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用普奇天電打井找水儀探測深層地下熱水的成功案例剖析

時間 : 2022-05-05 點擊量 : 228

山東濰坊諸城市竹山風景區(qū)為開發(fā)旅游資源需要打一眼深層地熱井,開發(fā)商購買了我們一臺PQWT-TC1200自動成圖天電(深井)打井找水儀,并邀請我們進行現(xiàn)場技術指導和物探測量,成功的打出了一眼每小時出水量35噸的地熱井。該儀器是用天然電場選頻法原理開發(fā)出的一款專門測量深水井的物探儀,最大測量深度1500米,共設置了98個頻率,平均15米測量一個深度,測量精度可達0.001毫伏,不需借助電腦用手指點一點便可以自動生成原始曲線圖、原始剖面圖、處理剖面圖、處理曲線圖四種圖件(最經(jīng)常用的是前三種)。當打井深度不需要那么深時可以調(diào)整到最大測量深度900米或600米?,F(xiàn)將我們是如何利用該儀器探測深層地下熱剖析如下。

1. 竹山風景區(qū)深層地熱條件分析。

深層地熱的熱源來自于地殼深部,“熱儲”溫度的高低一是取決于它下伏的基底的導熱條件,熱導率越大溫度越高。二是取決于熱儲上覆的蓋層的地熱條件,上覆層起到了一個保溫的作用,它的熱導率越小保溫效果越好。熱儲的溫度是基底供給的熱量與蓋層散失的熱量動態(tài)平衡的結果。

反映上述熱動態(tài)平衡的兩個具體指標分別是大地熱流值和地熱增溫級(即地溫梯度)。經(jīng)查,濰坊地區(qū)距竹山風景區(qū)(經(jīng)119.58°,緯35.93°)最近的已知點(經(jīng)119°10′08″緯36°39′29″)的數(shù)據(jù)為:地溫梯度2.25℃╱hm,大地熱流值67.4mw╱㎡,在山東都數(shù)于中上水平,可做為參考。濰坊地區(qū)恒溫帶深度120米左右,以下為增溫帶,恒溫帶地下水溫度大都在16℃左右,過去打井從未發(fā)現(xiàn)有淺層地熱水,因此該地利用地熱應主要考慮地溫梯度大小,如果尋求不低于40度的地下水,適宜打井深度應為1500~2000米。

圖一是竹山風景區(qū)周邊的地質(zhì)圖。風景區(qū)所在地的地層為下白堊系青山群石前莊組一套流紋質(zhì)火山巖系,層型剖面厚951米。風景區(qū)北面的兩片紅色區(qū)域(K1ηπ)是下白堊系侵入的二長花崗斑巖,與圍巖呈侵入接觸,我們分析認為風景區(qū)火山巖之下可能也是侵入巖。在風景區(qū)東北方向有兩條互相垂直的斷層,南面還有一條斷距更大的斷層(紅線所示)。有數(shù)條斷層和侵入巖的存在,說明當?shù)貐^(qū)域構造條件較好,容易產(chǎn)生構造裂隙,打到深層水的可能性較大。

圖一

2. 三種不同的地電圖各有所長,需要“三圖聯(lián)讀”。

常用的三種地電圖的作用分別是:

2-1. 原始曲線圖(如圖二)??v坐標表示數(shù)值大小,每一條曲線代表同一個頻率在各個測點所測數(shù)值的連線。數(shù)值大的線在上,數(shù)值小的線在下,在上或在下與深度無關,或者說在曲線圖上是看不出曲線所處的深度的。曲線圖是數(shù)值線而不是等值線,在圖中可以互相交叉。如果是找斷層裂隙帶等低值異常點,它在該圖中的表現(xiàn)永遠是如圖二中8號和10號點的正V字形。如果是找?guī)r脈等高值異常點,它在該圖中的表現(xiàn)永遠是倒V字形(如9號點)。

曲線圖的主要作用是用以分析各測點在橫向上的變化規(guī)律,找地質(zhì)異常點。如果電性在橫向上沒有變化,而是在縱向上有所變化,在該圖上是反映不出來的,它的表現(xiàn)形式就是水平線,需要在剖面圖上觀察。

圖二

2-2. 原始剖面圖(如圖三)??v坐標表示深度,每條線都是一條如同地形等高線那樣的等值線。每兩條等值線之間著一種顏色,每一種顏色代表一個數(shù)值區(qū)間,數(shù)值大小可以比照圖的右邊色塊旁邊的數(shù)字大致可以確定。

在曲線圖中的正V字形低值異常反映在剖面圖上不完全都是正V字形。在剖面圖中當從淺到深數(shù)值是由小變大時,它仍然是正V字形。當從淺到深數(shù)值是由大變小時,它就如同圖三的8號和10號點那樣變成了倒V字形(高值異常點在兩個圖中的表現(xiàn)與低值異常點正好相反)。異常的深度在圖三的縱坐標上可以看出來,把圖二和圖三聯(lián)系起來看,圖二中的正V字形的深度也就知道了。

在縱向上電性的變化在曲線圖上看不出來,但在剖面圖上可以根據(jù)色區(qū)是連續(xù)變化還是不連續(xù)的突變看的很清楚。

圖三

2-3. 處理剖面圖(如圖四)。當數(shù)值很小,原始圖中的深藍色區(qū)太大時,儀器會自動改變一種算法,著重處理深藍色區(qū)的顏色,使其對電性層劃分的更細,層次更分明,縱橫兩個方向的異常更明顯。

圖四

從上述介紹可知,在使用普奇找水儀找水時,最好把這三種圖件聯(lián)系起來分析,進行“三圖聯(lián)讀”。

3. 淺層地下水狀況分析。

在圖二上部的幾條高值曲線顯示,8和10號測點都是正V字形,說明它是低值異常點,可能是有裂隙的反映,但具體深度看不出來。再從圖三看,300米以上是高值層,從淺到深數(shù)值由大變小,8號和10點都是倒V字形,根據(jù)第2節(jié)的介紹,它和圖二的正V字形是同一種低值異常的表現(xiàn),都是300米以上淺層裂隙水的反映。從圖四看,600米左右高低值變層明顯,也可能是含水層。

本案例測點間距為2米,井位在10號點,實打結果,211米是一個低溫水層(413和696米也有水),因水溫低不予利用。

4. 深層地下水狀況分析。

開發(fā)深層地熱,不僅需要研究水溫,更要研究水量。如果沒有含水層,溫度再高也是廢井。

從圖三、圖四可以看出,在1000米以下出現(xiàn)了若干條黑色的水平條帶,其中以1300米左右的水平條帶顏色最黑,與上下層的顏色差異最大,分析認為這是主要含水層?!八蕉鄬?,有水不少”,這是我們總結出的含水層在天電圖中的表現(xiàn)形式之一。這樣的水平條帶在曲線圖上都顯示為水平線,在橫向上看不出異常。在剖面圖中水平條帶越多,它與上下層的電性差異越大越好。水平條帶的成因顯然是巖石在垂向上電阻率的突變造成的,電阻率的突變可能預示著巖石裂隙率的變化或結構構造、礦物成分的改變,都容易形成含水層。在這種情況下井位定在幾號點都會有深層水。綜合分析各層黑色條帶的明顯程度,我們把井位定在了10號點,由于黑色條帶在橫向上寬度較大,即使井打的偏斜一點也沒有關系。

目前井深1720米,900米之下由火山巖變成了花崗巖。當打到1500米時做了一次綜合測井,內(nèi)容包括電阻率丶聲波時差丶孔隙度丶滲透率丶泥質(zhì)含量丶井溫等,確定1105~1108和1319~1323米是兩個深部的含水層,這兩層的水溫分別為39.9和43.0℃。

下管后經(jīng)抽水試驗,實測水溫43℃,出水量35噸╱小時,水溫與1323米測井得出的含水層水溫一致,可見1319~1323米是一個主要的含水層,這與剖面圖反映是基本一致的。根據(jù)1323米含水層的深度和水溫,我們反演了該井實際的地熱梯度如下:

(43-16)/(1323-120)*100=2.24(℃/hm)

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