构造破碎带水温。

（2）等温线断面图它是研究地热变化的重要图件，图中除了应将各钻孔的地温数据标在图上，并勾绘等温线外，还应将地层岩性、断裂、裂隙、热岩溶蚀以及钻孔的涌水、漏水、水位等资料表示在图上，以便进行分析对比。

图3就是一幅等温线断面图。

（3）等温线平面图这种图通常是以地形地质图为底图，根据各测点同一深度的地温据绘制而成。

它对于了解地热异常区的平面形态，寻找和圈定高温中心具有重要意义。

图1为凌海市汤池子地段潜部地温等值线平面图。

由图可见，该段地温异常显示明显，地热异常区等温线长轴方向NE向，长轴中心位于F8断裂上盘，地温为15～21℃，等值线NE方向较密，SW方向稀疏，呈带状。

4.结语
地温测量是地热学的一个应用分支，它是以地球内部介质的热物理性质为基础，观测和研究地球内部各种热源形成的地热场随时间和空间的分布规律，从而解决有关地质问题的一种地球物理方法。

因此地温测量在地热资源勘查中具有十分重要的意义。

参考文献
［1］周念沪，地热资源开发利用实务全书，中国地质科学出版社，北京，2005年出版，203页，作者自行购买；
［2］李明全、胡静波、郭冬梅等，凌海市汤池子地段地热地质普查报告，地质矿产部辽宁工程勘察院，2001 年编制，24页，作者借阅；
［3］邓怀民、宋俊德、姜艳玲等，辽宁省绥中县明水～范家地热勘察报告，地质矿产部辽宁工程勘察院，2001年9月编制，42页，作者借阅；。