中國能源以煤為主,是能源消耗大國。中國大部分地區(qū)蘊藏著十分豐富的地熱能資源,大力開發(fā)地熱能資源符合低碳經(jīng)濟發(fā)展思路。然而,受限于地質(zhì)條件復(fù)雜多變、熱儲層埋藏較深等因素,傳統(tǒng)單一物探方法難以滿足精細化勘查需求。綜合物探方法通過聯(lián)合電法、地震、廣域電磁法、微動等多種技術(shù),可有效克服單一方法局限性,提升勘查效率與精度,為地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1  地熱資源勘查中綜合物探方法的應(yīng)用價值

1.1  統(tǒng)籌資源布局,支撐能源規(guī)劃

綜合物探方法可快速圈定地熱富集區(qū),明確熱儲層空間分布及斷裂構(gòu)造展布,為區(qū)域地熱資源規(guī)劃提供科學依據(jù)。通過物探方法初步厘定地熱田分布范圍,應(yīng)用綜合物探聯(lián)合剖面查明地熱田地質(zhì)背景、范圍及“源、通、儲、蓋”特征,提出地熱資源循環(huán)開發(fā)利用及綠色能源站選址建議。

在此基礎(chǔ)上,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景,編制地熱資源潛力分區(qū)圖,為能源規(guī)劃部署、綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展及低碳城市建設(shè)提供決策參考,提升資源配置效率,避免盲目開發(fā),造成財政資金浪費。

1.2  精準識別斷裂,優(yōu)化開發(fā)路徑

精準識別地熱田深部斷裂構(gòu)造是實現(xiàn)資源開發(fā)利用的關(guān)鍵?？蓱?yīng)用于地熱資源勘查的物探方法有廣域電磁法、微動探測法、可控源大地音頻電磁法、重力法、 地震反射波法、瞬變電磁法、微震監(jiān)測等方法。地熱資源物探勘查應(yīng)聚焦控熱構(gòu)造識別、熱儲空間展布刻畫、 熱流體運移通道探測。

地熱資源物探勘查可分為以下3個步驟:①獲取熱儲層物性參數(shù),圈定富水斷裂分布;②解析斷層帶展布與連通性;③分析斷裂活動性及應(yīng)力場特征。在多參數(shù)、多尺度、多源數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上,構(gòu)建地熱系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)模型,為儲層連通性分析與開采潛力評估提供關(guān)鍵依據(jù)。

1.3  定位井位參數(shù),降低開發(fā)風險

綜合物探方法可為地熱井鉆探提供精準導(dǎo)向,降低開發(fā)風險。通過地球物理測井精確刻畫熱儲層厚度、滲透率、溫度場等關(guān)鍵參數(shù)。利用測井獲取的物性參數(shù)評價地層完整性,標定物探反演結(jié)果,動態(tài)修正熱儲參數(shù),指導(dǎo)井位微調(diào),優(yōu)化完井方案。多種手段相結(jié)合,可顯著提升鉆探成功率,減少盲眼,節(jié)約開發(fā)成本, 保障地熱產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展。

2  地熱資源勘查中綜合物探方法的應(yīng)用要點

2.1  靈活選擇探測技術(shù)組合

綜合物探的核心在于根據(jù)勘查目標體深度和物性參數(shù)特征以及區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)條件和地形地貌特征靈活選擇適宜的技術(shù)組合。針對地熱資源勘查,應(yīng)優(yōu)先選用電磁法和地震法等對地下電性結(jié)構(gòu)和速度結(jié)構(gòu)敏感的方法。因地制宜開展組合勘查,才能發(fā)揮整體效能, 提升勘查精度。

不同物探方法在地熱資源勘查中的優(yōu)劣性對比如表1所示。

2.2  加強數(shù)據(jù)交叉驗證

綜合物探的優(yōu)勢在于多種方法取長補短,相互驗證,但如何協(xié)調(diào)不同物探方法獲得的多源數(shù)據(jù),形成統(tǒng)一、可靠的地質(zhì)解釋,是關(guān)鍵難題。

首先,要加強物探數(shù)據(jù)的交叉分析。綜合物探解釋應(yīng)充分吸收以往鉆探、物探、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查等成果, 開展地質(zhì)約束反演,提高物性參數(shù)反演精度。其次,通過測井—物探聯(lián)合反演,實現(xiàn)鉆孔尺度上的精細刻畫和井間區(qū)域的合理外推。最后,只有加強多源數(shù)據(jù)交叉驗證,才能客觀反映地下真實情況,為后續(xù)開發(fā)提供可靠依據(jù)。

2.3  實時優(yōu)化開采方案

綜合物探的價值不僅在于指導(dǎo)前期勘查,更在于為開采期動態(tài)優(yōu)化提供依據(jù)。在地熱開采過程中,隨著熱流體的抽采,儲層壓力、溫度、應(yīng)力等參數(shù)會發(fā)生動態(tài)變化,進而影響開采效果。因此,有必要采用綜合物探手段實時跟蹤地熱系統(tǒng)的動態(tài)演化。微震監(jiān)測可捕捉開采誘發(fā)的微震事件,分析儲層壓力變化引起的巖石破裂,預(yù)警地熱井壁垮塌風險。同時,將物探監(jiān)測數(shù)據(jù)與井下傳感器數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析,可實現(xiàn)儲層參數(shù)的實時刷新,為開采方案優(yōu)化提供依據(jù)。通過物探動態(tài)監(jiān)測,可建立開采過程的實時反饋機制,及時優(yōu)化井網(wǎng)布局、調(diào)整抽注參數(shù),在保障地熱系統(tǒng)穩(wěn)定的同時,最大限度提高熱能采出率,實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)利用。

2.4  持續(xù)改進勘查方法

地熱資源賦存條件復(fù)雜多樣,不同類型熱儲層的物性差異顯著,給綜合物探方法的適用性帶來挑戰(zhàn)。為適應(yīng)不同地質(zhì)背景,必須持續(xù)改進物探方法。一方面,要加強復(fù)雜地質(zhì)條件下的方法適應(yīng)性研究。以富水斷裂型熱儲層為例,由于斷裂帶充填大量地下水,導(dǎo)電性大大增強,與高阻基巖形成強烈反差, 常規(guī)電磁法難以有效識別。針對這一問題,可通過數(shù)值模擬優(yōu)化發(fā)射源參數(shù),提高電磁場分辨率,增強對低阻體的識別能力。另一方面,要推進勘查與開發(fā)的一體化技術(shù)研發(fā)。 傳統(tǒng)物探方法多側(cè)重于靜態(tài)結(jié)構(gòu)刻畫,應(yīng)注重提高動態(tài)監(jiān)測能力,加強面向開采全過程的物探技術(shù)攻關(guān),實現(xiàn)熱儲層動態(tài)參數(shù)的實時反演。

3  地熱資源勘查中綜合物探方法的支撐體系

3.1  攻關(guān)核心技術(shù),制定行業(yè)標準

綜合物探方法的規(guī)模化應(yīng)用,關(guān)鍵在于突破“卡脖子”技術(shù)瓶頸。為此,建議由政府牽頭,組建地熱物探技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟,匯聚高校、科研院所、企業(yè)等多方力量, 開展協(xié)同攻關(guān)。

在基礎(chǔ)理論方面,可瞄準地熱資源成藏機理、多場耦合機制等前沿問題,研究新概念、新方法。例如,在共性技術(shù)方面,可聚焦三維地震采集與處理、大功率電磁發(fā)射與接收等難點,攻克系統(tǒng)集成與工程化應(yīng)用中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2  完善監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),強化數(shù)據(jù)管理

加快在全國主要地熱田建立起覆蓋熱儲層的動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)?？梢劳幸延?a href="http://www.chclan.com/t/地熱井.html" >地熱井,補充布設(shè)溫度、壓力、 流量、微震等井下傳感器,實時采集熱儲層動態(tài)參數(shù), 開展地熱田動態(tài)監(jiān)測。通過井下與井間監(jiān)測數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演,可刻畫熱儲層水熱運移特征,及時捕捉儲層參數(shù)的異常變化。

與此同時,應(yīng)建設(shè)配套的數(shù)據(jù)管理平臺,將動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與地熱開采數(shù)據(jù)進行融合分析,實現(xiàn)云計算、云處理、云反饋,建立起開采過程的實時反饋機制。當監(jiān)測到熱儲層壓力、溫度出現(xiàn)異常時,可及時優(yōu)化開采方案,實現(xiàn)地熱資源的動態(tài)管理與調(diào)控,從而真正實現(xiàn)物探成果由“靜”到“動”的跨越,為地熱田全生命周期管理提供有力支撐。

3.3  升級儀器設(shè)備,加強復(fù)合型團隊建設(shè)

精細化的綜合物探對儀器設(shè)備的性能和可靠性提出了更高要求。為此,應(yīng)加大物探裝備的研發(fā)投入,突破核心器件的國產(chǎn)化瓶頸。例如,在電磁勘探方面,可研制大功率、寬頻帶的發(fā)射裝置,提升電磁信號的穿透深度與分辨能力;在井中探測方面,可研發(fā)耐高溫、耐高壓、強防水的特種測井儀器,實現(xiàn)井下高精度數(shù)據(jù)采集。同時,還應(yīng)重視配套軟件的開發(fā),建立涵蓋數(shù)據(jù)采集、處理、反演、解釋、監(jiān)測、評估、預(yù)警的一體化軟件平臺。儀器設(shè)備的升級換代,必須與人才隊伍建設(shè)相協(xié)同。應(yīng)大力培養(yǎng)既懂地質(zhì),又精物探的復(fù)合型人才,要鼓勵科研人員深入生產(chǎn)一線,開展理論聯(lián)系實際的技術(shù)創(chuàng)新。同時,要建立科學的人才評價機制,搭建“能者上、庸者下”的職業(yè)發(fā)展通道,激發(fā)物探隊伍的創(chuàng)新活力。

3.4  開展校企聯(lián)合,促進產(chǎn)學研一體化

綜合物探技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展,離不開產(chǎn)學研用各方的密切配合。當前,高校與科研院所的理論研究成果與企業(yè)的實際應(yīng)用需求脫節(jié),成為制約綜合物探技術(shù)進步的瓶頸之一。為破解這一難題,應(yīng)大力推進校企聯(lián)合,促進產(chǎn)學研用一體化發(fā)展。在科技攻關(guān)方面,可依托重大示范工程、國家重點實驗室等創(chuàng)新平臺,開展產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān),突破物探方法的傳統(tǒng)教科書約束;生產(chǎn)企業(yè)則可為新理論、新方法、新技術(shù)的試驗提供實際應(yīng)用場景。通過前沿理論研究和工程化應(yīng)用的緊密結(jié)合,可加速科技成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。同時,還應(yīng)完善科技成果轉(zhuǎn)化機制,建立科學合理的利益分配方案,調(diào)動各方參與產(chǎn)學研合作的積極性。唯有產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新,才能真正實現(xiàn)綜合物探技術(shù)由理論走向?qū)嵺`,推動成果加速轉(zhuǎn)化,為地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入不竭動力。

4  結(jié)束語

綜合物探方法作為地熱勘查利器,可從宏觀、中觀、微觀等多尺度刻畫地熱資源賦存狀態(tài),是實現(xiàn)地熱產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要技術(shù)支撐。但目前,受制于關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、監(jiān)測體系不完善等因素,綜合物探的規(guī)?；瘧?yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

未來應(yīng)聚焦核心技術(shù)攻關(guān),健全行業(yè)標準體系,強化多源數(shù)據(jù)管理,加快裝備升級迭代,打造一專多能隊伍,構(gòu)建產(chǎn)學研用緊密結(jié)合的創(chuàng)新生態(tài),不斷提升綜合物探的作業(yè)效率與成果精度,助力地熱產(chǎn)業(yè)高效開發(fā)、 永續(xù)利用,為構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系貢獻智慧和力量。