高温地热田综合地球物理勘探系统及地热甜点区评价方法与流程

1.本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种高温地热田综合地球物理勘探系统及地热甜点区评价方法。


背景技术：

2.地热资源是一种十分宝贵的综合性矿产资源，其功能多，用途广，不仅是一种洁净的能源资源，可供发电、采暖等利用，而且还是一种可供提取溴、碘、硼砂、钾盐、铵盐等工业原料的热卤水资源和天然肥水资源，同时还是宝贵的医疗热矿水和饮用矿泉水资源以及生活供水水源。
3.关于地热的来源，有多种假说。一般认为，地热主要来源于地球内部放射性元素蜕变放热能，其次是地球自转产生的旋转能以及重力分异、化学反应，岩矿结晶释放的热能等。在地球形成过程中，这些热能的总量超过地球散逸的热能，形成巨大的热储量，使地壳局部熔化形成岩浆作用、变质作用。现已基本测算出，地核的温度达6000℃，地壳底层的温度达900－1000℃，地表常温层(距地面约15米)以下约15公里范围内，地温随深度增加而增高。地热平均增温率约为3℃/100米。不同地区地热增温率有差异，接近平均增温率的称正常温区，高于平均增温率的地区称地热异常区。地热异常区是研究、开发地热资源的主要对象。地壳板块边沿，深大断裂及火山分布带等，是明显的地热异常区。
4.地热资源的成生与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系。特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看，大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞带，板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。
5.根据地热资源的分布特征，虽然地下的温度随着深度的增加逐渐升高，但是如果地热资源埋藏太深，没有足够的地下水补给通道，通过抽取地下高温热水或高温水蒸气到地面来开发利用地热能资源的成本太高，没有办法实现经济高效的地热能资源大规模开发。因此需要综合利用多种不同的地球物理探测技术来勘探发现地热平均增温率高(>3
°
/100米)、埋深较浅、断层裂缝发育、周边地下水补给充足的高温地热田区域，才能低成本高效率的开发地热资源。


技术实现要素：

6.为实现综合利用多种不同的地球物理探测技术来勘探发现优质的高温地热田区域的目的，本发明提出了高温地热田综合地球物理勘探系统及地热资源甜点评价方法，其具体技术方案为：
7.高温地热田综合地球物理勘探系统，包括异常区探测系统和综合地球物理数据采集系统；
8.所述的异常区探测系统为航空或地面大面积布设的红外线遥感测量和放射性测
量系统；
9.所述的综合地球物理数据采集系统，包括地面数据采集子系统，或为地面数据采集子系统与井下数据采集子系统组成的井地联合数据采集系统；
10.所述的地面数据采集子系统，包括地面铠装光缆和多个地面三分量检波器，所述的地面铠装光缆内布设有单模光纤；所述单模光纤的尾端上安装了消光器；单模光纤与das/dts复合调制解调仪器连接；沿三维测网的地面测线开挖浅沟，所述的地面铠装光缆埋置在浅沟内，多个地面三分量检波器沿地面测线等间距布设；
11.所述的井下数据采集子系统，包括井下铠装光缆和多个井下三分量检波器，所述井下铠装光缆内布设有单模光纤和多模光纤；所述单模光纤的尾端上安装了消光器；井下铠装光缆的单模光纤与das/dts复合调制解调仪器的das信号输入端连接，多模光纤与das/dts复合调制解调仪器的dts信号输入端连接；所述井下铠装光缆布设在钻孔的套管外或套管内或套管井内的管柱外，多个井下三分量检波器等间距布设在套管内；
12.所述的综合地球物理数据采集系统，还包括地面宽频大地电磁数据采集系统，震源，地面高精度重力测量仪器；地面宽频大地电磁数据采集系统按照三维测网等间距逐点布设，所述地面高精度重力测量仪器按照三维测网等间距逐点布设；所述震源按照三维震源激发网等间距逐点布设。
13.具体的，所述震源包括地面纵波震源和地面横波震源，所述的地面纵波震源为炸药震源或可控震源或气枪震源或重锤震源或电火花震源中的一种，所述地面横波震源为可控横波震源；所述震源的点间距为12.5米，或25米，或50米，线间距为25米、50米，或100米。
14.所述的地面三分量检波器的点间距为6.25米，12.5米，或25米，线间距为12.5米，25米、或50米。
15.所述地面宽频大地电磁数据采集系统包含音频大地电磁amt和大地电磁mt数据采集模块，地面宽频大地电磁数据采集系统的点间距为250米或500米，测线间距为250米或500米。
16.所述地面高精度重力测量仪器的点间距为100米或200米，测线间距为100米或200米。
17.进一步的，所述的地面铠装光缆的单模光纤，为安置在柱状弹性体上的三分量分布式光纤声波传感光纤，或为按照螺旋管方式绕制在圆柱状弹性体上的螺旋光纤；所述的单模光纤为高灵敏度抗氢损的参杂芯或纯硅芯碳涂敷单模光纤；
18.所述的井下铠装光缆的单模光纤，为安置在柱状弹性体上的三分量分布式光纤声波传感光纤，或为按照螺旋管方式绕制在圆柱状弹性体上的螺旋光纤；所述的多模光纤为井温测量用的耐高温多模光纤；所述的多模光纤为耐高温高灵敏度抗氢损的参杂芯或纯硅芯碳涂敷的多模光纤；所述的单模光纤为耐高温高灵敏度抗氢损的参杂芯或纯硅芯碳涂敷的单模光纤。
19.利用上述的高温地热田综合地球物理勘探系统进行地热甜点区评价方法，包括以下步骤：
20.s1、在潜在高温地热田勘探区域布设异常区探测系统，对异常区探测系统的红外线遥感测量和放射性测量数据进行处理，圈定高地表温度和高放射性的异常区；
21.s2、在异常区内布设综合地球物理数据采集系统；
22.(a)如果所述的综合地球物理数据采集系统为地面数据采集子系统：
23.在每个预先布设好的震源位置，分别用纵波震源和横波震源进行激发，地面数据采集子系统进行地面三维三分量地震纵波数据和地震横波数据采集；
24.对地面三维三分量地震纵波数据和地震横波数据分别进行处理，获得地下岩层的三维纵波速度分布，三维横波速度分布，提取三维纵波波阻抗，提取三维横波波阻抗，计算地下三维空间纵横波速度比，计算地下三维空间泊松比，分别进行地下地质构造的精细反射纵波和反射横波偏移成像；
25.(b)如果所述的综合地球物理数据采集系统为井地联合数据采集系统：
26.进行井地联合三维三分量地震纵波和地震横波数据采集，das/dts复合调制解调仪器还采集井下铠装光缆记录的三分量地震纵波数据和三分量地震横波数据，地面三分量检波器、井下三分量检波器同步采集由震源激发的地震信号，das/dts复合调制解调仪器和井下铠装光缆内的多模光纤同时测量全井段的井温和地温梯度数据；
27.对井地联采的井中三分量地震纵波数据和地震横波数据，首先分别提取井中地震纵波数据和地震横波数据的井驱参数，包括纵波速度分布，横波速度分布，获取tar补偿因子与衰减系数q值，计算地下三维空间的各向异性系数，然后分别对井地联采的地面三维三分量地震纵波数据和地震横波数据进行提高分辨率和高精度的井驱处理，获得地下岩层的三维纵波速度分布，三维横波速度分布，提取三维纵波波阻抗，提取三维横波波阻抗，计算地下三维空间纵横波速度比，计算地下三维空间泊松比，分别进行地下地质构造的高分辨率精细反射纵波和反射横波深度域偏移成像；
28.收集三维工区内所有钻井的录井数据、随钻测井数据和电缆测井数据，对所有录井和测井数据进行处理和综合解释，重点分析解释井下铠装光缆内多模光纤测量到的井下高温地层中的各种录井和测井数据，寻找对高温地层岩石和高温岩层中流体敏感的单一或复合地球物理参数，并根据井下实测的温度值和温度梯度值对所有敏感地球物理参数进行基于井温的定量标定；
29.s3、地面宽频大地电磁数据采集系统沿地面预先布设的三维测网逐点采集地面三维宽频大地电磁数据；
30.处理地面三维宽频大地电磁数据，利用三维深度域偏移成像结果构建的地下三维地质构造模型，对地面三维宽频大地电磁数据做基于三维地质构造模型的约束反演，获得地下高分辨率的三维电阻率分布模型；
31.s4、地面高精度重力测量仪器沿地面预先布设的三维测网逐点采集地面高密度三维重力数据；
32.处理地面高密度三维重力数据，利用三维深度域偏移成像结果构建的地下三维地质构造模型，对地面高密度三维重力数据做基于三维地质构造模型的约束反演，获得地下高分辨率的三维密度分布模型；
33.s5、在高温地热田勘探区域内寻找相同埋深区域的三维地热敏感参数异常区或者具有与井中高温异常井段相同三维地热敏感参数的异常区域；
34.s6、对地下三维空间中的三维地热敏感参数异常区域的数据进行融合处理，圈定同时具有低纵波速度、低纵横波速度比值、低密度、低电阻率异常的共同异常区域，结合地下地质构造、断层发育带、裂缝发育带、火山岩通道解释成果，判断并评价此共同异常区域
是否为高温地热田目标区；
35.s7、通过步骤s2到步骤s6的综合地球物理数据处理解释，把地下埋藏较浅、地热平均增温率和温度很高、断层裂缝发育、地下水补给充足的区域评价为高温地热田的甜点区。
36.本发明提出了高温地热田综合地球物理勘探系统及地热甜点区评价方法，包括大面积布设的地面或航空红外线遥感测量和放射性测量，在高放射性区域布设地面三维或者井地联合三分量地震纵波和地震横波数据采集、地面三维宽频大地电磁数据采集、地面高密度三维重力数据采集。利用高温地热田探区内钻井中的测井和das
‑
vsp数据寻找对高温地热田异常敏感的地球物理参数，用来对比并标定同一深度位置处的地下三维空间的纵波速度场、横波速度场、纵横波速度比、泊松比、电阻率和密度数据体，然后根据选定的对高温地热田异常敏感的地球物理参数圈定高温、断层裂缝发育、地下水源补给丰富的地热甜点区域，最后对预测的地热甜点区域进行详细勘察和综合评价，快速高效低成本勘探发现高温地热田。
附图说明
37.图1是本发明实施例的高温地热田综合地球物理勘探系统的布设示意图；
38.图2是本发明实施例的井地联合数据采集系统的布设示意图；
39.图3是本发明实施例的地热甜点区评价方法工作流程的示意图。
具体实施方式
40.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
41.在本发明中，提出的高温地热田综合地球物理勘探系统及地热甜点区评价方法，包括在潜在的高温地热田目标地区先行部署大面积红外线遥感测量和地面或航空放射性测量，根据对红外线遥感测量和放射性测量数据的处理解释成果圈定具有高地热平均增温率(>3
°
/100米)、高地表温度和高放射性异常区域，在圈定的异常区域内布设地面三维或者井地联合三分量地震纵波和地震横波数据采集、地面三维宽频大地电磁数据采集、地面高密度三维重力数据采集。由于高温地热田中岩石孔隙内的地下水在地下高温的作用下已经变成了水蒸气，其地震纵波速度因为高温岩石孔隙流体的密度降低而降低，而地震横波速度因不受岩石孔隙中流体的影响不会发生变化，所以高温地热田内的纵横波速度比值也会降低；另外由于高温岩石孔隙里面的地下水蒸汽化，高温地热田内和周边的断层和裂缝发育带中存储有大量的相对完整岩石而言的低密度地下水和水蒸气，造成高温地热田内出现相对低密度异常，也因为大量含水会出现相对低电阻率异常。
42.利用高地热平均增温率(>3
°
/100米)、高地表温度和高放射性探区内钻井中的测井和das
‑
vsp数据寻找对高温地热田异常敏感的地球物理参数，用来对比并标定同一深度位置处的地下三维空间的纵波速度场、横波速度场、纵横波速度比、泊松比、电阻率和密度数据体，然后根据选定的对高温地热田异常敏感的地球物理参数圈定高温、断层裂缝发育、
地下水源补给丰富的地热甜点区域，最后对预测的地热甜点区域进行详细勘察和综合评价，快速高效低成本勘探发现高温地热田。
43.本发明的高温地热田综合地球物理勘探系统的布设示意图如图1所示，图1采用的井地联合数据采集系统。
44.图2是本发明实施例的井地联合数据采集系统的布设示意图。
45.高温地热田综合地球物理勘探系统，包括异常区探测系统1和综合地球物理数据采集系统；
46.所述的异常区探测系统1为航空或地面大面积布设的红外线遥感测量和放射性测量系统；
47.所述的综合地球物理数据采集系统，包括地面数据采集子系统，或为地面数据采集子系统与井下数据采集子系统组成的井地联合数据采集系统；
48.所述的地面数据采集子系统，包括地面铠装光缆21和多个地面三分量检波器51，所述的地面铠装光缆21内布设有单模光纤；所述单模光纤的尾端上安装了消光器4；单模光纤与das/dts复合调制解调仪器7连接；沿三维测网的地面测线开挖浅沟，所述的地面铠装光缆21埋置在浅沟内，多个地面三分量检波器51沿地面测线等间距布设；
49.所述的井下数据采集子系统，包括井下铠装光缆22和多个井下三分量检波器52，所述井下铠装光缆22内布设有单模光纤和多模光纤；所述单模光纤的尾端上安装了消光器4；井下铠装光缆22的单模光纤与das/dts复合调制解调仪器7的das信号输入端连接，多模光纤与das/dts复合调制解调仪器7的dts信号输入端连接；所述井下铠装光缆22布设在钻孔的套管外或套管内或套管井内的管柱外，多个井下三分量检波器52等间距布设在套管内；
50.所述的综合地球物理数据采集系统，还包括地面宽频大地电磁数据采集系统3，震源6，地面高精度重力测量仪器8；地面宽频大地电磁数据采集系统3按照三维测网等间距逐点布设，所述地面高精度重力测量仪器8按照三维测网等间距逐点布设；所述震源6按照三维震源激发网等间距逐点布设。
51.所述震源6包括地面纵波震源和地面横波震源，所述的地面纵波震源为炸药震源或可控震源或气枪震源或重锤震源或电火花震源中的一种，所述地面横波震源为可控横波震源；所述震源6的点间距为12.5米，或25米，或50米，线间距为25米、50米，或100米。
52.所述的地面三分量检波器51的点间距为6.25米，12.5米，或25米，线间距为12.5米，25米、或50米。
53.所述地面宽频大地电磁数据采集系统3包含音频大地电磁amt和大地电磁mt数据采集模块，地面宽频大地电磁数据采集系统3的点间距为250米或500米，测线间距为250米或500米。
54.所述地面高精度重力测量仪器8的点间距为100米或200米，测线间距为100米或200米。
55.所述的地面铠装光缆21的单模光纤，为安置在柱状弹性体上的三分量分布式光纤声波传感光纤，或为按照螺旋管方式绕制在圆柱状弹性体上的螺旋光纤；所述的单模光纤为高灵敏度抗氢损的参杂芯或纯硅芯碳涂敷单模光纤；
56.所述的井下铠装光缆22的单模光纤，为安置在柱状弹性体上的三分量分布式光纤
声波传感光纤，或为按照螺旋管方式绕制在圆柱状弹性体上的螺旋光纤；所述的多模光纤为井温测量用的耐高温多模光纤；所述的多模光纤为耐高温高灵敏度抗氢损的参杂芯或纯硅芯碳涂敷的多模光纤；所述的单模光纤为耐高温高灵敏度抗氢损的参杂芯或纯硅芯碳涂敷的单模光纤。
57.地热甜点区评价方法，工作流程的示意图如图3所示，包括以下步骤：
58.s1、在潜在高温地热田勘探区域布设异常区探测系统1，对异常区探测系统1的红外线遥感测量和放射性测量数据进行处理，圈定高地表温度和高放射性的异常区；
59.s2、在异常区内布设综合地球物理数据采集系统；
60.(a)如果所述的综合地球物理数据采集系统为地面数据采集子系统：
61.在每个预先布设好的震源6位置，分别用纵波震源和横波震源进行激发，地面数据采集子系统进行地面三维三分量地震纵波数据和地震横波数据采集；
62.对地面三维三分量地震纵波数据和地震横波数据分别进行处理，获得地下岩层的三维纵波速度分布，三维横波速度分布，提取三维纵波波阻抗，提取三维横波波阻抗，计算地下三维空间纵横波速度比，计算地下三维空间泊松比，分别进行地下地质构造的精细反射纵波和反射横波偏移成像；
63.(b)如果所述的综合地球物理数据采集系统为井地联合数据采集系统：
64.进行井地联合三维三分量地震纵波和地震横波数据采集，das/dts复合调制解调仪器7还采集井下铠装光缆22记录的三分量地震纵波数据和三分量地震横波数据，地面三分量检波器51、井下三分量检波器52同步采集由震源6激发的地震信号，das/dts复合调制解调仪器7和井下铠装光缆22内的多模光纤同时测量全井段的井温和地温梯度数据；
65.对井地联采的井中三分量地震纵波数据和地震横波数据，首先分别提取井中地震纵波数据和地震横波数据的井驱参数，包括纵波速度分布，横波速度分布，获取tar补偿因子与衰减系数q值，计算地下三维空间的各向异性系数，然后分别对井地联采的地面三维三分量地震纵波数据和地震横波数据进行提高分辨率和高精度的井驱处理，获得地下岩层的三维纵波速度分布，三维横波速度分布，提取三维纵波波阻抗，提取三维横波波阻抗，计算地下三维空间纵横波速度比，计算地下三维空间泊松比，分别进行地下地质构造的高分辨率精细反射纵波和反射横波深度域偏移成像；
66.收集三维工区内所有钻井的录井数据、随钻测井数据和电缆测井数据，对所有录井和测井数据进行处理和综合解释，重点分析解释井下铠装光缆22内多模光纤测量到的井下高温地层中的各种录井和测井数据，寻找对高温地层岩石和高温岩层中流体敏感的单一或复合地球物理参数，并根据井下实测的温度值和温度梯度值对所有敏感地球物理参数进行基于井温的定量标定；
67.s3、地面宽频大地电磁数据采集系统3沿地面预先布设的三维测网逐点采集地面三维宽频大地电磁数据；
68.处理地面三维宽频大地电磁数据，利用三维深度域偏移成像结果构建的地下三维地质构造模型，对地面三维宽频大地电磁数据做基于三维地质构造模型的约束反演，获得地下高分辨率的三维电阻率分布模型；
69.s4、地面高精度重力测量仪器8沿地面预先布设的三维测网逐点采集地面高密度三维重力数据；
70.处理地面高密度三维重力数据，利用三维深度域偏移成像结果构建的地下三维地质构造模型，对地面高密度三维重力数据做基于三维地质构造模型的约束反演，获得地下高分辨率的三维密度分布模型；
71.s5、在高温地热田勘探区域内寻找相同埋深区域的三维地热敏感参数异常区或者具有与井中高温异常井段相同三维地热敏感参数的异常区域，比如低纵波速度区域、低纵横波速度比值区域、低密度区域、低电阻率区域等；
72.s6、对地下三维空间中的三维地热敏感参数异常区域的数据进行融合处理，圈定同时具有低纵波速度、低纵横波速度比值、低密度、低电阻率异常的共同异常区域，结合地下地质构造、断层发育带、裂缝发育带、火山岩通道解释成果，判断并评价此共同异常区域是否为高温地热田目标区；
73.s7、通过步骤s2到步骤s6的综合地球物理数据处理解释，把地下埋藏较浅、地热平均增温率和温度很高(纵波低速带和低纵横波速度比区域)、断层裂缝发育(低密度区域)、地下水补给充足(低电阻率区域)的区域评价为高温地热田的甜点区。