第八章 熱礦水資源調查.doc

第八章 熱礦水資源調查第一節(jié) 熱礦水資源調查與評價熱礦水資源調查與評價主要包括三部分內容，第一部分是傳統(tǒng)意義上的地熱資源，即溫度大于25的熱礦水資源；第二部分是礦泉水資源調查與評價，包括飲用和醫(yī)療礦泉水；第三部分是溫度小于25，埋藏在200m以淺的地熱資源。一、地熱資源調查的主要目的、任務地熱水調查的主要目的在于尋找有開發(fā)利用價值的地熱異常帶，其主要任務是查明地熱田的空間分布，確定勘查范圍，通過鉆探、勘查取得各種參數(shù)和指標，確定最有希望的遠景開發(fā)區(qū)。二、地熱資源主要調查內容（一）地熱田地質地熱田是指地殼中某一范圍受共同地質因素所控制的，地溫相對較高，具有開發(fā)價值的獨立的地熱系統(tǒng)，其調查的主要內容為：1.地熱田的地層、構造、巖漿（火出）活動及地熱顯示、水熱蝕變等特點，控制地熱田的地質條件，熱儲、蓋層、導水和控熱構造的空間展布及其組合關系。 2.對于受斷裂控制的地熱田，斷裂構造特別是深大斷裂常常是控制地熱異常分布的主要因素，我國眾多的溫泉形成，大都與斷裂構造有關，一般來說切穿深度越大、活動越強烈的斷裂越有利于形成地熱異常，因此需要研究斷裂的形態(tài)、規(guī)模、產狀、組合配套關系等特點，查明斷裂系統(tǒng)與地熱的關系。 3.對于層控的地熱田，應詳細劃分地層，確定地層時代，區(qū)分儲層和蓋層。著重研究熱儲結構、熱儲的巖性、厚度及其分布范圍、熱儲的孔隙、裂隙或巖溶發(fā)育情況等影響地熱流體儲存、運移、富集的地質因素。4.對地熱田的外圍有關地區(qū)應進行必要的地質調查和地球物理、地球化學工作。探索地熱田的形成、地熱流體的補給來源和循環(huán)途徑。 （二）地溫場地熱場是指地球內部空間各點在某一瞬間的溫度分布。地熱田內的地溫、地溫梯度及有關物性參數(shù)的空間分布及其變化規(guī)律，圈定地熱異常范圍、計算熱流密度，推算熱儲溫度，并對地熱異常的成因、熱儲結構特征、控熱構造及可能存在的熱源做出合理的分析推斷。 （三）熱儲 地熱田的熱儲結構，熱儲分布面積、巖性與厚度變化、產狀、埋深及邊界條件，查明熱儲結構、地熱流體的溫度、壓力、產量及其變化規(guī)律及各熱儲間的關系，測定熱儲的孔隙率、滲透系數(shù)、傳導系數(shù)、給水度（彈性釋水系數(shù)）和壓縮系數(shù)等。 （四）地熱流體 1.地熱流體特征，包括地熱流體在熱儲中的相態(tài)、溫度、地熱井排放時的汽水比例、蒸汽干度、流體化學成分和同位素組成；2.地熱流體的化學成分、同位素組成、有用組分以及有害成分等；3.地熱流體與大氣降水、地表水和常溫地下水的關系，地熱流體的來源及其補給、儲集、運移、排泄條件及地熱流體運移過程中可能出現(xiàn)的相變和與冷水混合過程；4.高溫地熱田還應查明地熱流體的相態(tài)、地熱并排放的汽水比例、蒸汽干度、不凝氣體成分。 三、地熱資源調查方法（一）航衛(wèi)片解譯 1.航衛(wèi)片主要判斷下列地熱地質問題：（1）地貌、地層、地質構造基本輪廓及地熱區(qū)隱伏構造；（2）地面泉點、泉群和地熱溢出帶，地面地熱顯示位置及地表水體位置范圍；（3）地面水熱蝕變帶的分布范圍。2.遙感圖像解譯應先于地質測量工作，衛(wèi)星圖像和航空像片兩者結合使用，必要時可進行航空紅外測量。遙感圖像解譯應結合地面地質、物探資料進行。3.衛(wèi)片宜用不同時間、不同波段的影像進行綜合解譯。注意衛(wèi)片質量，收集不同地質體的光譜特征，建立地質、地熱地質直接和間接解譯標志。視工作要求和條件許可，用計算機圖像處理，提高解譯水平和效果。4.宜用大比例尺航片。用目視和航空立體鏡解譯，還可用立體測圖儀成圖。5.航衛(wèi)片解譯，應提交相應比例尺的解譯圖及文字說明。（二）地質水文地質調查1.地質測量在充分利用航衛(wèi)片解譯、搜集和分析區(qū)域地質、地形、氣象、水文地質、地球化學和地球物理等資料的基礎上進行，其主要任務是：a.實地驗證航衛(wèi)片解譯的疑難點，提高航衛(wèi)片解譯質量，選擇最有希望的遠景區(qū)和最好的地點進行鉆探。b.著重區(qū)域地質構造研究，特別要查明與現(xiàn)代火山活動有關的構造斷裂，查明地熱田的含水層與隔水層地層時代、巖性特征、巖漿活動，闡明地熱田形成的地質條件。c.查明地表地熱顯示的類型、分布和規(guī)模，闡述地熱異常與地質構造的關系。 2.地質測量范圍應包括可能的補給區(qū)和排泄區(qū)。圖件比例尺應根據(jù)勘查類型和地質構造復雜程度，參照表8-1-1選定。表8-1-1 地質測量比例尺類 別勘查類型區(qū)域性圖件地熱田圖件層 狀 熱 儲 110萬12.5萬 15萬12.5萬 帶 狀 熱 儲 12.5萬11萬 11萬15千 （三）地球化學調查地球化學調查方法在地熱勘查中多被用來區(qū)分地熱系統(tǒng)的類型，推定地下水儲熱體的溫度以及按地熱液蝕變的礦物預測熱儲的歷史和演變，主要查明以下問題：1.在地熱資源勘查各階段中都應進行地球化學調查，并盡量采用多種地球化學地面調查方法，確定地熱異常分布范圍。2.采取具有代表性的地熱流體（泉、井）、常溫地下水、地表水、大氣降水等樣品進行化驗分析，對比分析它們與地熱流體的關系。地熱流體分析樣品采集方法按本規(guī)范附錄B（參考件）要求采取。 3.進行溫標計算，推斷深部熱儲溫度。4.測定穩(wěn)定同位素和放射性同位素，確定地熱流體的成因，測定地熱水的年齡，推算深部熱水的溫度，查明熱水中的物質成分來源。5.計算地熱流體中的C1B、C1F、C1SiO2等組分的比率，對比分析地熱流體和冷水間的關系及其變化趨勢，并進行水、巖均衡計算。 6.對地表巖石和勘探井巖芯中的水熱蝕變礦物進行取樣鑒定，分析推斷地熱活動特征及其發(fā)展歷史。 7.地球化學調查比例尺應與地質測量比例尺一致。 （四）地球物理調查 1.主要查明以下問題： （1）圈定地熱異常范圍和熱儲體的空間分布；（2）確定地熱田的基底起伏及隱伏斷裂的空間展布；（3）圈定隱伏火成巖體和巖漿房位置；（4）圈定地熱蝕變帶。2.根據(jù)地熱田的地質條件和被探測體的物性特征選用物探方法（見表8-1-2）。一般利用地溫勘探圈定地熱異常區(qū)；利用重力法確定地熱田基底起伏（凸起和凹陷）及斷裂構造的空間展布；利用磁法確定水熱蝕變帶位置和隱伏火成巖體的分布、厚度及其與斷裂帶的關系；利用電法、卡、210P0法圈定熱異常和確定熱儲體的范圍及深度；利用人工地震法較準確的測定斷裂位置、產狀和熱儲結構；利用磁大地電流法確定高溫地熱田的巖漿房及熱儲位置和規(guī)模；利用微地震法測定活動斷裂帶。表8-1-2 各勘查階段不同類型地熱田物探方法勘查階段/方法/勘查類型普 查詳 查勘 探1 110萬120萬重磁面積測量，110萬電測深面積測量，110萬淺層測溫面積測量 15萬重磁面積測量，15萬電測深面積測量 詳細電測深面積測量，鉆孔測溫及各種測井，人工地震（反射波法） 2 3 110萬120萬重磁面積測量，MT路線測量，110萬淺孔地溫測量 15萬重磁面積測量，MT面積測量（至少三條控制剖面） 人工反射地震，MT詳細工作，地熱流測量，微震網觀測綜合測井 1 110萬l20萬重磁面積測量 15萬重磁測量 11萬重磁測量 2 3 110萬電測深面積測量，110萬淺層測溫，110萬120萬重磁面積測量 15萬重磁測量，15萬電測深面積測量，卡面積測量 11萬電測深，人工地震（反射波法），電剖面測量，卡剖面測量，綜合測井 3.地球物理調查比例尺應與地面測繪比例尺一致。對獲得的物探資料，應結合地熱地質條件、地熱流體特征進行分析，提出綜合解譯成果，作為勘探井的布置依據(jù)。 （五）地熱流體、土、巖實驗1.在地熱勘查工作中，應系統(tǒng)采取水、氣、巖土等樣品進行分析鑒定，以獲得熱儲的有關參數(shù)。 按以下要求采取樣品： 地熱流體全分析：各勘查階段的勘探井和代表性泉點全部取樣。 氣體分析：凡有逸出氣體的井、泉均需采集氣體樣品。 微量元素、放射性元素、毒物分析：普查階段各取1-3個，詳查階段各取3-5個，勘探階段各取57個。 穩(wěn)定同位素：詳查階段可取1-2個，勘探階段1-3個。 放射同位素：詳查階段可取3-5個，勘探階段5-7個。 巖、土分析樣：按實際需要采取。 2.地熱流體化學成分應進行全分析（主要陰陽離子和F、Br、I、SiO2、B、H2S等）微量元素（Li、Sr、Cu、Zn等），放射性元素（U、Ra、Rh）及總總放射性的分析，對溫泉和淺埋熱儲應視情況增加污染指標的分析，如酚、氰等，還要根據(jù)不同的利用目的增加其他分析項目。 3.同位素分析一般測定穩(wěn)定同位素（18O、34S、2H）和放射性同位素（3H、14C），以研究地下水熱水的成因、年齡、補給來源等。4.氣體成分分析應盡量包括H2S、CO2、02、N2、CO、NH4、CH4、Ar、He等項目，以評價地熱流體質量。 5.巖、土分析鑒定應依據(jù)地熱田實際情況有選擇的進行。 （1）對熱儲及代表性蓋層的巖芯或巖石，一般可測定其物理、水理性質，項目包括：密度、比熱、導熱率、滲透率、孔隙度等。 （2）與熱儲密切有關的巖芯或巖石可進行同位素年齡、古地磁、微體古生物、化石、孢粉、重礦物、巖石化學等測定和鑒定，以確定其地層時代和巖性。 （3）應用巖石薄片鑒定水熱蝕變礦物并研究其演化過程，如發(fā)現(xiàn)礦物包體則可進行包體測溫。（4）應用巖石中鈾、釷、鉀放射性含量，研究形成區(qū)域性熱異常的產熱率背景。 （六）地熱鉆探 1.勘探井的設計、施工以及勘探井內各種測試應滿足查明地熱地質條件，取得有代表性的計算參數(shù)和評價地熱資源的需要。 2.地熱田內存在多個熱儲時，應分別查明熱儲的壓力、水位、溫度、流量和地熱流體質量?？碧骄┩覆煌瑹醿r應做好下套管固井或止水工作，防止破壞熱儲的自然特征。3.除專門設計的定向井外，勘探井應保持垂直，在100m深度內其井斜不應大于1。 4.勘探井口徑應滿足取樣測井以及完井后安裝抽水試驗設備要求，探采結合井還應滿足生產井設計抽水量及止水填料的要求。第四紀松散地層勘探井應保證濾水管外圍有100mm的填充厚度?；鶐r勘探井口徑應能滿足水泥固井及可能下入濾水管的要求。地質勘探井及觀測井終井口徑一般不小于91mm。 5.每一熱田應有12個勘探井要求全部取芯，探采結合井可間斷取芯，但必須做好巖屑錄井。巖芯采取與巖屑錄井應滿足劃分地層、確定破碎帶、儲層巖性、厚度等要求。松散地層和斷層破碎帶采取率不應小于40，完整基巖不低于60。對中、高溫地熱勘探井要特別注意采取水熱蝕變巖芯或巖屑。 6.勘探井在鉆進過程中和完井后必須進行地球物理測井，測井項目取決于地質需要，一般井段做井徑、井斜、電阻率、自然電位、自然伽瑪、井溫和井底溫度等項目。完井后除做上述項目外。還應進行穩(wěn)態(tài)井溫測量。對高溫地熱田和中低溫大型地熱田還應做密度、聲波、中子和流量測井。 7.鉆進過程中的簡易觀測要求： （1）目的層井段，必須經常對泥漿槽液面及泥漿池中的泥漿量的變化進行觀察，注意有否漏失，漏失量及速度、漏失前后泥漿性能的變化。 （2）詳細記錄鉆進的涌水、井噴、漏水、涌砂、逸氣、掉塊、塌孔、縮徑等現(xiàn)象的起止時間、井深、層位及采取的處理措施等。對井涌或井噴還應詳細觀察記錄涌、噴量及高度，連續(xù)或間斷的涌噴規(guī)律、涌噴前后的泥漿性能變化等。 （3）系統(tǒng)測定井口泥漿的溫度變化，在鉆入熱儲目的層段時應加密觀測并做好記錄。 （4）鉆進過程中對蹩、跳鉆、放空等情況應認真記錄起止時間、井深、層位、蹩跳程度、鉆時情況，做好地質方面的分析判斷。 （七）完井試驗 1.勘探井和探采結合井都應進行完井試驗，測定地熱資源評價必須的計算參數(shù)。完井試驗是指低溫井的抽水、涌水試驗和中、高溫井的放噴試驗。它們門又都分為單井、多井和群井試驗三類。 2.抽水試驗要求： （1）單井抽水試驗一般做三個落程，穩(wěn)定延續(xù)時間812h，用以確定流量與水位降低的關系，概略的取得含水層滲透系數(shù)、給水度或彈性釋水系數(shù)，壓力傳導系數(shù)。試驗期間應盡量采用井下壓力計測量水位的變化。直接從孔口測量水位時，應同時測量孔內水溫，以換算為相同密度的水位。 （2）多井抽水試驗是指帶有觀測井的主井抽水試驗，一般做一個落程，穩(wěn)定延續(xù)時間2472h，求得較為準確的計算參數(shù)。在詳查階段每一地熱田進行13組試驗。 （3）群井抽水試驗是指在影響半徑范圍內，兩個或兩個以上鉆井中同時進行并有觀測井的抽水試驗。在勘探階段可結合開采方案進行1-2組試驗，一般做一個落程，抽水延續(xù)時間不少于7晝夜，以確定水位下降與總開采量的關系和合理開采方案。 3.放噴試驗要求： （1）中、高溫地熱井的單井放噴試驗可先應用端壓法（經驗方法）估測單井的熱潛力。但精確的測定必須在井口進行汽水分離，分別測定不同壓力下的汽水流量和溫度，并測定分離蒸汽中的不凝結氣體含量，確定單井的熱焓和熱流體產量，并繪制井口壓力、產量壓力與溫度、流量和時間的關系曲線。試驗延續(xù)時間不少于15晝夜。 （2）中、高溫地熱田勘探階段，需結合試驗性生產進行群井放噴試驗，即用多個生產井同時放噴，并可在外圍設立一定的觀測井，以分別測定上述內容。試驗延續(xù)時間不少于一個月。以求得各生產井在干擾狀況下的產量及地熱田總的生產量，進而為準確地判斷熱儲潛力和補給源提供依據(jù)。 4.非穩(wěn)定流抽水試驗，抽水井涌水量應保持常量，其變化幅度不大于3。抽水、涌水、放噴試驗中，均應觀測水位（壓力）溫度的變化，溫度觀測讀數(shù)應準確到0.5，并換算成相同密度的水位（壓力）值。試驗結束后觀測其恢復水位（壓力）。水位（壓力）的變化宜用井下壓力計觀測，直接測量水位時應同時測量孔內水溫，以便換算和比較。 （八）動態(tài)監(jiān)測1.在勘查工作中，應及早建立地熱流體動態(tài)監(jiān)測網，以掌握地熱流體的天然動態(tài)和開采動態(tài)變化規(guī)律。對已開發(fā)的地熱田應在已有觀測點網的基礎上繼續(xù)進行監(jiān)測，以了解開采降落漏斗范圍及其發(fā)展趨勢，為研究地熱田水位（壓力）下降、地面沉降或地面塌陷等環(huán)境地質問題提供基礎資料。 2.觀測井的布設應以能控制地熱儲量動態(tài)為目的。普查階段每個地熱田建立控制性監(jiān)測點1-2個；詳查階段每一熱儲建立1-2個；勘探階段每一熱儲設立2-3個。監(jiān)測點盡量應用已有井、泉。 3.監(jiān)測內容包括：水位或壓力、流量、溫度及熱流體化學成分。監(jiān)測頻率可根據(jù)不同動態(tài)類型而定。水位（壓力）、溫度、流量監(jiān)測，一般每月2-3次。水質監(jiān)測，一般每年1-2次。 4.動態(tài)監(jiān)測資料應及時進行分析，編制年鑒或存入數(shù)據(jù)庫，為地熱田的合理開采提供信息。四、地熱資源評價地熱資源類型不同，其計算方法也不相同。目前我國已發(fā)現(xiàn)的地熱資源類型大致有：沉積盆地型、斷裂（裂隙）型和近期巖漿活動型三種類型。 （一）熱儲法 1.計算 熱儲法的地熱資源量按式（8-1-1）計算： （8-1-1） 式中：QR地熱資源量，kcal； A熱儲量面積，m2； d熱儲厚度，m； tr熱儲溫度，； tj基準溫度（即當?shù)氐叵潞銣貙訙囟然蚰昶骄鶜鉁兀?，?熱儲巖石和水的平均熱容量，kcalm3，由式（8-1-2）求出： （8-1-2） 式中：、分別為巖石和水的密度，kgm3； 、分別為巖石及水的比熱容，kcalkg； 巖石的孔隙度，。 將式（3）代入式（2）即得式（8-1-3）： （8-1-3） 熱儲法不但適用于非火山型地熱資源量的計算，而且適用于與近期火山活動有關的地熱資源量計算。不僅適用孔隙型熱儲，而且也適用于裂隙型熱儲。凡條件具備的地方，一律采用這種方法。 2.回收率 用熱儲法計算出的資源量不可能全部被開采出來，只能開采出一部分，二者的比值稱為回收率。用式（8-1-4）表示： （8-1-4） 式中：回收率； 開采出的熱量，即從井口得到的熱量； 埋藏在地下熱儲中的地熱資源量。 回收率的大小取決于熱儲的巖性，孔隙及裂隙發(fā)育情況，是否采取回灌措施以及回灌井布置是否科學合理等等。在進行地熱資源評價時，對回收率作如下規(guī)定：對大型沉積盆地的新生代砂巖，當孔隙度大于20時，熱儲回收率定為0.25；碳酸鹽巖裂隙熱儲定為0.15；中生代砂巖和花崗巖等火成巖類熱儲則根據(jù)裂隙發(fā)育情況定為0.050.1。 3.參數(shù)確定 （1）比熱、巖石密度 熱儲巖石的比熱、密度由試驗獲得，但在初期工作階段缺少試驗數(shù)據(jù)時，可參照表8-1-3、表8-1-4。 表8-1-3 巖石比熱等一覽表 巖石名稱 項目 花 崗 巖 石 灰 巖 砂 巖 鈣質砂 （含水率 43%） 干 石 英砂 （中-細粒） 石英砂 （含水率8.3%） 砂粘 （含水率15%） 空氣 （一個 大氣壓） 冰 水 （平均） 比熱（cal/g） 0.19 0.22 0.21 0.53 0.19 0.24 0.33 0.24 0.49 1 密度（g/cm3 ）2.70 2.70 2.60 1.67 1.65 1.75 1.78 0.00129 0.92 1 熱導率（10-3cal/ cms） 6.50 4.80 6.20 1.70 0.63 1.40 2.20 0.055 5.30 1.43 （2）孔隙度（裂隙率） 對于孔隙熱儲層，孔隙度可以通過實驗室求出，也可以用測井方法求得。對于裂隙熱儲層，可以通過實驗室試驗、測井、抽水試驗及比擬法求得。 表8-1-4 飽和蒸汽表 溫度 壓力 m bar（100 Pa） 密度,g/cm3 熱焓,cal/g 液體 氣體 液體 氣體 0 6.11 0.99978 4.8472106 0.010 597.49 20 23.37 0.99828 1.7290105 20.030 606.23 25 31.67 0.99712 2.3041105 25.023 608.41 30 42.43 0.99517 3.0368105 30.014 610.57 35 56.24 0.99409 3.9612105 35.005 612.73 40 73.78 0.99225 5.1161105 39.995 614.88 45 95.86 0.99023 6.5461105 44.987 617.01 50 123.40 0.99803 8.3017105 49.980 619.13 55 157.46 0.98567 1.0440104 54.975 612.23 60 199.26 0.98315 1.3023104 59.972 623.32 65 250.16 0.98040 1.6123104 64.972 625.38 70 311.69 0.97766 1.9817104 69.975 627.43 75 385.56 0.97420 2.4189104 74.982 629.45 80 473.67 0.97164 2.9333104 79.993 631.45 85 578.09 0.96844 3.5350104 85.009 633.42 90 701.13 0.96512 4.2350104 90.031 635.36 95 845.28 0.96166 5.0448104 95.058 637.27 100 1013.30 0.95812 5.9773104 100.092 639.15 110 1432.70 0.95067 8.2649104 110.183 642.81 120 1985.50 0.94284 1.1217103 120.311 646.31 130 2701.30 0.93456 1.4967103 130.483 649.64 140 3613.80 0.92587 1.9666103 140.705 652.78 150 4760.00 0.91678 3.5481103 150.986 655.72 160 6180.60 0.90726 3.2599103 161.334 658.43 170 7920.20 0.89730 4.1228103 171.758 660.90 180 10026.0 0.88690 5.1599103 182.267 663.10 190 12552.0 0.87604 6.3973103 192.872 665.01 200 15548.0 0.86409 7.8641103 203.585 666.60 在完整井中進行穩(wěn)定流抽水試驗，熱儲的裂隙率和流體的流量有式（8-1-5）關系： （8-1-5）式中：裂隙率； B液體的容積系數(shù)； 液體的粘度，CP（1CP=1mPas）； H熱儲層的有效厚度，m； R試驗井的影響半徑，m； r試驗井的半徑，m； Kc產量指數(shù)； 577.9換算系數(shù)。 a.容積系數(shù)B是指液體在地下熱儲中的體積V地下與在地面體積V地上之比，即式（8-1-6）所示： （8-1-6）液體在儲層條件下的體積通常總大于它在地面脫氣后的體積，其B值大于1。容積系數(shù)也可用熱儲條件下液體的比容與地面條件下的比容的比值來表示。圖2表示壓力與熱儲中流體的容積系數(shù)之間的關系數(shù)曲線。 圖2 容積系數(shù)與壓力關系圖 b.液體的粘度和液體的溫度有關，溫度愈高粘度越小，粘度變化會導致流速的成倍變化（表6）。表8-1-5 水溫和粘度關系 水溫， 0 20 40 60 80 100 粘度，cP（mPas） 1.792 1.005 0.656 0.469 0.357 0.234 c.產量指數(shù)Kc由式（8-1-7）表示： （8-1-7） 式中：Q流量，m3d； 動水位和靜水位的壓力差值，用大氣壓表示，bar（101325Pa）。 （3）熱儲面積的確定 圈定熱儲面積一般多采用綜合分析方法，即利用地質（包括鉆井地質）、地球物理和地球化學資料進行綜合分析。地球物理方法包括測溫、紅外線、重力、磁法、地震、電法等，測溫、紅外線、視電阻率法等大致能反映出熱田面積的大小。重力、磁法、地震是間接方法，利用它們在查明地質條件的基礎上，配合測溫、鉆井等資料進行綜合分析，往往能得到比較好的效果。此外，利用磁法資料計算居里點，了解深部高溫熱儲的分布往往也能得到較好的結果。在地熱顯示區(qū)域熱儲淺埋區(qū)，利用熱流體的標性化學成分，如汞、砷、氯、二氧化硅以及水熱蝕變帶等作為圈定熱儲面積的依據(jù)。 a.根據(jù)淺層地溫梯度圈定熱儲面積 在熱儲埋藏很淺（幾米至幾十米）的熱異常區(qū)，以及有特殊熱源的熱異常區(qū)，一般進行淺部測溫。從這種深度得到的地溫（t）包括三種因素，由式（8-1-8）所示： t=tatntp （8-1-8）式中：ta由特殊熱源引起的地溫，； tn正常地溫，； tp因氣溫的日變化、年變化而引起地溫發(fā)生周期性變化，。 其中ta及tn是穩(wěn)定的，tp隨時間變化而發(fā)生周期性變化，同時在一定的深度也發(fā)生變化。氣溫的日變化大致影響到地下0.5m，年變化的影響深度大致為1020m。為消除tp的影響。應通過觀測求出地溫變化的年平均值來消除周期性變化。此外由于地形、植被、朝陽或背陰等因素的影響，測定的誤差達23。因此，在進行淺部地溫梯度計算時應進行校正。例如，欲求0.75m深處的地溫梯度，則設1m深的地溫為t1，0.5m深的地溫為t0.5，0.75m的地溫梯度th0.75由式（8-1-9）表示： （8-1-9）通過地溫梯度圖圈出熱異常范圍并根據(jù)地質情況，把有可能獲得經濟效益的地溫梯度下限作為計算熱儲面積的邊界。 b.利用深層地溫梯度圈定熱儲面積 深層測溫工作多在隱伏地熱區(qū)特別是沉積盆地型地熱資源地區(qū)進行。所計算的地溫梯度必須是恒溫層以下的。一般基底以上的蓋層的地溫梯度能較準確地反映熱儲的分布情況。如果用地溫梯度圈定熱儲邊界時，應以在1000m以淺地溫不得小于40時的地溫梯度（th）為下限，即式（8-1-10）所示： （8-1-10） 式中：恒溫層溫度或年平均氣溫，； h恒溫層深度，m。 恒溫層溫度和年平均氣溫變化因地而異，在確定地溫梯度的下限值時，應根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況考慮。 （4）熱儲厚度的確定 a.鉆探法 除少數(shù)鉆孔為取參數(shù)需全部取心外，多采用鉆探錄井和地球物理測井確定熱儲厚度。 鉆探錄井包括鉆時錄井、巖心錄井和巖屑錄井等。 地球物理測井配合錄井資料可以確定巖性、巖層厚度、熱流體流量、壓力及孔隙度等。在確定孔隙熱儲厚度時，利用自然電位及頂（底）部梯度曲線進行劃分如能利用微電極測井資料確定熱儲厚度，其效果更好。對于裂隙熱儲厚度的劃分可采用電阻率、自然伽瑪、中子伽瑪、聲波和井徑等。 b.綜合分析法 當資料不充分或鉆孔（井）不足控制熱儲的情況下，利用已有的地質、物探及地球化學資料進行綜合分析來確定熱儲厚度。 對于有溫泉出露的熱顯示且有基巖出露的地區(qū)，如果熱儲屬于沉積巖類（碳酸鹽巖、砂巖等），可以根據(jù)地層、巖性、地質構造、地溫和鉆孔資料進行綜合分析確定。如果熱儲屬于花崗巖等火成巖，除了研究地質構造和地溫外，還需一定數(shù)量的鉆孔控制才能確定。 對于水熱活動比較強烈的地區(qū)，除了研究地質條件外，應利用電測探等物探資料進行綜合分析來確定熱儲厚度。 對于沉積盆地型地熱田，如果熱儲屬孔隙型，可以利用鉆孔資料算出砂厚比，即熱儲厚度和相應的地層厚度的百分比，然后通過地震資料得到的地層厚度進行計算即可。 （5）熱儲溫度的確定 a.直接測量法 當有鉆孔（井）揭露或穿透熱儲時，可用熱敏電阻等井溫儀進行測量。計算時采用頂、底板溫度的平均值。 b.地溫梯度推算法 當工作區(qū)內揭露熱儲的井（孔）很少或僅有淺層地溫資料時，應根據(jù)地質情況，利用熱儲上部的地溫梯度按式（8-1-11）推算熱儲溫度： （8-1-11） 式中：t熱儲溫度，； d熱儲埋藏深度，m； h常溫層埋藏深度，m； 地溫梯度，m； t0常溫層溫度或當?shù)啬昶骄鶜鉁?，?c.地球化學溫標計算法（見附表H） （6）滲透系數(shù)與滲透率 水文地質學把巖石本身可以通過流體的能力稱為滲透系數(shù)（用K表示）。地熱、石油等則稱為滲透率（用Kd表示）。水文地質學是以常溫水為研究對象，其物理性質（容重、粘度）變化很小，可以忽略不計。而對地熱水等流體則不可忽視。 根據(jù)達西定律，通過多孔介質的流量Q與滲透系數(shù)K、水頭損失h、以及垂直于流向的斷面積A成正比，與水流經的長度l成反比，即式（8-1-12）所示： （8-1-12） 滲透率的物理意義是流體在孔隙介質中滲透時，當量的孔道截面積大小。通常把通過滲透面積A為1cm2、長度l為1cm的巖樣，壓差P為1atm（101325Pa），液體粘度為1cP（1mPas），流量Q為1cm2s的滲透能力作為多孔介質的滲透率，即式（8-1-13）所示： （8-1-13） 滲透率的單位為cm3，稱為達西。在實際應用中，多采用毫達西，即千分之一達西。 滲透系數(shù)的量綱為（長度時間），滲透率的量綱為（長度）2。兩者的關系為式（8-1-14）所示： （8-1-14） 式中：液體密度； g重力加速度； 液體的粘度。 粘度和密度可以通過查表得出，由此可以算出Kd或K（表8-1-6）。 表8-1-6 不同水溫情況下滲透率為1達西時與滲透系數(shù)換算表 水溫 10 20 30 40 50 60 70 80 90 滲透系數(shù)K md 0.64 0.79 1.01 1.22 1.50 1.79 2.04 2.46 2.69 滲透率可以通過試驗室試驗及抽水試驗取得。 （二）自然放熱量推算法 在天然狀態(tài)下，地球內部的熱通過熱傳導、對流并以溫泉、噴氣孔等形式釋放的熱量稱為自然放熱量。用從地表測量獲得的放熱量來推算地下儲藏的熱量，是假定地下熱量與自然放熱量有成正比的倍數(shù)關系，一般從幾倍到一千倍。這種方法比較粗略，但在進行地熱資源規(guī)劃時，仍不失為一種較好的方法。本標準規(guī)定用十倍。 1.計算 自然放熱量推算法的地熱資源量按式（8-1-15）計算： Qz=QdQkQhQgQp（8-1-15） 式中：Qz計算區(qū)的總放熱量； Qd從熱傳導求出的放熱量； Qk從噴氣孔求出的放熱量； Qh從河流求出的放熱量（應扣除溫泉水流入河中的流量）； Qg從溫泉求出的放熱量； Qp從冒氣地面求出的放熱量。 該式的量綱為kcals。式（16）比較完善地表達了一個地熱區(qū)所要測量的內容，但一個地熱區(qū)不一定都具有式（16）所表達的內容，因此應有幾項就測量幾項。 2.放熱量調查 放熱量調查的內容和方法比較多，如對溫泉、溫泉河、熱水塘、冒氣地面和噴氣孔等有不同的測量方法。此外，可以通過測溫和巖石的熱導率計算熱流量；利用紅外線溫度測量地表溫度計算熱異常區(qū)的放熱量；利用降雪測定放熱量等。關于常見的溫泉和河流的放熱量調查方法如下： （1）溫泉放熱量調查 溫泉放熱量按式（8-1-16）計算： （8-1-16） 式中：Q溫泉的放熱量，kcals； qv溫泉的流量，Ls； c溫泉水的比熱，kcalkg； 溫泉水的密度，kgL； t1溫泉水的溫度， t0非熱異常區(qū)恒溫層溫度，。 因為c1，所以有式（8-1-17）： （8-1-17） 測定溫泉流量的方法有容積法、流速法和噴出高度法。當溫泉從垂直地面的管口流出（圖8-1-1）時，用噴出高度法按式（8-1-18）計算流量： 圖8-1-1 根據(jù)垂直噴出高度求流量示意圖 （8-1-18） 式中：qv溫泉流量，1s； C系數(shù)，0.8或0.9； D管子內徑，cm； H泉水噴出高度，cm； 0.0423換算系數(shù)。 （2）河流放熱量調查 當溫泉從河底涌出，不能直接測放熱量時，可在溫泉出露點的上游和下游布置測線，分別測出河流上、下游的流量與水溫，二者的放熱量差就是溫泉的放熱量。按式（8-1-19）計算： （8-1-19） 式中：Q河流放熱量，kcals； p1、p2、p0上、下游及附近恒溫層水的密度，kgL； c1、c2、c0上、下游及附近恒溫層水的比熱，kcalkg； qv1、qv2上、下游水流量，Ls； t1、t2上、下游水溫，； t0附近恒溫層水溫。 一般說來pici1，則有式（8-1-20）： （8-1-20） （三）水熱均衡法 這一方法主要通過一匯水區(qū)（熱水盆地或山間盆地）內的水、熱均衡計算，能夠了解地下深部水，熱儲存量和匯水區(qū)外水熱補給情況。這種方法對山區(qū)裂隙水、山間盆地比較適用。 1.水均衡法 在一個匯水區(qū)內，水的收入量有： 降水量qvs； 深部的熱水量及地下水補給量qvr。 匯水區(qū)的水支出量有： 溫泉水量 qvq； 河水流出量 qvh； 實際蒸發(fā)量 qvz。 有式（8-1-21）的關系： 即 （8-1-21） 上式各項的量綱均為m3a。 2.熱均衡法 匯水區(qū)內的熱收入量有： 陽光照射量 Qy； 大地熱流量 Qd； 熱異常區(qū)熱儲存量 Qr。 匯水區(qū)內的熱支出量有： 向大氣散發(fā)的熱量 Qf； 溫泉等熱顯示點的放熱量 Qq。有式（8-1-22）的關系： 即 （8-1-22） 上式各項的量綱均為kcala。 水熱均衡法是建立在長期動態(tài)觀測的基礎上的。特別是在山區(qū)，熱儲厚度、分布以及有關參數(shù)都不清楚的情況下都可以使用。 （四）其他方法 1.類比法 類比法又稱比擬法。即利用已知地熱田的地熱資源量，去推算地熱地質條件相似的地熱田的地熱資源量。 2.水文地質學計算法 水文地質計算法如靜儲量、動儲量、彈性儲量等都可用來進行地熱資源評價，但其計算結果應換算成熱量。該方法未考慮熱儲巖石的熱量，計算結果顯著偏小。五、地熱資源梯級綜合利用（一）地熱資源梯級利用溫度分級基本原則1.根據(jù)主要熱儲代表性溫度可以將地熱資源梯級利用劃分成I、II、III、IV、V五個利用級別。2.在開發(fā)利用時，應從I級至V級逐級進行考慮。3.對于醫(yī)療、工業(yè)提煉、礦泉飲用、農灌和養(yǎng)殖等用途,應考慮地熱流體質量。4.上一級利用的出口溫度即為下一級利用的入口溫度。（二）地熱資源梯級利用溫度分級I級：主要用于發(fā)電、烘干等工業(yè)利用和采暖，流體溫度大于150。II級：主要用于烘干、發(fā)電等和采暖，溫度在90150。III級：主要用于采暖、醫(yī)療、洗浴、和溫室種植，溫度在6090。IV級：主要用于醫(yī)療、休閑洗浴、采暖、溫室種植和養(yǎng)殖，溫度在4060。V級：主要為洗浴、溫室種植、養(yǎng)殖、農灌和采用熱泵技術的制冷供熱，溫度在2540（三）流體按質量分類綜合利用1.在流體質量方面，醫(yī)療熱礦水的命名和分類水質標準見附錄1。2.用于工業(yè)提煉的一些熱礦水礦物原料工業(yè)指標見附錄2，有的還可生產食鹽、芒硝等。3.對達到工業(yè)利用可提取有用元素最低含量標準的，可參照礦產工業(yè)要求參考手冊予以評價。4.礦泉飲用水水質應符合飲用天然礦泉水標準（GB 8537-1995）。5.用于農業(yè)灌溉和養(yǎng)殖用途的應分別符合農田灌溉水質標準（GB 5084-1995）和漁業(yè)水質標準（TJ 35-2005）的要求，或符合地下水質量標準（GB/T 14848-1993）或地表水環(huán)境質量標準（GB 3838-2002）的要求。6.多數(shù)用途還應評價地熱流體的腐蝕性和結垢性。采用熱泵技術的制冷供熱還應按“淺層地溫能勘查開發(fā)技術規(guī)程”的水質要求進行評價。26第二節(jié) 淺層地熱資源調查淺層地熱能是指地表以下一定深度范圍內（一般為恒溫帶至200m的埋深），溫度低于25，在當前技術經濟條件下，具備開發(fā)利用價值的地熱能，淺層地熱能是地熱資源的一部分，是賦存在地球表層巖土體中的低溫地熱資源。它分布廣泛、資源豐富、溫度穩(wěn)定，是一種很好的替代能源和清潔能源。淺層地熱能勘查分為：區(qū)域淺層地熱能調查和地源熱泵工程淺層地熱能評價兩類。一、區(qū)域淺層地熱資源調查（一）淺層地熱資源調查內容區(qū)域淺層呢各地熱資源調查的目的是查明其數(shù)量、質量以及分布規(guī)律，進行開發(fā)利用區(qū)劃，為淺層地熱能可持續(xù)利用提供依據(jù)。區(qū)域淺層地熱資源調查要求基本查明以下內容：（1）區(qū)域地熱地質、水文地質、工程地質條件。（2）含水層結構、厚度、埋藏條件、地下水水位分布、水量、水質情況及其動態(tài)變化等（3）地溫分布、水溫分布及其動態(tài)，確定恒溫帶的溫度和深度、大地熱流值，并在凍土地區(qū)，確定凍土層厚度。（4）巖土體的熱導率、比熱等熱物理參數(shù)（5）包氣帶巖土體結構、巖土體的孔隙率（裂隙率）、含水量、密度、等物理力學參數(shù)。（6）未進行回灌試驗的空白地區(qū)，應選擇代表性地段進行回灌試驗，初步評價含水層的回灌能力并求取滲透系數(shù)。（7）淺層地熱能的熱來源和熱成因機制，地下水水熱的補給、運移、排泄條件，包氣帶地熱能的補給、運移和排泄條件。（二）區(qū)域淺層地熱資源調查方法1.地溫調查與試驗（1）地溫調查采用槽探、坑探或鉆探等手段進行，應邊施工，邊測量地溫，并按相關標準布點進行巖土體描述和取樣測試，應同時測試巖土體的熱物理參數(shù)。在巖土體取樣位置必須測量地溫，其它位置可視情況加密測點，使測量間距大致均勻。（2）地溫試驗點應選擇原有的包氣帶水分運移試驗場，地溫監(jiān)測頻率應與土壤含水量、土壤水勢、氣溫等項目的一致。巖性及結構在區(qū)域上應具代表性和完備性。并堅持長期監(jiān)測。（3）如果沒有合適的包氣帶水分運移試驗場，則應選擇若干代表性地段建立簡易的地溫試驗點。試驗項目應包括地溫、土壤含水量、土壤水勢和氣溫等，監(jiān)測時間應在一個水文年以上。2.回灌試驗（1）回灌試驗應準確測定回灌井的回灌量、壓力（水位）隨時間的變化、回灌影響范圍及影響區(qū)內地下水溫度、壓力（水位）和化學組分變化等，為確定合理回灌方案提供依據(jù)。（2）淺層地熱能的回灌應為同層回灌，回灌試驗分為單井回灌試驗、對井回灌試驗和群井生產性回灌試驗。一般宜采用單井回灌試驗，有條件的地區(qū)，也可進行對井回灌試驗?；毓鄷r間不少于4個月（不含恢復觀測時間）。（3）按回灌方式可分為真空回灌、自流回灌和加壓回灌三種類型。一般采用自流回灌方式進行。（4）回灌試驗應布設一定數(shù)量的觀測井，試驗前應實測回灌井和觀測井的地下水溫度、壓力（水位）及化學組份；試驗期間（包括回灌期間及恢復期間）應定期監(jiān)測其變化并分析這些變化與灌（采）量變化的關系，直至相對穩(wěn)定。3.原位熱傳導試驗（1）原位熱傳導試驗是指采用人工冷（熱）源對巖土體的熱傳導性能進行探測的一種試驗。（2）原位熱傳導試驗分為單孔熱傳導試驗和群孔熱傳導試驗。群孔熱傳導試驗一般由一個主孔和一個以上的觀測孔組成的。（3）原位熱傳導試驗應實測冷（熱）源和觀測孔的溫度、壓力（水位）或流量等變化，確定不同溫度不同壓力（或流量）的冷（熱）源的影響范圍及影響區(qū)內的溫度、壓力（水位）或流量的變化。（4）輸入的冷（熱）量應大到足以在觀測孔中觀測到溫度、壓力（水位）或流量等的變化，且試驗時間不少于30天或直至溫度、壓力（水位）變化相對穩(wěn)定。（5）探求冷（熱）源的溫度、冷（熱）量與影響范圍以及影響區(qū)內的溫度、壓力（水位）或流量變化的關系，并采用數(shù)值法或解析法計算熱導率或熱擴散率。推薦采用數(shù)值法再現(xiàn)原位熱傳導試驗過程。二、地源熱泵工程淺層地熱能勘查勘查的目的是為地源熱泵系統(tǒng)提供可靠的土壤熱源或地下水熱源。評價地源熱泵工程淺層地熱能必須以地質勘查評價為基礎，對于土壤源換熱系統(tǒng)需要掌握地熱承載力、地溫場特征、巖土體熱傳導系數(shù)等參數(shù)、地熱地質條件和淺層地熱資源。地熱水換熱系統(tǒng)需要有豐富的穩(wěn)定的地下水源作為保證，水文地質條件必須適合于回灌、水質未受污染的地區(qū)。三、淺層地熱資源評價（一）淺層地熱資源量評價1.熱流量法根據(jù)大地熱流計算淺層地熱能可利用量，適用于區(qū)域淺層地熱能資源評價。公式為： （8-3-1）式中：淺層地熱能可利用量，kW；淺層地熱能可利用系數(shù)；大地熱流值，mW/m2。計算面積，m2淺層地熱能可利用系數(shù)a為單位面積淺層地熱能可利用量與大地熱流值之比。該系數(shù)與當?shù)氐乃牡刭|和地熱地質條件有關，淺層地熱能可利用系數(shù)應根據(jù)經開采驗證的地源熱泵工程中實測的單位面積提取利用的熱流量與當?shù)貙崪y大地熱流值的比值取得，可用于地熱地質條件類似區(qū)域淺層地熱能可利用量的評價。計算得出的淺層地熱能可利用量是在采暖期的利用熱量，在一個水文年達到熱均衡的條件下，該熱量是可持續(xù)利用的。大地熱流值q應按照技術要求測定。2.熱儲法采用熱儲法計算評價地熱能儲存量。在包氣帶和含水層中，熱儲法計算地熱能儲存量的表達式分別如下：（1）在包氣帶中，其地熱能儲存量按下式