放射性、地球化學方法

 

  氡氣測量氡氣測量是一種便利有效的放射性探測技術,在眾多領域中得到了廣泛應用。地層、巖體中含有豐富的天然放射性元素,其中又以鈾(235U)的同位素所占比例最目前在地熱勘查中投入的方法種類繁多,按其專業可分為地熱地質、遙感、地球物理、地球化學、同位素地質、鉆探工程以及化驗分析等。由于篇幅有限,下面側重介紹地球物理、地球化學、同位素地質諸方法在地熱勘探中應用的基本原理和技術及其方法的有效組合。

 

  地球物理勘探方法

 

  電法勘探在地熱勘查中電法勘探是一種比較簡捷的方法。應用電法勘探的目的在于探測與地下熱水有成因關系的斷裂構造位置,圈定地下熱水分布范圍,確定覆蓋層厚度、熱源的位置以及隱伏基巖巖性。

 

  (1)大地電磁(MD)頻譜探測法,是利用宇宙自然場引起的大地電磁頻譜效應,進行大地電磁頻譜被動式探測,最大探測深度達7km。目前使用該方法可對測點處地下地質情況的探測,尋找地下淡水層的位置,為鉆井預測地熱層深度和厚度提供信息[3]。

 

  (2)可控源場頻大地電流測深(CSAMT)法,是利用接地水平電偶源或水平線圈形成的諧變電磁場為信號的電磁測深方法。CSAMT是使用人工發射的聲頻電流場(頻率范圍為0.125～4 096Hz),在測點上通過改變頻率同時觀測互相垂直的電場(Ex)和磁場(Hy)分量,計算出視電阻率,繼而繪制出視電阻率斷面圖并進行綜合解釋。

 

  該方法由于信噪比高、重復性好,加上橫向分辨率高、不受高、低阻層屏蔽,易于解釋且成本低廉,廣泛應用于油氣、煤田、金屬礦、地熱及工程地質勘探等方面。最大勘探深度在2 000m左右,適用于一維或已知構造主軸的二維地區[4]。

 

  (3)其它電磁法還有大偏移距時間域電磁法(LOTEM)和小偏移距時間域電磁法(TEM)。

 

  (4)時間域IP法是以研究地下地質體的電阻率差異為基礎的電法勘探方法。為揭露地下地質體的電阻率變化情況需建立人工電場,進而進行觀測和研究地下電場。并利用電阻率不均勻體存在所反映的變化規律,來達到探測地下構造、巖體的目的[5]。

 

  激電中梯是采用對地下供入一固定同期的直流脈沖信號($V1),待斷電一定的時間(Td)后連續觀測衰減中具一定取樣寬度(Ts)的二次場($V2)進行積分,可同時取得$V1、充電率(衰減室)等多個參數。通過觀測電化學過程產生的激發極化場的衰減特征,研究地層、構造破碎帶的含水性。

 

  激電測深是通過改變供電極距的方式,來達到勘探目的層深度的要求,由淺入深了解地下介質垂向電阻率的變化,通過對地電斷面資料定性、定量解釋,獲得地質綜合解釋成果。該種方法的缺點是有效勘探深度相對較淺(最大為1 500m±),易受工頻游離場的干擾,地表高阻容易產生屏蔽。

 

  磁法勘探磁法勘探是通過測量不同磁化強度的各種巖(礦)石在地磁場中所引起的磁異常,并通過研究這些異常的空間分布特征、規律與地質體間關系[5],從而作出地質綜合解釋。

 

  在沉積巖地區,磁異常一般是巖漿巖侵入體存在的反映,而巖漿巖的存在又是地熱形成的控制因素,是熱能之源。一般較大的構造斷裂多伴有巖漿活動,在用磁法尋找到巖體的同時,也就發現了構造斷裂。

 

  磁法勘探方法可分為航空磁測($T)、地面高精度磁測($T)和($Z)測量。

 

  重力勘探該勘探方法是通過測量不同巖(礦)石密度差異所引起的重力異常,來達到尋找深大構造斷裂、基巖坳陷中的凸起構造等地下熱水存在的有利部位的目的。一般中新生代、古生代、元古代、太古宙地層與巖體多存在一定的密度差異,具備重力勘探地熱的地球物理前提。

 

  地震勘探地震方法是通過研究人工激發地震波的運動學和動力學特征來解決地質問題的。采用人工爆破產生地震波,地震波入射到地下彈性介質層中遇到地層的界面時,便產生波的反射和折射返回到地面,被不同位置的檢波器接收下來,通過儀器將地震波記錄存儲,經數據處理來完成勘探地下地質體的任務。

 

  據有關材料介紹,應用淺層地震勘查技術進行深層地熱資源勘探是可行的,它是通過改善激發方式、野外觀測系統、數據采集、處理參數設置及資料分析解釋等方面的方法技術來達到勘查目的,不僅取得了良好的效果[6],同時還避免了人工地震方法的設備龐大、工作周期性、人力、財力和物力投入拉大的缺點。

 

  人工地震勘探作為一種超深的地球物理勘探方法,彌補了時間域電法勘探在高阻屏蔽和深度上的限制。

 

  地熱測井

 

  (1)淺層測溫。地熱異常區即地殼深部存在的熱流地溫梯度高于地殼平均值的地區。一般測得地殼平均熱流值為1.5熱流單位,地殼平均地溫梯度為3.0℃/100m[7]。

 

  測溫勘探不僅能圈出淺部的地熱異常,還能把隱伏的地下熱水探查出來,它可以指導地熱勘探,并對地熱異常作出評價。

 

  測溫勘探是依據了存在于地球內部的熱量可以通過熱的傳導作用而不斷地向地表擴散的原理,通過測量在地表以下一定深度的溫度,圈出地熱異常區,大致推斷出地下熱水的分布范圍,或反映出在一定深度上的地熱異常中心位置,指導勘探深部的隱伏熱儲。

 

  測溫測量方法可分為淺層溫度測量、地溫梯度(15～100m)和熱流測量(>100m)。

 

  淺層地溫測量通常可直接利用水文地球化學的取樣點1～5m的深度內進行,此已成為地熱勘查中最直觀、最經濟、最有效的方法之一。如與地球物理、水文地球化學(如氫氧穩定同位素)等方法配合使用,效果更為理想。

 

  (2)地熱測井包括電阻率、自電、天然放射性等方法。從手段上還分為隨鉆測井、高精度數字測井等。目前已跨出純地球物理勘探行列并與其它專業相互交融。

 

  放射性、地球化學方法

 

  氡氣測量氡氣測量是一種便利有效的放射性探測技術,在眾多領域中得到了廣泛應用。地層、巖體中含有豐富的天然放射性元素,其中又以鈾(235U)的同位素所占比例最大,鈾經一系列衰變過程中產生許多子體,其中氡(222Rn)是唯一呈氣態的子體,它可以沿著構造帶、裂隙和地下水的垂向運移在地表富集,從而形成氡異常[8]。另放射性元素還隨著水中SiO2含量增高而增加,且地溫的升高也加快了氡向地表遷移的速度。

 

  土壤汞量測量土壤汞量測量表明,在國內許多高、低溫熱田上均有汞量異常顯示。

 

  北京地熱田Hg量測量對埋深288m、369m和1 057.7m的地下熱水都有很好的地面異常反映。在西藏羊八井熱田中除Hg量外, As、Sb、Bi及堿金屬元素測量也取得明顯效果。

 

  A法徑跡、Po218測量A法徑跡、Po218測量也是很有前景的方法。來源于地殼深部的這些元素沿著斷裂或裂隙通道運移,它們的異常位置可以反映隱伏深大斷裂的存在部位及地下熱水運移通道在地面上的延伸[9]。

 

  水文地球化學[10]應用氫氧穩定同位素作為示蹤劑,在地熱田研究中具有重要作用。它不僅可以指示地下熱水的成因及補給源,而且還可以提供有關地下熱水的循環途徑和圈定熱場、范圍等信息。