中國能源以煤為主,是能源消耗大國。中國大部分地區蘊藏著十分豐富的地熱能資源,大力開發地熱能資源符合低碳經濟發展思路。然而,受限于地質條件復雜多變、熱儲層埋藏較深等因素,傳統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合電法、地震、廣域電磁法、微動等多種技術,可有效克服單一方法局限性,提升勘查效率與精度,為地熱產業高質量發展提供技術支撐。

1  地熱資源勘查中綜合物探方法的應用價值

1.1  統籌資源布局,支撐能源規劃

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

在此基礎上,結合區域地質背景,編制地熱資源潛力分區圖,為能源規劃部署、綠色轉型發展及低碳城市建設提供決策參考,提升資源配置效率,避免盲目開發,造成財政資金浪費。

1.2  精準識別斷裂,優化開發路徑

精準識別地熱田深部斷裂構造是實現資源開發利用的關鍵。可應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、微震監測等方法。地熱資源物探勘查應聚焦控熱構造識別、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,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力場特征。在多參數、多尺度、多源數據融合基礎上,構建地熱系統三維結構模型,為儲層連通性分析與開采潛力評估提供關鍵依據。

1.3  定位井位參數,降低開發風險

綜合物探方法可為地熱井鉆探提供精準導向,降低開發風險。通過地球物理測井精確刻畫熱儲層厚度、滲透率、溫度場等關鍵參數。利用測井獲取的物性參數評價地層完整性,標定物探反演結果,動態修正熱儲參數,指導井位微調,優化完井方案。多種手段相結合,可顯著提升鉆探成功率,減少盲眼,節約開發成本, 保障地熱產業高效發展。

2  地熱資源勘查中綜合物探方法的應用要點

2.1  靈活選擇探測技術組合

綜合物探的核心在于根據勘查目標體深度和物性參數特征以及區域構造地質條件和地形地貌特征靈活選擇適宜的技術組合。針對地熱資源勘查,應優先選用電磁法和地震法等對地下電性結構和速度結構敏感的方法。因地制宜開展組合勘查,才能發揮整體效能, 提升勘查精度。

不同物探方法在地熱資源勘查中的優劣性對比如表1所示。

2.2  加強數據交叉驗證

綜合物探的優勢在于多種方法取長補短,相互驗證,但如何協調不同物探方法獲得的多源數據,形成統一、可靠的地質解釋,是關鍵難題。

首先,要加強物探數據的交叉分析。綜合物探解釋應充分吸收以往鉆探、物探、區域地質調查等成果, 開展地質約束反演,提高物性參數反演精度。其次,通過測井—物探聯合反演,實現鉆孔尺度上的精細刻畫和井間區域的合理外推。最后,只有加強多源數據交叉驗證,才能客觀反映地下真實情況,為后續開發提供可靠依據。

2.3  實時優化開采方案

綜合物探的價值不僅在于指導前期勘查,更在于為開采期動態優化提供依據。在地熱開采過程中,隨著熱流體的抽采,儲層壓力、溫度、應力等參數會發生動態變化,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的動態演化。微震監測可捕捉開采誘發的微震事件,分析儲層壓力變化引起的巖石破裂,預警地熱井壁垮塌風險。同時,將物探監測數據與井下傳感器數據進行聯合分析,可實現儲層參數的實時刷新,為開采方案優化提供依據。通過物探動態監測,可建立開采過程的實時反饋機制,及時優化井網布局、調整抽注參數,在保障地熱系統穩定的同時,最大限度提高熱能采出率,實現地熱資源的可持續利用。

2.4  持續改進勘查方法

地熱資源賦存條件復雜多樣,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。為適應不同地質背景,必須持續改進物探方法。一方面,要加強復雜地質條件下的方法適應性研究。以富水斷裂型熱儲層為例,由于斷裂帶充填大量地下水,導電性大大增強,與高阻基巖形成強烈反差, 常規電磁法難以有效識別。針對這一問題,可通過數值模擬優化發射源參數,提高電磁場分辨率,增強對低阻體的識別能力。另一方面,要推進勘查與開發的一體化技術研發。 傳統物探方法多側重于靜態結構刻畫,應注重提高動態監測能力,加強面向開采全過程的物探技術攻關,實現熱儲層動態參數的實時反演。

3  地熱資源勘查中綜合物探方法的支撐體系

3.1  攻關核心技術,制定行業標準

綜合物探方法的規模化應用,關鍵在于突破“卡脖子”技術瓶頸。為此,建議由政府牽頭,組建地熱物探技術創新聯盟,匯聚高校、科研院所、企業等多方力量, 開展協同攻關。

在基礎理論方面,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,在共性技術方面,可聚焦三維地震采集與處理、大功率電磁發射與接收等難點,攻克系統集成與工程化應用中的關鍵環節。

3.2  完善監測網絡,強化數據管理

加快在全國主要地熱田建立起覆蓋熱儲層的動態監測網絡。可依托已有地熱井,補充布設溫度、壓力、 流量、微震等井下傳感器,實時采集熱儲層動態參數, 開展地熱田動態監測。通過井下與井間監測數據的聯合反演,可刻畫熱儲層水熱運移特征,及時捕捉儲層參數的異常變化。

與此同時,應建設配套的數據管理平臺,將動態監測數據與地熱開采數據進行融合分析,實現云計算、云處理、云反饋,建立起開采過程的實時反饋機制。當監測到熱儲層壓力、溫度出現異常時,可及時優化開采方案,實現地熱資源的動態管理與調控,從而真正實現物探成果由“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  升級儀器設備,加強復合型團隊建設

精細化的綜合物探對儀器設備的性能和可靠性提出了更高要求。為此,應加大物探裝備的研發投入,突破核心器件的國產化瓶頸。例如,在電磁勘探方面,可研制大功率、寬頻帶的發射裝置,提升電磁信號的穿透深度與分辨能力;在井中探測方面,可研發耐高溫、耐高壓、強防水的特種測井儀器,實現井下高精度數據采集。同時,還應重視配套軟件的開發,建立涵蓋數據采集、處理、反演、解釋、監測、評估、預警的一體化軟件平臺。儀器設備的升級換代,必須與人才隊伍建設相協同。應大力培養既懂地質,又精物探的復合型人才,要鼓勵科研人員深入生產一線,開展理論聯系實際的技術創新。同時,要建立科學的人才評價機制,搭建“能者上、庸者下”的職業發展通道,激發物探隊伍的創新活力。

3.4  開展校企聯合,促進產學研一體化

綜合物探技術的創新發展,離不開產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的實際應用需求脫節,成為制約綜合物探技術進步的瓶頸之一。為破解這一難題,應大力推進校企聯合,促進產學研用一體化發展。在科技攻關方面,可依托重大示范工程、國家重點實驗室等創新平臺,開展產學研聯合攻關,突破物探方法的傳統教科書約束;生產企業則可為新理論、新方法、新技術的試驗提供實際應用場景。通過前沿理論研究和工程化應用的緊密結合,可加速科技成果向生產力的轉化。同時,還應完善科技成果轉化機制,建立科學合理的利益分配方案,調動各方參與產學研合作的積極性。唯有產學研用協同創新,才能真正實現綜合物探技術由理論走向實踐,推動成果加速轉化,為地熱產業高質量發展注入不竭動力。

4  結束語

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,是實現地熱產業高質量發展的重要技術支撐。但目前,受制于關鍵技術瓶頸、監測體系不完善等因素,綜合物探的規模化應用仍面臨諸多挑戰。

未來應聚焦核心技術攻關,健全行業標準體系,強化多源數據管理,加快裝備升級迭代,打造一專多能隊伍,構建產學研用緊密結合的創新生態,不斷提升綜合物探的作業效率與成果精度,助力地熱產業高效開發、 永續利用,為構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系貢獻智慧和力量。