地热资源地震勘探方法综述 - 合肥国为电子有限公司.DOC

地热资源地震勘探方法综述 王丹 魏水建 贾跃玮 卢志 摘要：全球地热资源丰富,具有巨大的 开发潜力,它将在全球的经济发展中起到强大的推动作用。地震方法是高精度地热勘探开发中不可或缺的手段。地热资源地震勘探方法包括主动地震和被动地震两大 类,这两类地震方法在地热勘探的不同阶段各自发挥着重要作用。首先分析了地热储层的地震响应特征,然后总结了国内外被动地震和主动地震勘探新技术,为进一 步提高我国的地热资源地震勘探水平提供一些借鉴。研究表明,被动地震在地热田最初的普查中起到关键作用,但是在地热储层特征的精细刻画和裂缝探测的预测精 度方面,该方法存在一定的缺陷;主动方法虽然成本相对较高,但是由于其高信噪比和高分辨率,所以它能更好地描述储层特征,为未开发地热区选区评价和井位优 选提供可靠的技术保障;此外,多波技术也将是地热勘探未来发展的重要方向。 关键字：地热 地震勘探 被动地震 主动地震 多波技术 全球能源问题日益突出。一是供需矛盾，截止2010年，20%的世界人口仍然无法用电。二是能源需求增长与温室效应的矛盾，2010年初级能源需求增加 5% ，与之相关的二氧化碳排放量为 30．4 t，相比2009年增长了 5.3% ，可能引起严重的温室效应。三是资源浪费，由化石燃料补贴而引起严重的浪费性消费，2010 年增加约 4090亿美元。四是不稳定因素，能源分布不均，中东和北非等国家的动荡易引起全球性能源危机。而地热资源作为可再生无污染资源，将对发展低碳经济起到极其重要的作用。《新能源报告》指出，地热资源的能量是全球常规能源总能量的45万倍，是全球煤资源的1.7亿倍。此外，我国地热资源较为丰富，中国主要盆地地热资源量为2.496×1022J，折合标准煤8.532×1011t ，并且中国仅重点城市的浅层地热能就达到2.78 ×1020J ，每年可利用量为2.89×1012kWh，因此我国地热资源的开发和利用前景广阔。 地热资源勘探的地震方法分为主动地震和被动地震两类方法。被动地震勘探是利用密集地震台阵来监测岩层中微地震活动所产生的地震波，然后运用地震学方法来反演微地震的活动特征，并反演出研究区三维纵横波速度、纵横波速度比、泊松比等弹性参数分布的一种勘探方法。被动地震勘探方法在国外地热资源勘探中已得到普遍应用，而国内对该方法研究尚不广泛。主动地震是指高分辨率的反射地震勘探方法。主动地震成本相对高，因此在地热资源普查阶段仍然依靠被动地震，而对于评价区的地热储层，主动地震才是最可靠的资料。 地震方法作为一种超深且高精度的勘探方法，在一定程度上弥补了重磁电方法勘探的不足。它已在我国大多数地热田展开了应用，例如西藏、天津、河北、云南等省市地热田都采用了三维地震勘探技术，并且山东省地热田还采用高分辨率地震勘探技术。但是，国内地热田仅仅利用主动地震方法来研究地质构造，解决断裂识别的问题，而如何有效利用地震信息解决热储层预测、裂隙通道精细刻画、地层水识别等关键问题尚是空白。另一方面，被动地震方法在国内地热田中的应用严重不足。也就是说，与美国、日本相比，我国地震技术在地热资源勘探中利用得远远不够，发展速度也相对滞后。在美国和冰岛等国家，地震方法早已成为地热资源勘探开发的主流手段，不仅利用叠后地震资料进行导水的断裂的识别，还综合利用叠前、叠后以及多波信 息精细刻画和描述热储层特征，明显提高了地热勘探的精准度。 1地热储层地震响应特征 1.1地震波速度衰减 随着地层温度的升高，岩石的物性特征会发生很大变化，其中最明显的变化是:随着温度的升高，岩石的纵波速度降低，横波速度也逐渐减小且趋于零。Makky等通过岩石物理实验进一步印证了这一结论:岩石的地震波速度随温度升高而降低(图1 a)，水的地震波速度也随温度升高而降低(图1 b)。此外，由于地热储层中蒸汽和裂缝的存在，将导致弹性波速度进一步衰减。 图1地热区岩石(a)和水(b)的地震波速度、密度与温度的关系 1. 2地层吸收衰减 当地层含流体后，在地震资料上振幅和频率都有所反映:纵横波振幅能量严重衰减，地震波高频成分也大幅度衰减，且含蒸汽与含水时也存在一定的差别，含蒸汽时振幅、频率衰减更严重，有时在地震 剖面上形成“空白带”反射，因此地层吸收系数和地震衰减属性是进行地热储层描述和流体预测的重要参数(如图2) 。 图2温度对Q值的影响 1. 3弹性参数的影响 非地热储层、含水地层以及含蒸汽地层的纵横波速度比、泊松比等弹性参数有较大差异。在国外很多地热田中，都对纵横波速度比做过详细研究。总结这些研究可知，水占主导的地热储层(例如美 国East Mesa和墨西哥Cerro Prieto地热田)纵横波速度比高，达到1.55一1.68。而气态水占主导的地热田(例如美国Geysers和Coso地热田)纵横波速比低。