摘要: 科學勘查和評價地熱資源是合理規(guī)劃和開發(fā)地熱資源的基礎(chǔ)，沒有開展勘查和評價工作就投入開采的地熱田，必然會產(chǎn)生開采盲目和管理混亂的問題。本文就作者實際工作的感受，淺談地熱資源的勘查、計算和評價，與同行討論,希望以此有利于我國地熱資源勘查和評價方法的統(tǒng)一和提高。

　　關(guān)鍵詞：地熱資源、勘查、計算、評價

　　科學勘查和評價地熱資源是合理規(guī)劃和開發(fā)地熱資源的基礎(chǔ)，沒有開展勘查和評價工作就投入開采的地熱田，必然會產(chǎn)生開采盲目和管理混亂的問題。我國較大規(guī)模的開展地熱資源的勘查和開發(fā)，始于20世紀70年代。早期的地熱勘查工作基本經(jīng)歷了普查、詳查、勘探、開發(fā)和商業(yè)開發(fā)五個階段，走了一條較科學的發(fā)展道路（如天津、北京的部分地區(qū)）。為全國地熱資源的勘查評價工作樹立了良好的榜樣。近十幾年來隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，地熱資源的開發(fā)利用迅速形成高潮。許多地區(qū)只開展了地熱普查工作之后，便進入了商業(yè)開發(fā)階段，有的地區(qū)甚至沒有進行任何正規(guī)的地熱勘查工作，就直接進入商業(yè)開發(fā)階段，經(jīng)過一段開發(fā)后，出現(xiàn)許多開發(fā)和管理上的問題，這時會回過頭再進行普查或詳查工作，核實地熱資源量，制定地熱資源開發(fā)利用規(guī)劃。這種地熱勘查，雖起步過晚，但可以充分利用商業(yè)開發(fā)資料，降低地熱勘查投資。以上兩種地熱勘查階段的模式，各有利弊，也是社會發(fā)展的必然產(chǎn)物。近年來國內(nèi)地熱資源勘查和評價方法也各不相同。筆者就自己實際工作的感受，淺談地熱資源的勘查、計算和評價，與同行討論，希望有利地熱資源勘查和評價方法的統(tǒng)一和提高。

　　1 地熱資源的勘查方法

　　1.1 區(qū)域地質(zhì)資料的搜集和分析

　　地熱資源的埋藏分布大多與區(qū)域構(gòu)造斷裂，基底埋藏分布，深部地層巖性等密切相關(guān)，廣泛搜集區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料及已有石油，煤炭的勘查資料，是開展地熱勘查的*工作，進而確定地熱勘查區(qū)所處地質(zhì)構(gòu)造部位，基底埋藏特征、地層巖性特征、地熱水儲存和運移特征等，為地熱勘查提供基礎(chǔ)地質(zhì)條件。

　　1.2 航衛(wèi)片解譯

　　航衛(wèi)片的解譯可以判斷地熱勘查區(qū)地質(zhì)構(gòu)造基本輪廊及隱伏構(gòu)造；可以顯示泉群和地熱溢出帶位置，地面水熱蝕變帶的分布，熱紅外解譯可判斷地表異常分布等。在勘查面積較大，已有地質(zhì)資料較少地區(qū)，該方法可提供較多的地熱地質(zhì)信息。

　　1.3 地熱地質(zhì)調(diào)查

　　應(yīng)在已有的區(qū)域地質(zhì)資料和航衛(wèi)片解譯資料基礎(chǔ)上進行，實地驗證航衛(wèi)片解譯的重點問題，尋找地質(zhì)露頭，觀察地熱田的地層及巖性特征，地質(zhì)構(gòu)造、巖漿活動與新構(gòu)造運動情況，分析地熱勘查區(qū)地熱形成的地質(zhì)構(gòu)造背景。  調(diào)查勘查區(qū)地表熱異常分布特征及與構(gòu)造的關(guān)系。

　　調(diào)查勘查區(qū)溫泉出露及分布特征、泉水溫度及流量變化特征及開發(fā)利用歷史，調(diào)查勘查區(qū)內(nèi)已有地熱井水溫、水量、開采層段及地層巖性特征，地熱水開發(fā)利用及動態(tài)變化特征。 對不同精度和工作目的的地熱地質(zhì)調(diào)查，其工作內(nèi)容可以有所側(cè)重。

　　1.4 地球化學調(diào)查

　　對土壤中砷、汞、銻的探測，可以幫助判定深部隱伏斷裂的展布情況。地熱井巖芯中水熱蝕變礦物鑒定分析可以推斷地熱活動特征及其演化歷史。

　　對地熱水中氟、二氧化硅、硼等組份的測定，可以幫助確定地熱異常分布范圍。

　　測定代表性地熱水，常溫帶地下水、地表水、大氣降水中穩(wěn)定性同位素和放射性同位素，可以推斷地熱流體的成因與年齡。

　　1.5 地球物理勘查

　　采用地溫測量可以圈定地熱異常區(qū)，分析熱儲空間分布特征。

　　在較大的地熱勘查區(qū)可以采用重力法確定勘查區(qū)基底起伏及斷裂構(gòu)造的空間展布。利用磁法確定火山巖體的分布及蝕變帶位置。  可控源音頻大地電磁測深及氡氣測量等方法可以判定斷裂構(gòu)造展布特征及地層富水情況。

　　利用地震探測可以較準確的判定構(gòu)造斷裂展布特征及產(chǎn)狀，測試地層波速為熱儲層段劃分提供信息。

　　地球物理勘查工作是間接探測方法，信息解譯有多解性。開展工作時應(yīng)設(shè)計出合理的方法組合，盡量用較小的投入獲取較多的地熱地質(zhì)信息，以便去粗取精，去偽存真，例如：應(yīng)先在較大范圍內(nèi)采用氡氣測量，初步圈定構(gòu)造斷裂的大概位置，再有針對性的布置部分人工地震探測剖面，以便較準確判定斷裂展布、產(chǎn)狀和地層結(jié)構(gòu)，后選擇布井有利部位，開展少量音頻大地電磁測深點判定富水情況。

　　1.6 地熱鉆探

　　地熱鉆探是地熱勘查中直觀、準確有效的方法，但因投資較大，工作量受到限制，因此地熱鉆孔施工前要綜合分析所有相關(guān)資料，精心編制地熱鉆孔地質(zhì)工作設(shè)計和鉆探施工設(shè)計，鉆探過程中應(yīng)盡量開展各種樣品采集和各種測試、試驗工作，獲取多的地熱地質(zhì)信息。

　　(1) 開展巖屑錄井及鉆時錄井，觀察沖洗液溫度變化及漏失變化，詳細記錄鉆井過程中的漏水，井噴、涌沙、逸氣、掉塊、塌孔、縮徑等現(xiàn)象及出現(xiàn)時的井深和層位，進而分析熱儲特征及地熱水賦存部位。

　　(2) 在熱儲層段采集代表性巖芯，觀察巖性特征，判定巖石名稱、測試其孔隙度、密度及滲透率、比熱、熱導率等量并與測井資料比較。還可做部分放射性含量、古地磁同位素年齡測試、判定地熱田地質(zhì)歷史及區(qū)域熱異常背景。

　　(3) 開展綜合物探測井，著重解決熱儲層段劃分及主要含水層段位置，獲取不同層位的孔隙率，滲透率、含水率、巖石密度等數(shù)據(jù)，獲取井內(nèi)地溫變化曲線，井溫測量應(yīng)在停鉆24小時以后，并應(yīng)測兩條溫度曲線，兩條測溫曲線溫差應(yīng)在允許范圍。

　　(4) 按穩(wěn)定流及非穩(wěn)定要求進行抽、放水試驗，觀察水溫、水量、水位變化特征，為地熱水資源評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　(5) 采集地熱水樣品，有氣體逸出，及中高溫地熱水應(yīng)采集氣樣。水樣應(yīng)進行全分析，穩(wěn)定性同位素、放射性同位素及醫(yī)療熱礦水的微量元素分析，氣體分析應(yīng)盡量做H2S、CO2、O2、CO、NH4、CH4、He、Ar等。

　　(6) 地熱井的鉆進技術(shù)和成井工藝，包括沖洗液技術(shù)、測井要求、井斜、終孔口徑、泵室段的確定均應(yīng)滿足勘探鉆孔的目的要求。 1.7 動態(tài)監(jiān)測  動態(tài)監(jiān)測應(yīng)貫穿地熱資源勘查開采的全過程，擬投入勘查開發(fā)的地熱田應(yīng)對每一個勘探孔及地熱開采井均進行水位、水量、水溫、水質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測，以便掌握地熱資源的天然動態(tài)與開采動態(tài)。對已開發(fā)的地熱田一定保持動態(tài)監(jiān)測的連續(xù)性和合理性，以便為地熱資源計算與評價、地熱田管理與地熱田開發(fā)有關(guān)的環(huán)境地質(zhì)問題提供實際資料。

　　2 我國地熱資源勘查特征及存在問題

　　2.1 區(qū)域地熱地質(zhì)背景資料豐富

　　地熱資源勘查的首要問題便是解決地熱田所在的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景。建國以來，地礦系統(tǒng)、石油系統(tǒng)、煤炭系統(tǒng)等單位均開展過不同精度、不同目的的地質(zhì)勘查工作，這些工作成果資料的二次開發(fā)利用基本可滿足地熱資源勘查地質(zhì)背景資料的需要，大大減少了初期地熱資源勘查的投資。

　　2.2 商業(yè)開發(fā)熱潮促進地熱資源勘查

　　地熱資源開發(fā)利用上的特點和優(yōu)勢，使其商業(yè)開發(fā)熱潮迅速發(fā)展，并遠遠超過了我國目前的地熱資源勘查速度，商業(yè)開發(fā)所積累的地熱地質(zhì)資料和發(fā)現(xiàn)的問題，在一定程度上補充了地熱資源勘查的不足，促進了地熱資源勘查速度，減少了地熱資源勘查的投入。

　　2.3 探采結(jié)合為地熱勘查的主要模式

　　目前我國的地熱勘查均為探采結(jié)合的模式，減少了勘查資金投入，有利于勘查工作落實。但已無法按正規(guī)的普查、詳查、勘探、開發(fā)的模式進行勘查工作，各地應(yīng)因地置宜，根據(jù)當?shù)亻_發(fā)利用現(xiàn)狀及已掌握地熱地質(zhì)資料的實際情況，設(shè)定勘查階段進行相應(yīng)程度地熱資源計算和評價工作。

　　2.4 勘查工作滯后對地熱開發(fā)的不良影響

　　我國大部份地熱開發(fā)區(qū)沒有或很少開展正規(guī)的地熱勘查工作，商業(yè)開發(fā)的地熱井首先要滿足其商業(yè)目的，可獲取的地熱地質(zhì)資料受到很大的限制。因此，*使用商業(yè)開發(fā)的地熱資料，往往會影響地熱勘查精度，影響對地熱勘查區(qū)地熱資源的認識和評價，使地熱資源的開發(fā)存在一定的盲目性，使地熱資源開發(fā)的管理出現(xiàn)混亂。

　　2.5 已有的勘查規(guī)范需補充和修改

　　1989年發(fā)布的《地熱資源勘察規(guī)范》在推動地熱勘查工作上起了重要作用。但近十幾年來，不論是對地熱資源的認識還是勘查技術(shù)方法、鉆探技術(shù)方法都有較大變化，比如熱泵技術(shù)已大大降低了水中可提取熱能的溫度，鉆探技術(shù)的提高使大于2000m的深井鉆探很容易完成等，故修改和完善地熱勘查規(guī)范十分必要。

　　3 地熱資源計算方法

　　前地礦部1985年曾發(fā)布了《地熱資源評價方法》（DC40—85），早期較正規(guī)的地熱資源勘查項目基本執(zhí)行了“DZ40—85”規(guī)定的方法，采用熱儲法計算地下熱能，按回采率計算可采資源量，地熱水資源量的確定，主要借用淺部地下水穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流計算方法，計算結(jié)果往往同實際出入較大。近些年來各地根據(jù)自己的實際情況選用了不同的地熱資源計算方法，但均包括地熱能的計算和地熱水的計算，兩者的資源量又都包括儲存資源量和可采資源量。

　　3.1 地熱能資源量計算

　　3.1.1 地熱能儲存量的計算

　　按前地礦部發(fā)布的“DZ40—85”規(guī)范中規(guī)定地熱能儲存量計算采用熱儲法，計算公式：

　　Qr=C A d(tr-to)

　　C=ρrCr(1-φ)ρwCwφ

　　該公式考慮了熱儲層中巖石儲存的熱能，也考慮了地熱水中儲存的熱能，理論上該公式是合理可行的，關(guān)鍵是獲取較準確的計算參數(shù)。

　　式中：

　　d——熱儲層厚度，應(yīng)利用鉆孔直接資料，考慮地熱田內(nèi)熱儲厚度變化特征取平均值或分區(qū)給出。

　　φ——巖石孔隙率，應(yīng)綜合考慮物探鉆井的實測數(shù)據(jù)及巖芯實驗室的測試數(shù)據(jù)。

　　tr——熱儲平均溫度，應(yīng)盡量選用井溫測量的實測數(shù)據(jù)。

　　to——基準溫度，應(yīng)選用熱泵技術(shù)可達到的低溫度。

　　ρrCr——巖石的密度和比熱，應(yīng)綜合考慮物探測井和巖樣實驗室測試結(jié)果。

　　ρwCw——為水的密度和比熱。

　　只要參數(shù)給出合理，其計算結(jié)果應(yīng)該可信，并具有較強的區(qū)域可比性。

　　3.1.2 地熱能可采資源量的計算

　　地熱能可采資源量受控的因素很多，如熱儲類型、熱儲埋深、熱儲壓力、熱儲巖性特征等，受控因素不同，地熱可采資源量就會不同。地熱資源開發(fā)利用技術(shù)的提高也可改變地熱可采資源量。如提水設(shè)備能力的提高、換熱能力的提高，都可增大地熱資源可采量，而地熱資源開發(fā)利用可能產(chǎn)生的環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害問題有可能在一定程度控制地熱能的可采資源量?？梢姷責峥刹少Y源量是一個受控因素很多、可變程度較大的量，不應(yīng)規(guī)定一個統(tǒng)一和固定的參數(shù)計算，地熱可采資源量應(yīng)因地而異，因時而異。各地熱田據(jù)不同的地熱地質(zhì)條件，不同開發(fā)利用目的，開發(fā)利用技術(shù)水平及開采后可能帶來的環(huán)境地質(zhì)問題和災(zāi)害地質(zhì)問題來確定可采資源量。尤其重要的是當?shù)氐責崴辉试S的大下降幅度和回灌工程能實現(xiàn)的大回灌量，是地熱可采資源量計算的主要依據(jù)。

　　3.2 地熱水資源計算

　　地熱資源的埋藏通常較深，均需通過一定的流體，把熱能從地下帶上來，地下水是地熱能好的載體，因此，在計算地熱資源時必須計算地熱水的資源量。地熱水與淺部地下水有著相似的儲存特征和水動力特征，因此可借鑒地下水資源計算方法來計算地熱水資源。

　　3.2.1.地熱水儲存量的計算

　　建議采用靜儲量法，計算公式

　　Q總=M·A·φ+μ·△h·A

　　該公式考慮了熱儲層段內(nèi)地熱水的體積存儲量和彈性存儲量，該公式中地熱田面積A，熱儲層厚度M和孔隙度可按鉆探、測井、實驗室測試資料獲取，△h為熱儲層頂板算起的水頭高度，μ為彈性釋水系數(shù)，其計算公式為：

　　μ=ρwφCM

　　式中:

　　C——熱儲層中含水巖組總壓縮系數(shù)（1/Pa）

　　該計算方法理論上是合理的，同時應(yīng)有較強的區(qū)域可比性，公式中的彈性釋水系數(shù)應(yīng)該與熱儲層中各含水段的可壓縮性能有關(guān)，不同含水巖組承受壓力降低時能釋放出的水量也是不同的。深部地下熱水承受的壓力要比淺部地下水大的多，其彈性釋放量也應(yīng)較淺部地下水大。該參數(shù)的獲取方法及其較全面的物理含意有待進一步研究探索。

　　3.2.2 地熱水可采資源量計算

　　地熱水可采資源量與地熱能可采量一樣，是一個受控因素很高，可變性極大的量，同時也是地熱資源計算中非常重要的量。因為它是可利用地熱能的載體，目前可采用傳統(tǒng)的的地下水資源計算方法。

　　(1) 解析解法

　　首先將地熱田內(nèi)熱儲層段進行概化，使其基本符合該地下水非穩(wěn)定流計算的要求。一般采用泰斯公式，給出開采量和開采時間，計算地熱田內(nèi)水位下降情況，控制合理水位降時的水量和時間便為地熱田內(nèi)熱水可采資源量和可采年限。

　　(2) 補給量計算法

　　首先將地熱田內(nèi)熱儲層概化，使其基本符合穩(wěn)定流計算要求，然后計算地熱田內(nèi)水位下降到一定程度可獲得的逕流補給量，將其視為地熱水可采資源量，采用達西公式計算。該方法應(yīng)基本掌握地熱水補排方向，可設(shè)立合理的逕流補給斷面。

　　(3) 類比法

　　與地熱地質(zhì)條件相似的已采地熱田進行比擬，選取適當?shù)谋壤禂?shù)，估算計算區(qū)地熱水可采資源量。

　　(4) 動態(tài)分析法

　　利用已有的動態(tài)觀測資料，分析地熱開采區(qū)內(nèi)，地熱水開采量與水位下降的關(guān)系，概略確定每下降1米的熱水可采量，進而推測大可能降深時的地熱水可采資源量及可采年限，以此做為地熱田地熱資源評價的依據(jù)。該方法適用于已開發(fā)利用的地熱田。該結(jié)果通常比較接近實際。

　　(5) 數(shù)值解法

　　在有動態(tài)監(jiān)測資料的地熱田，可據(jù)各自不同的地熱地質(zhì)條件選擇合適的數(shù)學模型，較準確的計算和評價其地熱資源，可據(jù)地熱田對開采量的需要和變化，隨時預(yù)測其水位變化趨勢，進而為地熱田的科學管理提供依據(jù)。

　　3.2.3 地熱資源評價

　　地熱資源的評價應(yīng)突出地熱田可持續(xù)發(fā)展能力和地熱田開發(fā)利用與周邊相應(yīng)環(huán)境問題的關(guān)系。 通過地熱田開采動態(tài)分析可見，地熱資源的儲存量很大，但可采資源量很少。在評價地熱資源可持續(xù)發(fā)展能力時應(yīng)充分考慮到儲存量和可采資源量的轉(zhuǎn)化關(guān)系。如能實現(xiàn)地熱井的回灌工程，則會大大提高地熱能的可采能力，擴大可采資源量，逐步使地熱田走上可持續(xù)發(fā)展道路。 地熱資源是清潔能源，但在開發(fā)利用過程中也會發(fā)生相應(yīng)的環(huán)境地質(zhì)和災(zāi)害地質(zhì)問題，如地熱水中部分有毒元素的不合理排放是否會對環(huán)境造成直接或間接的物理或化學的危害，大量提取地下熱能，大量抽取地下熱水是否能誘發(fā)地震，是否會引起地面沉降及地裂縫等，在地熱資源評價中均應(yīng)引起重視。

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