干热岩勘探过程中地球物理方法技术应用探讨

干热岩勘探过程中地球物理方法技术应用探讨

朱丹

四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队

四川省成都市 610213

摘要：随着浅部地热资源的日益减少，地热资源的开发正朝着深部方向转变，利用与开发干热岩地热资源正受到世界范围内的广泛关注，我国干热岩资源勘查开发及其技术发展仍处于初级阶段，并未形成系统的勘探开发方法，从我国干热岩勘查开发现状来看，如何经济有效地选取干热岩靶区及确定工程场地是干热岩开发成败的关键一步，在这个过程中，地球物理方法起到了重要作用。

关键词：干热岩；勘探地球物理；方法

随着化石能源危机、环境污染以及我国双碳计划的逐步实施，干热岩作为重要的新型可再生清洁能源将对未来的能源革命和工业革命起到关键作用。干热岩储层是流体含量少、埋深为 3-8km、温度为 200-350℃、与活动性半固态、固态流变构造相关的岩石。干热岩储层的形成机理与分布规律，地热井开发过程中对注水压裂造成的地下热结构变化，生产阶段的动态监测与后续的远景评估等方面急需加强研究。

一、干热岩的基本特征

根据地热能赋存状态和温度，可以将地热能分为: 浅层地热资源、水热型地热资源及增强型地热资源( EGS) ，干热岩地热资源即为增强型地热资源． 按照国际上流行的定义:干热岩是指埋深较浅、温度较高、有较高经济开发价值的热岩体，埋藏于距地表3～10 km 深处，岩体温度范围在150 ～650 ℃，主要是各种变质岩或结晶类岩体，较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗岩闪长岩等。干热岩资源储量极为丰富，比浅层地热资源要大得多，比天然气、石油、煤炭转化的热能总和还要大，在相对较浅的干热岩资源中，蕴藏的热能等同于100 亿库德( 即quad，1quad 相当于2400 万公吨，也就是2.4 × 1010 kg 石油的热量)，这些能量比所有的浅层地热资源评估能量的800 倍还多，是我国石油、天然气和煤炭总资源量的30 多倍。近年来，中国科学院对我国大陆3～ 10 km 深处的干热岩资源进行了评价，估计资源总量约为2.09 × 1025 J 的热量，相当于715 万亿t( 1 t= 1000 kg) 标准煤，根据国际标准开采2% 和2010 年全国能源消耗标准，这些能源可供中国使用4400 年，干热岩地热资源几乎是不竭的，相比于传统化石能源而言，石油、煤炭等资源形成的周期极长，是不可再生能源，干热岩地热储层中热量被部分利用后，地壳深部热源又源源不断地向干热岩补充热量，因此干热岩地热资源的利用不需要担心来源供应不足的问题。

二、干热岩地球物理探测方法技术

在特定的地质条件下，地下地层形成了干热岩资源，而干热岩自身的特点（高温、高压等）直接或间接地影响了储层自身及其附近地层的岩石物理学性质（如电阻率、磁化率、弹性波速等）。这就是我们能够利用地球物理探测方法来圈定干热岩储层的基础，干热岩资源的地球物理勘探与对相关区域的大地物理性质的测量相关。重点主要是对那些对温度和岩石的流体内容敏感的参数，或者对可能揭示了影响地热系统特性的结构的参数。这样做的目的是：圈定地热资源；勾勒出生产现场；定位传热构造；或评估地热系统的一般属性。在干热岩的地球物理勘探中，不同的地球物理方法对岩石的不同地球物理参数具有不同的敏感度，因此勘探效果是各不相同的，对水热型地热田勘查的分类原因和根据，是各种地球物理探测方法在地热不同探测阶段的作用。因此，我们参照这个标准，对干热岩地球物理勘查方法进行分类，分为以下类型方法：干热岩远景区圈定方法，这类方法主要作用是圈定干热岩的远景区域。其方法主要包括：遥感红外方法、大地热流测量、浅层测温等。构造探测方法，这类方法主要着眼于干热岩有利构造的探测，对于干热岩储层构造（包括盖层形态等）、导热构造等进行定位。主要包括：重力方法、磁法、地震方法、大地电磁等。干热岩岩体探测方法，对于干热岩岩体的探测，主要是区分与其电阻率与围岩的差异，从而进行圈定，这类方法又可成为电阻率探测方法。主要包括：大地电磁、可控源音频大地电磁等电磁探测方法。主要针对岩体的电阻率进行探测，确定其规模，埋深等地质信息。干热岩的开发监测方法，干热岩的开发监测是干热岩能可持续发展重要保证，地球物理方法在干热岩地热田的开发和后期的监测中，发挥了越来越重要的作用。方法包括：微震方法、井中地球物理方法、自然电场法方法。

三、探测干热岩的地球物理方法

干热岩形成条件与石油孕育条件有相似之处，干热岩的勘探可借鉴石油开发技术理论，可以从干热岩的“源”、“储”、“盖”三方面入手进行开发评价，干热岩靶区指标评价标准中热储岩性、覆盖层厚、居里面埋深等指标所占权重比较大，分别为0． 6、0． 7、0． 8，这些指标均可以通过物探方法技术探测出来，而干热岩开发在于对干热岩靶区的圈定以及盖层、热储层、基底等结构信息的精确获取。目前常用的干热岩物探方法技术主要包括: 地震勘探、遥感技术方法在干热岩勘探开发过程中起着不可忽视的作用，地球物理探测的目的是揭示干热岩勘探区浅部地壳结构和寻找壳内异常热源( 体) ，查明地下深大断裂( 导热通道或作为深部热源运移有利通道) ，热储层、覆盖层的赋存状态( 位置、埋深、规模等) ，判断热储层形成机制。

1、地震勘探技术。地震勘探技术有着探测深度大、探测精度和分辨率高等优点，能够较好地对岩性分界面进行精确刻画，不存在电阻率法“高阻屏蔽”等现象而影响深部结构的精细探查，为测区重、磁、电等数据的反演解释提供必要的约束条件． 在地热作用下，岩石弹性波速度会明显降低，这一特性在干热岩热储层圈定过程中起着巨大的作用． 同时，该方法能够精确推测断层性质、地层埋深等，在了解干热岩地热储层的成因机制方面有着极其重要的作用。探测干热岩过程中，由于干热岩埋藏较深，采用“大深井、大药量、多次覆盖”野外采集技术，利用地面地震层析成像技术和高分辨率地震反射剖面结合、反射与宽角反射探测技术联合，可以获取地下深部高分辨结构图像和物质组成信息，地震勘探方法技术中有一种名为天然地震流动台阵观测研究技术常俗称为宽频带地震方法，通过采集天然地震数据来研究阵列下方地壳和上地幔的结构，对深部构造有良好的反映，可用干热岩勘探中来。近年来微震方法得到较好发展，对干热岩系统开发过程产生的裂隙拓展过程反映敏感，能够定位出微小震源，起到较好的监测作用。然而地震勘探技术的野外施工对地形要求较高，在我国部分地形较为复杂地区受局限，盆地南部温泉一带地下15～40 km 处有一低速体，其与盆地南缘地下10 km 内的低速体相连，并延伸到盆地中心地下，判断为壳内熔融体干热岩热源成因。

2、遥感技术。遥感方法的数据采集装置与探测目标有一定的距离，在数据采集阶段，使用不同的采集探头获取不同波段的电磁波信息，然后对这些不同波段信息进行处理，从而得到有用的地质信息。在地热区，地表温度比背景值高，因此遥感红外摄影图像资料能够直接反映出地热赋存区域，从而圈定高温异常区，为探测圈定地热靶区盆地的遥感资料解译出的区域遥感热异常图像，红色点密集区域代表温度异常区，该异常区作为干热岩的远景靶区。

参考文献：

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