地热测量

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。

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。

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。

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。

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。

地热测量资料整理

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。

地热测量资料图示

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

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。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。2100433B

要说地热井必先了解什么是地热。

地热资源有着广泛的用途，它和矿物燃料的区别在于不用燃烧, 因其可输送性比较低,输送高温地热水的极限距离约100km, 天然蒸汽的输送距离大约只有10km, 故一般是使地热能就地转换为电能或直接利用。我国利用地热主要用于发电、工业烘干及制冷空调、供暖、医疗洗浴、温室、养殖、农业灌溉等，其应用范围取决于地热水的温度高低。温度高，可用于地热发电;温度低，则只能用于地热温室、养殖及农业灌溉。

（一）发电

限于高温地热田，我国用于发电的地热田有西藏羊八井、河北后郝窑、广东邓屋、湖南宁乡灰汤等地热田， 上述地热田所建电站除西藏羊八井投入工业利用外，其余均为试验性电站。

（二）工业利用

限于60～150℃的中、低温地热水，主要用于烘干、纺织印染及制革洗涤等方面，地热水用于工业的适用温度。

（三）供暖

用于供暖的地热水温度一般在60℃以上，也有采用50～60 ℃的,50℃ 以下的则很少采用。分直接供暖和间接供暖两种方式：直接供暖是将地热水直接送入供热系统, 其对地热水的水质要求高，不得对供暖管道系统产生腐蚀和结垢，一般为矿化度比较低的地热水；间接供暖是使地热水通过热交换器将热转换给供热系统进行供暖。开采具有腐蚀性和易产生结垢的地热水供暖，一般采用间接供暖方式。地热水供暖的利用率取决于地热水的温度及其供暖后排放水温度，地热水温度愈高, 供暖后的排水温度愈低, 则其供暖的利用率越高。

（四）医疗洗浴

最适于洗浴的地热水温度是40～60℃, 温度偏高需加入凉水或适当降低温度后, 方可用于洗浴, 这样做对地热资源是一种浪费；温度偏低, 会使身体感到不适。用于医疗的地热水, 除有温度要求外, 对水质有相应的要求。我国采用下列标准作为医疗地热水，又称医疗矿泉水水质标准。

（五）饮用矿泉水

不少低温地热水，因其来源于深部，未受人为污染，并含有一些有益于人体健康的微量元素，可作为饮用天然矿泉水开发利用， 我国开发的一些饮用天然矿泉水中，就有相当一部分是低温地热水。当地热水的污染物指标、微生物指标及锂、锶、锌、铜、铬、钡等组分的限量指标符合要求的条件下,水中有一项( 或一项以上)指标符合表2.5.6的规定，可作为饮用天然矿泉水开发。

（六）水产养殖

温度在30～45℃，符合TJ35渔业水质标准低矿化的地热水，可用于水产养殖。在中国较多的用于养殖鳗鱼、罗非鱼、对虾、河蟹、甲鱼等。

（七）农业利用

一是利用地热建立温室，种植名贵花卉、蔬菜等作物；二是用于农田灌溉或给土壤加温。前者利用地热水温度在30～75℃之间, 后者利用地热水温度一般在40℃以下。用于农田灌溉的地热水水质应满足农田灌溉用水水质标准。

地热井兴热9井

2010年3月12日，在大兴区凤河营村的一处勘探工地上，欢呼声四起。原来施工人员成功打出一口地热井，从井口冒出的地热水，经过测量温度达到103℃，打破了北京地热出水温度的纪录，成为北京首个中温地热井。负责该井施工的派力工程有限公司副总经理叶宏宇介绍说，这口地热井编号为“兴热－9#”，井深达到3623米，日出水量逾1500立方米，日自流水量近 800立方米。这是北京地区少有的自流地热井，地热水喷出地面，高度可达52米。地热开采成本比较大，需要打几千米，才可找到能够利用的地热，每口地热井的成本，至少都在上千万元人民币。从上个世纪70年代初，北京先后开发了良乡、天竺热田，发现具备开发利用条件的地热田有10个。

根据前期可行性论证成果表明，凤河营地热田高温核心区域的地热资源，可满足当地550余万平方米建筑物的供暖需求，与大型燃煤锅炉供暖相比，年可节约费用 6000余万元，减少耗煤量8.5万吨，减少灰尘量0.2万吨，减少废渣量1万吨。

地热井地热资源

有资料显示，地热资源受到世界各国的重视。国际能源专家普遍认为，预计到2100年，地热利用将在世界能源总值中占30%～80%。欧美等国都将地热列为优先开发利用的替代型能源，冰岛85%的住宅都利用地热供暖，美国的地热装机和地热发电量在世界上独占鳌头。对中国而言最为迫切的，是要把地热作为一种替代能源利用。过去人们认为，25℃以下不叫温泉，没有利用价值。人们发现通过热泵技术，北京浅层的5℃～6℃的地下水都可以利用。

和燃煤、石油等能源相比，地热不仅清洁，而且能反复利用，属于可再生资源。深层地下水有其自身的循环系统，一部分热水被抽上来之后，会从远方不断地得到补给，从这个意义上说，地热资源是取之不尽、用之不竭的。但是由于近几年来各地超采地热严重，造成一些地区地质沉降。郑克棪强调，在利用好地热水的同时，必须进行回灌，用过的热水经处理后，重新注回到含水层中，可提高再生的性能，这样才可使含水层不枯竭。国际上普遍采用这种方法，例如，巴黎大量开采地热供暖，但由于100%的回灌，水位并没有下降。近几年来中国一些地热利用规模较大的城市，已经制定了回灌率标准，天津市要求新建地热工程达到100%回灌，北京也作出相同的规定。当地首先要做好自己的发展规划，是准备发展旅游度假，还是发展房地产开发，亦或重点发展农业、养殖业，然后根据发展规划，制定出对地热资源的利用方案。 2100433B

为了研究地热正常动态特征,文献 收集了226个地热前兆观测台站的数据, 建立了地热前兆应用数据库. 通过对地热前兆台站观测资料的整理分析, 将地热正常动态分为地热的长期正常动态和地热的短期动态两类, 归纳出6种类型的地热长期正常动态和4种类型的地热短期正常动态, 并结合观测点处的水文地质情况, 对不同的地热正常动态类型的成因进行了初步分析。

地热特征长期动态特征

地热长期正常动态是指井孔观测点处温度的长期(最少1年)形态及特征变化，是正常的长期背景变化。长期正常动态可分为：稳定型、漂移型、年周期型、近似长周期型、大幅度波动型和跳变型6种。

1. 稳定型长期正常动态指的是井孔观测点处的温度随时间变化较小，基本呈线性上升或下降，温度年变幅不超过0．01℃的动态类型。

2. 漂移型长期正常动态指的是井孔观测点处的温度随时间变化较大，基本呈线性上升或下降，温度年变幅度超过0．01℃的动态类型，漂移型分为升温漂移和降温漂移两种。

3. 年周期型长期正常动态指的是井孔观测点处的温度呈年周期变化的动态类型。

4. 近似长周期型长期正常动态指的是井孔观测点处的温度呈周期为1月至数月的长周期变化，周期形态相对较稳定。

5. 大幅度波动型长期正常动态指的是井孔观测点处的温度随时间变化较大，呈无规则长期波动的动态类型。

6. 跳变型长期正常动态指的是井孔观测点处的温度每年出现几次温度突升、突降的动态类型。

地热特征短期动态特征

地热短期正常动态是指井孔观测点处温度1天至1个月短期的形态及特征变化，是正常的短期背景变化，短期正常动态可分为：稳定型、日周期型、固体潮型和短周期型4种形态。

1. 稳定型短期正常动态是指井孔观测点处的温度月变幅在0.0020℃以内的动态类型，反映该观测点温度的短期动态变化是稳定的。

2. 日周期型短期正常动态是指井孔观测点处的温度存在日周期的动态类型。

3. 固体潮型短期正常动态是指井孔观测点处的温度存在固体潮的日波和半日波分量的动态类型。

4. 短周期型短期正常动态是指井孔观测点处的温度存在周期为数分钟至数百分钟，幅度约千分之几至百分之几度的温度波动变化的动态类型。

地热特征组合与变化

井孔观测点处的温度长期动态与短期动态的常见组合有：

稳定-稳定型：长期动态和短期动态都是稳定型的，如泉州台、西宁台等；

稳定-短周期型：长期动态是稳定型而短期动态是短周期型的，如上饶台、平罗台等；

漂移-稳定型：长期动态是漂移型而短期动态是稳定型的，如武都台、大武台等。

从地热的正常动态中还可以类推得到以下几种组合：

大幅度波动-短周期型，如巢湖台、集宁台等；

年周期-短周期型，如祁连台、石嘴山台等；

近似长周期-短周期型，如北川台、临汾台等。

地热长期动态形态和短期动态形态会发生变化，例如山东栖霞台在汶川Ms8.0地震后，由短周期形态变为稳定形态，陕西洛南台在地震后，由稳定形态变为短周期形态。