综合物探方法在地热资源勘查中的应用

中国能源以煤为主,是能源消耗大国。中国大部分地区蕴藏着十分丰富的地热能资源,大力开发地热能资源符合低碳经济发展思路。然而,受限于地质条件复杂多变、热储层埋藏较深等因素,传统单一物探方法难以满足精细化勘查需求。综合物探方法通过联合电法、地震、广域电磁法、微动等多种技术,可有效克服单一方法局限性,提升勘查效率与精度,为地热产业高质量发展提供技术支撑。

1  地热资源勘查中综合物探方法的应用价值

1.1  统筹资源布局,支撑能源规划

综合物探方法可快速圈定地热富集区,明确热储层空间分布及断裂构造展布,为区域地热资源规划提供科学依据。通过物探方法初步厘定地热田分布范围,应用综合物探联合剖面查明地热田地质背景、范围及“源、通、储、盖”特征,提出地热资源循环开发利用及绿色能源站选址建议。

在此基础上,结合区域地质背景,编制地热资源潜力分区图,为能源规划部署、绿色转型发展及低碳城市建设提供决策参考,提升资源配置效率,避免盲目开发,造成财政资金浪费。

1.2  精准识别断裂,优化开发路径

精准识别地热田深部断裂构造是实现资源开发利用的关键。可应用于地热资源勘查的物探方法有广域电磁法、微动探测法、可控源大地音频电磁法、重力法、 地震反射波法、瞬变电磁法、微震监测等方法。地热资源物探勘查应聚焦控热构造识别、热储空间展布刻画、 热流体运移通道探测。

地热资源物探勘查可分为以下3个步骤:①获取热储层物性参数,圈定富水断裂分布;②解析断层带展布与连通性;③分析断裂活动性及应力场特征。在多参数、多尺度、多源数据融合基础上,构建地热系统三维结构模型,为储层连通性分析与开采潜力评估提供关键依据。

1.3  定位井位参数,降低开发风险

综合物探方法可为地热井钻探提供精准导向,降低开发风险。通过地球物理测井精确刻画热储层厚度、渗透率、温度场等关键参数。利用测井获取的物性参数评价地层完整性,标定物探反演结果,动态修正热储参数,指导井位微调,优化完井方案。多种手段相结合,可显著提升钻探成功率,减少盲眼,节约开发成本, 保障地热产业高效发展。

2  地热资源勘查中综合物探方法的应用要点

2.1  灵活选择探测技术组合

综合物探的核心在于根据勘查目标体深度和物性参数特征以及区域构造地质条件和地形地貌特征灵活选择适宜的技术组合。针对地热资源勘查,应优先选用电磁法和地震法等对地下电性结构和速度结构敏感的方法。因地制宜开展组合勘查,才能发挥整体效能, 提升勘查精度。

不同物探方法在地热资源勘查中的优劣性对比如表1所示。

2.2  加强数据交叉验证

综合物探的优势在于多种方法取长补短,相互验证,但如何协调不同物探方法获得的多源数据,形成统一、可靠的地质解释,是关键难题。

首先,要加强物探数据的交叉分析。综合物探解释应充分吸收以往钻探、物探、区域地质调查等成果, 开展地质约束反演,提高物性参数反演精度。其次,通过测井—物探联合反演,实现钻孔尺度上的精细刻画和井间区域的合理外推。最后,只有加强多源数据交叉验证,才能客观反映地下真实情况,为后续开发提供可靠依据。

2.3  实时优化开采方案

综合物探的价值不仅在于指导前期勘查,更在于为开采期动态优化提供依据。在地热开采过程中,随着热流体的抽采,储层压力、温度、应力等参数会发生动态变化,进而影响开采效果。因此,有必要采用综合物探手段实时跟踪地热系统的动态演化。微震监测可捕捉开采诱发的微震事件,分析储层压力变化引起的岩石破裂,预警地热井壁垮塌风险。同时,将物探监测数据与井下传感器数据进行联合分析,可实现储层参数的实时刷新,为开采方案优化提供依据。通过物探动态监测,可建立开采过程的实时反馈机制,及时优化井网布局、调整抽注参数,在保障地热系统稳定的同时,最大限度提高热能采出率,实现地热资源的可持续利用。

2.4  持续改进勘查方法

地热资源赋存条件复杂多样,不同类型热储层的物性差异显著,给综合物探方法的适用性带来挑战。为适应不同地质背景,必须持续改进物探方法。一方面,要加强复杂地质条件下的方法适应性研究。以富水断裂型热储层为例,由于断裂带充填大量地下水,导电性大大增强,与高阻基岩形成强烈反差, 常规电磁法难以有效识别。针对这一问题,可通过数值模拟优化发射源参数,提高电磁场分辨率,增强对低阻体的识别能力。另一方面,要推进勘查与开发的一体化技术研发。 传统物探方法多侧重于静态结构刻画,应注重提高动态监测能力,加强面向开采全过程的物探技术攻关,实现热储层动态参数的实时反演。

3  地热资源勘查中综合物探方法的支撑体系

3.1  攻关核心技术,制定行业标准

综合物探方法的规模化应用,关键在于突破“卡脖子”技术瓶颈。为此,建议由政府牵头,组建地热物探技术创新联盟,汇聚高校、科研院所、企业等多方力量, 开展协同攻关。

在基础理论方面,可瞄准地热资源成藏机理、多场耦合机制等前沿问题,研究新概念、新方法。例如,在共性技术方面,可聚焦三维地震采集与处理、大功率电磁发射与接收等难点,攻克系统集成与工程化应用中的关键环节。

3.2  完善监测网络,强化数据管理

加快在全国主要地热田建立起覆盖热储层的动态监测网络。可依托已有地热井,补充布设温度、压力、 流量、微震等井下传感器,实时采集热储层动态参数, 开展地热田动态监测。通过井下与井间监测数据的联合反演,可刻画热储层水热运移特征,及时捕捉储层参数的异常变化。

与此同时,应建设配套的数据管理平台,将动态监测数据与地热开采数据进行融合分析,实现云计算、云处理、云反馈,建立起开采过程的实时反馈机制。当监测到热储层压力、温度出现异常时,可及时优化开采方案,实现地热资源的动态管理与调控,从而真正实现物探成果由“静”到“动”的跨越,为地热田全生命周期管理提供有力支撑。

3.3  升级仪器设备,加强复合型团队建设

精细化的综合物探对仪器设备的性能和可靠性提出了更高要求。为此,应加大物探装备的研发投入,突破核心器件的国产化瓶颈。例如,在电磁勘探方面,可研制大功率、宽频带的发射装置,提升电磁信号的穿透深度与分辨能力;在井中探测方面,可研发耐高温、耐高压、强防水的特种测井仪器,实现井下高精度数据采集。同时,还应重视配套软件的开发,建立涵盖数据采集、处理、反演、解释、监测、评估、预警的一体化软件平台。仪器设备的升级换代,必须与人才队伍建设相协同。应大力培养既懂地质,又精物探的复合型人才,要鼓励科研人员深入生产一线,开展理论联系实际的技术创新。同时,要建立科学的人才评价机制,搭建“能者上、庸者下”的职业发展通道,激发物探队伍的创新活力。

3.4  开展校企联合,促进产学研一体化

综合物探技术的创新发展,离不开产学研用各方的密切配合。当前,高校与科研院所的理论研究成果与企业的实际应用需求脱节,成为制约综合物探技术进步的瓶颈之一。为破解这一难题,应大力推进校企联合,促进产学研用一体化发展。在科技攻关方面,可依托重大示范工程、国家重点实验室等创新平台,开展产学研联合攻关,突破物探方法的传统教科书约束;生产企业则可为新理论、新方法、新技术的试验提供实际应用场景。通过前沿理论研究和工程化应用的紧密结合,可加速科技成果向生产力的转化。同时,还应完善科技成果转化机制,建立科学合理的利益分配方案,调动各方参与产学研合作的积极性。唯有产学研用协同创新,才能真正实现综合物探技术由理论走向实践,推动成果加速转化,为地热产业高质量发展注入不竭动力。

4  结束语

综合物探方法作为地热勘查利器,可从宏观、中观、微观等多尺度刻画地热资源赋存状态,是实现地热产业高质量发展的重要技术支撑。但目前,受制于关键技术瓶颈、监测体系不完善等因素,综合物探的规模化应用仍面临诸多挑战。

未来应聚焦核心技术攻关,健全行业标准体系,强化多源数据管理,加快装备升级迭代,打造一专多能队伍,构建产学研用紧密结合的创新生态,不断提升综合物探的作业效率与成果精度,助力地热产业高效开发、 永续利用,为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系贡献智慧和力量。