地震勘探技术在地热勘探中的应用

  0 引言

 

  地下热水是具有多种用途的可再生能源和水资源。其应用领域广泛，在现代浴疗、供暖、旅游、发电等方面具有很高的应用价值，而且无污染，并可持续利用，是全世界经济—能源—环境可持续发展的重要组成部分。目前国外地热资源的勘探和开发发展很快，有的国家的热储温度已经超过300℃，而且设有专门的地热研究机构。我国地热资源储量占全球热能活力的 7.9%，但目前的开采量不足可开采量的一成，因而开发潜力巨大。

 

  在地热资源的勘探中，电法是最主要的勘探方法，但电法存在先天的局限性，那就是电法的体积效应，勘探的深度越深，体积就越大，相应的可靠性就越低。

 

  地震勘探方法正好弥补了电法的这种不足。地震勘探在石油、天然气和煤炭等领域的应用已经具有了一套较为成熟的理论和方法，在实践中已经积累了丰富的经验并取得了丰硕的成果，虽然地震勘探在地热资源的勘探中应用的还很少，但取得了显而易见的效果。

 

  1 勘探区地热地质特征

 

  1.1 勘探区地质特征

 

  该区位于常州凹陷的东北侧。正处于常州重力负异常与江阴重力正异常的过渡带上，上延 2~8km，NW 向重力梯度带仍很明显，反映区域性 NW 向苏锡常大断裂与何(桥)－洪(声)断裂在高速公路两侧附近通过，断裂以东地区上升，中、新生界沉积物厚约 300~1000m，以下即为三叠系青龙灰岩或古生界地层。断裂以西地区下降，中、新生界沉积物厚达 1500~2500m 左右。

 

  推测区内-1000m 以上地层为第四系、第三系和白垩系的砂岩、泥岩沉积，-1000~-1600m 左右为白垩系浦口组砾岩层，-1600~-2500m 左右为白垩系葛村组砂岩、泥岩沉积，-2500m 以下为侏罗系象山砂岩或三叠系青龙灰岩层。

 

  1.2 地热异常

 

  区内为第四系全复盖的平原区，盖 层 厚 达1500~2500m，有利于深层保温，地温梯度应偏高。

 

  据怡康井资料，平均地温梯度为 2.65℃/100m，水温随埋藏深度的增加而自然增加，孔深 1500m 时，井底水温 57.5℃，以温降梯度 0.5℃/100m 计算，井口出水温度约 50℃。

 

  区东高速公路两侧有 NW 向区域性苏锡常断裂和何(桥)－洪(声)断裂，断层落差大，下切地层深，可构成深层热水富集和向上运移的通道。

 

  青龙灰岩、栖霞灰岩和石炭系灰岩是苏南主要的岩溶含水层，可构成深层的热储层，应作为苏锡常断裂及何(桥)－洪(声)断裂带上及断裂带以东的主要探查目的层。白垩系浦口组以紫红色砾岩为主夹砂岩、泥岩，泥质胶结，砾石成分主要为灰岩、砂岩和燧石，组成了以月星广场为峰顶的古潜山(顶深约-50m)。在长期的风化剥蚀过程中，砾岩层孔隙、岩溶发育，富水性较强，属孔隙、岩溶承压含水层。浅层水顺砾岩层顶部剥蚀面渗流流入区内-1000~-1600m 的砾岩层内，随埋藏深度的增加，水温逐步升高至 47~58℃左右，且因苏锡常断裂东青龙灰岩层水与地表水相连，水头较高，地下热水有可能顺井自动升至浅部，有利于地下热水的开采。

 

  因此，区内具有一定赋存深层地下热水的地质条件。本次普查主要是寻找断层带水。

 

  2 地震勘探技术

 

  2.1 野外数据采集方法

 

  合理选择各种野外采集参数，可以有效地抑制干扰，突出有效波，提高对小地质构造的分辨能力，试验的目的就是研究分析该区影响地震资料品质的主要因素及提高地震资料信噪比和分辨率的施工方法与技术。因此，必须在理论分析计算的基础上通过试验选取最佳的采集参数与施工技术。

 

  在经过细致的野外踏勘基础上，又进行了充分的理论论证。本次试验主要对激发接收要素进行了试验。考虑到实际情况和观测系统设计情况，在CZ-2 线的大号端进行了激发参数的试验，通过试验选择了适合于本勘探区的施工参数和施工方法。

 

  试验结论：通过充分的试验对比，在井深大于20m，药量 2kg 的情况下，干扰波背景较小，有效波能量较强，频率较高，能达到本次勘探的要求。

 

  经过野外实地踏勘，收集并分析已有地质资料，综合考虑勘探区的地质任务、地形地貌、目的层的赋存深度及构造情况等，根据试验结果并结合区内实际情况，本次勘探采用了固定排列观测系统，开动 60 道接收，最高 60 次覆盖，道距 15m，炮距 15m。

 

  仪器的记录因素和试验记录因素相同。

 

  2.2 地震资料处理

 

  本区的资料处理所 用的处理软件为法国CGG公司 GeovecturPlus V6.1 软件包和美国 GreenMountain V5.1 版本的绿山初至折射静校正软件。

 

  本勘探区资料处理的重点是提高深层的信噪比，从而达到对深层地质构造的准确识别。在处理过程中，坚持试处理、批量处理和改善处理三步法。

 

  处理与解释交互进行，以提高处理成果的质量和解释成果的精度，达到本次勘探任务的要求。

 

  2.3 地震资料解释

 

  在收集有关已有的地质资料的基础上，掌握区内地质构造规律，将宏观的区域地质构造规律和本测区的微观地质构造规律相结合。并结合地质勘察任务，对深部资料进行反复对比研究，找出断裂带的位置和发育规模。

 

  2.3.1 波组特征及主要反射波地质层位的确定

 

  (1)地震反射波地质属性的确定地震资料解释的首要步骤，是要确定主要反射波的地质层位，确定出反射波与地质层位的对应关系，给地震反射波赋予其地质属性。

 

  (2)地震反射波及波组特征

 

  通过对地下地质情况和时间剖面的对比，确定了 4 组波形比较稳定的同向轴作为本次资料解释的辅助层做了连续追踪，它们分别是 T0、T1、T2、T3。

 

  由于该区没有测井资料，其地层含义尚不清楚。

 

  2.3.2 断层的解释

 

  本次勘探的目的主要是查明和掌握大断层的发育情况，大断点常表现为煤层反射波同相轴的突然错断、强相位转换，易于识别，因此比较容易解释。

 

  在不同线上根据断层的波组、差长比等特点对断点进行组合，如图 1。

 

  2.3.3 地层的解释

 

  由于本区没有钻孔资料，给地层的解释带来了很大的不便，根据 CZ-1 线的层速度剖面，T0以上为第四系地层，速度小于 2500m/s，结合地震剖面特点，T3可能为奥灰的顶界面，速度在 5000m/s以上。

 

  2.4 地质成果

 

  本次地震勘探主要取得的地质成果是：在常州地区发现两条断层：KF1 和 KF2，其中 KF1 最大落差约为 100m，KF2 落差约 150m。由于 CZ-2 线断点不太可靠，仅有 T3层可追踪，平面位置可能有一定的摆动。T3为奥灰顶界面反射。

 

  3 结论

 

  地震勘探是一种间接的方法，不能直接找到地下热水资源，但是，它能准确地发现地质构造，特别是断层。由于断层是一个很好的导水通道，是地下热水资源的富集区。只要确定了断层的位置也就确定了地热资源的富集区。本次地震勘探发现的两条最大落差分别约为 100m 和 150m 的断层，是本区内主要的断层。由于该施工地区属于市郊，各种干扰十分严重，加之区内缺少其它地质资料，特别是钻孔资料，这对我们的解释带来了很大的不便。虽然地震勘探方法在地热勘探中应用较少，而且存在一定的局限性，许多结论有待进一步证实，但地震勘探方法必定会在地热勘探中发挥它应有的作用。