[科普中国]-地热测量

介绍

地热测量是以测定浅层相同深度上的温度和热流，并作出等温线及热流密度的剖面和平面图的方法，解决水文地质、构造、矿产、煤田、石油、天然气和工程地质方面的问题。温度及热流密度的异常是由隐伏的背斜和向斜、短轴褶皱、岩浆岩体、构造破坏、地下水的排泄区和补给区、沿含水层的涌出或断流、石油天然气构造中液体的垂直运动、硫化物和有机物的氧化、气体水化物的形成(破坏)等原因引起的。

建立历史地热测量是1906年A．H．奥基耳维在高加索普查勘探矿水时首次提出来的。以后在其它地区为普查和勘探热水、硫化矿、石油和天然气偶尔也用过这种方法。为了解决石油地质问题而进行地热测量，由切卡柳克、费多尔佐夫、奥萨德奇三人提出并用实验证实了其可能性。

正是他们制定了在陆地上进行测量的方法、技术和判读。最近，地热的普查勘探工作也用到了大陆架上。因为水域下的地下水运动对热力场歪曲的可能性较小，所以在水面上工作的效果并不比陆地上的差。水域上地热测量的理论根据，是由阿尔捷缅科和曰．斯米尔诺夫建立的。1

测量仪器钻孔测温使用的仪器有最高水银温度计、电阻温度计和半导体热敏电阻温度计等。电阻温度计的原理是一个直流平衡电桥，电阻R1和R2用温度系数较大的材料(如铜丝)做成，称为灵敏臂；R2和R1用温度系数很小的合金(如康铜)制成，它们的电阻值可看成常数，称为固定臂。灵敏臂装在紫铜管内，开有缺口，以保证紫铜管与泥浆接触良好。固定管绕在密封的胶木架上。若灵敏臂用热敏电阻，则成为半导体灵敏电阻温度计。

岩石的热导率值大多是用仪器对岩心标本测量后取得的。在我国，常用的仪器是稳定平板热导仪，也可以用导热探棒在现场直接测量热导率仪。近几年已采用一种两用探头在钻孔内同时测量地温梯度和热导率值。

工作方法地热测量可在一定间隔的点、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，测网密度可适当放稀，而扩大测量面积。

地热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。

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，一般在深2～30m的浅孔中用温度计进行测量。由于近地表地热异常的延伸范围一般较小，故点距应小于50m，大多在10m-30m之间。

浅孔地温测量的孔深一般在50～200m之间，钻孔间距取决于地热异常的范围。其优点在于不受地表气候变化的影响，但钻进费用较土壤温度测量高。2

在覆盖层较厚的地热区，地表没有地热异常显示或显示微弱的情况下，多采用钻孔测温方法。由于钻孔中的原始岩体温度已受到钻探、井液或空气循环等技术活动的破坏，因此，为使测得的地温梯度尽量接近于原始地温梯度，一般要求在终孔后相当一段时间(一般为数天至半月)，待孔中气温和井壁岩层度达到稳定平衡以后，再进行地温梯度测量。测量时，将半导体热敏电阻温度计通过电缆放入钻孔中，逐点测量地温的垂向变化。2

资料整理和图示资料整理地热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。长期静止的钻井、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—5d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，以及矿井平巷浅孔(通常要超过5m)的温度可作为同类数据的对比和参考数据。径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，利用岩心标本测得的岩石热导率k，求得钻孔中各岩层的热流密度，并进而求得全区各岩层的平均热流密度值。

资料图示地温测量的图件主要有钻孔地温剖面图、等温线断面图、等温线平面图。

A．钻孔地温剖面图

该图是根据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水文地质柱状图上，以便与钻孔的水位、流量及地层结构等进行对比分析。

B．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，并勾结等温线外，还应将地层岩性、断裂、裂隙、热岩溶蚀以及钻孔的涌水、漏水、水位等资料标示在图上，以便进行分析对比。

C．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数据绘制而成。