地熱測量

地熱測量是以測定淺層相同深度上的溫度和熱流，並作出等溫線及熱流密度的剖面和平面圖的方法，解決水文地質、構造、礦產、煤田、石油、天然氣和工程地質方面的問題。

地熱測量在地熱調查中具有十分重要的意義，由於地熱異常區的熱量可以通過傳導而不斷地向地表擴散，測量地下一定深度的溫度和天然熱流量，便可以圈定地熱異常區，並大致推斷地下水的分布範圍。

基本介紹

• 中文名：地熱測量
• 外文名：geothermal measurement
• 類別：地熱調查
• 提出時間：1906年
• 提出人：A．H．奧基耳維
• 套用領域：水文地質、構造、礦產、石油等

介紹

地熱測量是以測定淺層相同深度上的溫度和熱流，並作出等溫線及熱流密度的剖面和平面圖的方法，解決水文地質、構造、礦產、煤田、石油、天然氣和工程地質方面的問題。溫度及熱流密度的異常是由隱伏的背斜和向斜、短軸褶皺、岩漿岩體、構造破壞、地下水的排泄區和補給區、沿含水層的湧出或斷流、石油天然氣構造中液體的垂直運動、硫化物和有機物的氧化、氣體水化物的形成(破壞)等原因引起的。

建立歷史

地熱測量是1906年A．H．奧基耳維在高加索普查勘探礦水時首次提出來的。以後在其它地區為普查和勘探熱水、硫化礦、石油和天然氣偶爾也用過這種方法。為了解決石油地質問題而進行地熱測量，由切卡柳克、費多爾佐夫、奧薩德奇三人提出並用實驗證實了其可能性。

正是他們制定了在陸地上進行測量的方法、技術和判讀。最近，地熱的普查勘探工作也用到了大陸架上。因為水域下的地下水運動對熱力場歪曲的可能性較小，所以在水面上工作的效果並不比陸地上的差。水域上地熱測量的理論根據，是由阿爾捷緬科和曰．斯米爾諾夫建立的。

測量儀器

鑽孔測溫使用的儀器有最高水銀溫度計、電阻溫度計和半導體熱敏電阻溫度計等。電阻溫度計的原理是一個直流平衡電橋，電阻R1和R2用溫度係數較大的材料(如銅絲)做成，稱為靈敏臂；R2和R1用溫度係數很小的合金(如康銅)製成，它們的電阻值可看成常數，稱為固定臂。靈敏臂裝在紫銅管內，開有缺口，以保證紫銅管與泥漿接觸良好。固定管繞在密封的膠木架上。若靈敏臂用熱敏電阻，則成為半導體靈敏電阻溫度計。

岩石的熱導率值大多是用儀器對岩心標本測量後取得的。在我國，常用的儀器是穩定平板熱導儀，也可以用導熱探棒在現場直接測量熱導率儀。近幾年已採用一種兩用探頭在鑽孔內同時測量地溫梯度和熱導率值。

工作方法

地熱測量可在一定間隔的點、線組成的測網上進行。測線方向一般應垂直於地熱異常的長軸或儲熱、導熱構造的走向。測網密度應根據地熱異常形態、規模等確定，如控制地下熱水的構造不清，熱異常形態複雜，則測網密度應加大；若覆蓋層較厚，地熱異常不明顯，測網密度可適當放稀，而擴大測量面積。

地熱測量的深度應根據儲熱構造的埋深、溫度及當地的水文地質、氣候條件而定。在埋深較小的高溫地熱區，由於地表地熱異常明顯，可採用淺部測溫。淺部測溫包括地表溫度調查和淺孔地溫調查兩類。

地表溫度調查是測量土壤的溫度和溫度梯度，為減少氣溫變化的影響，一般在深2～30m的淺孔中用溫度計進行測量。由於近地表地熱異常的延伸範圍一般較小，故點距應小於50m，大多在10m-30m之間。

淺孔地溫測量的孔深一般在50～200m之間，鑽孔間距取決於地熱異常的範圍。其優點在於不受地表氣候變化的影響，但鑽進費用較土壤溫度測量高。

在覆蓋層較厚的地熱區，地表沒有地熱異常顯示或顯示微弱的情況下，多採用鑽孔測溫方法。由於鑽孔中的原始岩體溫度已受到鑽探、井液或空氣循環等技術活動的破壞，因此，為使測得的地溫梯度儘量接近於原始地溫梯度，一般要求在終孔後相當一段時間(一般為數天至半月)，待孔中氣溫和井壁岩層度達到穩定平衡以後，再進行地溫梯度測量。測量時，將半導體熱敏電阻溫度計通過電纜放入鑽孔中，逐點測量地溫的垂向變化。

資料整理和圖示

資料整理

地熱測量取得的數據是極其重要的第一手資料。為了獲得有關地熱異常空間分布規模的正確結論，必須對所收集的與地熱場有關的原始資料和原始測溫數據進行全面分析，分類評價。

在綜合資料之前，需要了解鑽孔溫度是否已經恢復平衡。長期靜止的鑽井、基井、生產井、水位變化不大的水文觀測孔，以及終孔後穩定3—5d以上的鑽孔測溫數據可作為基礎數據。鑽進過程中的井底溫度、關井測靜壓時的井溫，以及礦井平巷淺孔(通常要超過5m)的溫度可作為同類數據的對比和參考數據。徑流影響強烈的自流井和乾井內的溫度曲線不能作為地溫資料處理。如果目的在於確定熱流密度，則應選擇當地最深，又無地下水運動影響的鑽孔溫度資料。

根據全區內各鑽孔的溫度曲線，可以分別求得鑽孔內各岩層的地溫梯度及全區各岩層的平均地溫梯度，利用岩心標本測得的岩石熱導率k，求得鑽孔中各岩層的熱流密度，並進而求得全區各岩層的平均熱流密度值。

資料圖示

地溫測量的圖件主要有鑽孔地溫剖面圖、等溫線斷面圖、等溫線平面圖。

A．鑽孔地溫剖面圖

該圖是根據鑽孔內不同深度上的溫度值繪製而成。通常將此曲線附在鑽孔水文地質柱狀圖上，以便與鑽孔的水位、流量及地層結構等進行對比分析。

B．等溫線斷面圖

它是研究地熱變化的重要圖件。圖中除了應將各鑽孔的地溫數據標在圖上，並勾結等溫線外，還應將地層岩性、斷裂、裂隙、熱岩溶蝕以及鑽孔的湧水、漏水、水位等資料標示在圖上，以便進行分析對比。

C．等溫線平面圖

這種圖通常是以地形地質圖為底圖，根據各測點同一深度的地溫數據繪製而成。