‘壹’ 地表温度怎么测量
（1）太阳出来前，测量一次温度（两面的温度差不多）；
（2）太阳出来后，毎10分钟或半小时分别测量向阳面和背阴面的温度，并作记录（两面的温度都有上升，但是向阳面的温度上升更快，温度更高）；
（3）结论：阳光照射会使温度上升（背阴面阳光没有照射，但是因为向阳面的空气流动使背阴面的温度有小幅上升）。
‘贰’ 地温场测量方法
根据测温钻孔的深度一般把地温测量方法分为以下3类:①米测温法(深1～3m);②浅孔测温法(深10～30m);③深孔测温法(深度＞30m)。前两种统称浅层测温法,它具有较好的经济性(特别是米测温法),而且对地热异常区一般有良好的异常显示,故浅层测温法是勘探地热田的主要地温测量方法。
地温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,可采用浅层测温法。在地热普查阶段可使用成本低的米温测量,测量1～2m的表层地温。深孔测温法孔深一般在50～200m之间,钻孔间距取决于地热异常的范围。其优点在于不受气候变化的影响,但钻井费用较高。一般为地热勘查的详查阶段要使用。
测温勘探过程中,应尽量避免自然因素和人为因素的影响,包括日照、地形、大气降水、地下水活动和人工热源对温度测量的干扰。诸如地下水活动可能带走传导热流,而导致梯度测量数值的假象,过浅的地温测量应该校正因气温带来的数据偏差等。所以,测温勘探最好选择构造特征相近地段、气温变化不大时间段进行测量,以增加测量数据的准确性。
(一)米测温法的方法与技术
理论计算和实测资料表明,米测温法在普查工作中是合适的。理论计算表明,一般受构造控制(温度60～70℃,埋深300m左右)或盆地盖层较薄的地热异常区用米测温法不难发现。作为地热资源的普查阶段,只需了解地温分布的大致趋势,米测温法基本可以满足要求。
1.工作布置
(1)测区和测网
布置测区范围时应考虑:①地质任务的要求;②工区地热地质条件;③前人工作成果;④兼顾配套方法,使资料完整。
测网可分为规格网法与离散网点法。规格网法基线方向一般平行于所研究对象的走向,在有钻孔的地方应尽量穿过钻孔位置,测线方向垂直于基底构造线。离散网点法可直接利用地形图定点,尽量沿公路与小路布点。
测网上的测点布设时,在研究对象走向的垂直方向上测点相应要密一些。实际点位应准确,测点分布应均勺,尽可能经济、施工方便。
(2)工作比例尺和观测网度
工作比例尺和观测网度根据地质任务、探测对象规模及特点确定。普查性勘测工作线距不应大于最小探测对象的长度,点距应保证至少有3个测点能反映异常。由于地热流体受断裂构造控制的居多,其异常宽度往往较窄,因此点距应相对密一些。常用比例尺的线、点距应遵循下述原则:线距为工作比例尺的1/100,点距可等于或小于线距的1/10。线距最大变动范围不得超过20%。例如在1∶5万普查工作中,线距应为500m,最大不能超过600m,点距应大致为50m。对于离散网点,测点密度一般约为10个/km2,山区或工作实在困难处可适当放稀。
(3)测温精度
测温精度应根据地质任务要求、工区地热地质情况,由探测对象可能引起的温度异常强度、形态以及干扰等因素综合确定。测温仪器精度一般不超过±0.2℃,即可满足普查工作需要。
(4)基点网
当测区范围较大、工作用地较长时,为减小各工区间地温场联系误差,提高测温精度,并便于野外生产,应根据需要设计基点网。基点可分为总基点和分基点二级。基点数以实际工作要求确定。当基点数不止一个时,必须进行基点联测。联测工作最好一月一次,野外工作开始和结束时必须进行联测。
2.野外工作方法
(1)基点的选择
所有的基点均应满足下列要求:①位于地温场正常区;②基点附近不应存在明显干扰因素,光照、植被等条件至少应与大多数测点相似;③易于保护,不易受人为破坏;④便于保存。为工作方便,总基点一般选在驻地附近,分基点在施工现场选定。
(2)定点
测点的位置要尽景避开地形的突变地带,避免明显人为活动干扰或不适宜测温的地段;选择地势较平缓、光照条件一致,并且植被较单一处定点。
(3)打孔
打孔方式不拘,但必须控制孔径和孔深,孔径不宜大于5cm,成孔后应清理孔口。
(4)测量
打孔半小时后,钻井干扰已基本消除,可进行测量。测量时小心放入探头,使其与孔底紧密接触,待仪器数值平稳后进行读数。
(5)记录
认真记录测量时间、地点、天气、孔深、土质及测温值,应注意记录可能导致温度场畸变的其他因素及其大致位置。
(6)质量检查与评价
质量检查可采取均匀抽样、选若干剖面重复观测、检变异常3种方式进行。测温质量检查率不少于5%。以均方误差作为评价全区观测结果的主要标准。
3.数据整理
地温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及其规模的正确结论,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。
对米测温而言,室内需要做的工作:①检查、验收原始数据;②标定仪器,计算基点网联测及测点观测的结果;③检查观测精度;④测算有关校正数据;⑤必要时对原始数据进行地形和地表植被等影响校正、气温变化校正等数据处理;⑥编日记录表册;⑦绘制有关图件。
提供图件目录:①交通位置图;②实际工作材料图;③温度剖面平面图;④温度等值线平面图;⑤典型剖面图;⑥推断成果图;⑦其他有关图件。
(二)较深钻孔测温的工作方法
1.测温孔选择
近地表地温勘探虽然成本低、效率高,但由于干扰因素多,信噪比小,往往只能用相对异常来推测地下热源的分布。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。钻孔测温由于避开了地表温度周期变化、地表状况的影响,特别是避开了近地表地下水的干扰,获得的温度资料更好地反映了深部地温场的分布。由于钻井成本随深度增加而迅速增加,因此地温勘探钻孔深度常在30～200m之间。为了节约地热勘探成本,应当尽量利用其他勘探目的(如地下水、石油、煤田等)施工的钻孔以及水文长期观测孔进行井温测量。
2.钻孔测温类型
钻孔测温不同于其他项目的物探测井,因此,在终孔后,钻孔静止不同时间的测温结果,精度有大的差别。依静止时间的不同,钻孔测温分为瞬态测温、准稳态测温和稳态测温3类。瞬态测温是在停钻后不久,钻孔温度远未恢复到平衡条件下进行的测温。简易测温规定在终孔后,物探测井前后进行两次测温,第一次测温距停钻约12小时。第二次测温是钻孔静止3～5天时的测温,届时全井段温度已达准稳态。在地质勘探中的近似稳态测温属于此类。稳态测温是在长期保留的钻孔中进行的,是钻孔中的流体与地层温度已达稳定状态下的测温。
3.数据整理
在勘探中取得的原始测温资料,一方面由于钻孔测温类型的不同,使其质量各异。对于简易测温资料以及部分近似稳态测温资料,经校正后才能用于地温场评定。另一方面原始的测温资料,彼此是孤立分散的,须经集中、分析、归纳,使之系统化,才能全面反映地温场面貌。因此,资料整理是地温场研究的重要步骤,这里就资料整理中带有普遍性的问题作必要的讨论。
(1)非稳态测温资料的校正
关于钻孔非稳态测温结果的校正方法,总的原则是利用恒温带温度和井底温度作为摹本依据,对非稳态测温曲线作合理的修正。
(2)简易测温的井底温度的校正
简易测温是钻孔终止大约12小时内进行的两次测温,这类资料在勘探中是大量的,对此类井底温度的校正作法各异。实践表明,采用井底温度对数回归推算72小时温度的方法简便易行且有良好的精度。
该方法基于统计确认,井底温度恢复过程中,温度变化与时间的对数有线性关系,即
Δθ=θ-θ0=Blnt 2-6
式中:θ为停钻后某一时间t的井底温度;θ0为钻孔终止瞬间的井底温度;t为从停钻时算起的时间;B为温度恢复系数,为常数。基于上式,对于简易测温的不同时间的两次井底温度,可以写出两个方程式并联立从而可求得常数B值为
B=(θ2-θ1)/ln(t2/t1) 2-7
式中:t1,t2分别为第一次及第二次测温时间;θ1,θ2分别为第一次及第二次测得的井底温度。
当B值已知时,就可利用简易测温的井底温度推算出预期达到稳定时间的温度。经论证,停钻3天(72小时)的井底温度,在一般条件下已达稳定,其时的温度即为原始岩温。
于是有:θr=θi+Bln(72/ti),其中,θr为井底岩温(72h的井底温度),θi为简易测温中的某一次的井底温度,ti为简易测温中某一次的测温时间(h)。这一方法所得结果,经过与大量稳态、准稳态测温孔资料的验算和对比,误差不超过±0.3～0.5℃。
如果地热井为溢流井,溢流状态时井底流体温度将很快与热储层温度达到平衡,而非渗流或弱渗流地段地温恢复则相对要慢一些(徐世光等.2009)。
(三)海底地热探测主要步骤
1)航次开始前,通常需要对温度传感器进行标定,以校正因漂移引起的误差。
2)仪器下放前,需要量好各温度记录器与同一参照点的距离。
3)入水后离海底约100m处停止下放,这样可以让探针与船体保持垂直,并且使得温度记录器稳定,约3min后,高速下放(如115m/s)并插入沉积物中,探针插入时因与沉积物间的摩擦生热,温度记录显示有突然升高现象。
4)插入后需保持探针不受扰动。
5)大约7～8min后,拔出探针,如果载体为取样管,例如,神户海域HS82站位和西沙海域HX129站位的作业方式,则需要把探针收回到甲板上以便回收温度记录器和沉积物样品;如果载体为钢矛,则收到离海底一定高度后,慢速移动到下个站位继续下放测量;在每次收回探针时需再次测量各温度记录器与参照点的距离,确认探针在插入和起拔过程中相互之间没有发生位移,若出现温度记录器移动,该设备的测量数据无效。插入后记录的温度变化取决于摩擦热引起的温度变化是否高于原来未受扰动的环境温度,如果高于环境温度,则记录温度逐渐衰减,否则逐渐增高到环境温度。温度记录器的采样率可编程修改。
(四)编图过程中需注意的几点技术问题
根据区域内测量的地温资料,经气温校正、地形校正、地下水热量传递计算处理后,可以通过区域内的等温线平面图、地温剖面图、地温梯度图来反映地温场的空间分布。这些图件对于了解地热异常区的平面分布形态,寻找和圈定地热勘探靶区具有重要意义。
编图过程中需注意的几点技术问题:
1)反映地温场空间的剖面图和平面图,必须以稳态和近似稳态测温资料为基础,简易测温资料须经适当校正处理后进行使用。
2)在有强承压含水层分布的地区,要对承压含水层揭穿前、后的测温资料加以区分。揭穿强承压含水层后有水上涌的钻孔,其温度与含水层揭穿前的温度状况迥然不同,前者由于有水上涌,井孔的温度是水的流温,不代表原始岩温。
3)在编图时,常遇到某些钻孔测温深度不够的情况,以致某些地段得不到资料控制,这时应对测温资料作一些必要的外推,以获得编图所需的数据,其方法如下:
① 由浅推深。即利用实测温度资料向深处外推,如果外推段的岩层性质和上段相同或基本相似,可据实测稳态温度曲线或经校正的近稳态曲线,按自然梯度,直延至目的深度,求得温度值。
② 对比法。如果外推的深度段岩性与测温段有明显差异,可根据该地区相同构造部位、相同岩性段的已知地温梯度值计算下段的温度。
③ 估算法。若所研究的钻孔,其温度场符合或基本符合一维热传导条件下,由深部而来的垂向热流在各层段都是相同的特点,即可根据浅部段实测地温梯度值与岩石热导率资料,以及深部预测段岩石热性质的变化,按照热流值相等原理,求出待测段的地温梯度和温度。
④ 编图过程中,应注意可能引起温度场变化的地质构造特点。如盖层厚薄的变化,基底起伏及构造形态,断裂带位置、性质及断距等,同时也要注意水文地质条件的变化,以便使编制的图件更好地反映客观实际。