Métodos de medición geotérmica

En estudios geotérmicos de grandes áreas, se pueden utilizar métodos de escaneo infrarrojo para delimitar el alcance de las anomalías geotérmicas. En los estudios geotérmicos regionales o locales, generalmente hay mediciones de temperatura en pozos profundos (aproximadamente 1000 m), mediciones de temperatura en pozos poco profundos (50 ~ 200 m), mediciones de temperatura del suelo poco profundo (2 ~ 30 m) y métodos de medición de temperatura de 1 m.

(1) Instrumentos de medición geotérmica

1. Termómetro

Los instrumentos utilizados para medir la temperatura del pozo incluyen el termómetro de mayor mercurio, el termómetro de resistencia y el termómetro de termistor semiconductor. . En la medición real, se puede utilizar de forma flexible según condiciones específicas.

2. Instrumentos de medida de la conductividad térmica

El valor de la conductividad térmica de las rocas se realiza básicamente en el laboratorio. Sin embargo, para materiales sueltos como el suelo, se pueden utilizar métodos de medición in situ. Los métodos de medición de laboratorio incluyen el método de estado estacionario y el método transitorio. El método de estado estacionario es más preciso pero requiere más tiempo que el método transitorio. En nuestro país, el instrumento comúnmente utilizado es un medidor de conductividad térmica de placa plana estable, o se puede utilizar una sonda de conductividad térmica para medir directamente la conductividad térmica en el sitio.

La ventaja del método de medición in situ es que puede medir las propiedades de las rocas en su estado original; otra ventaja es que es rápido. Para medir la conductividad térmica de materiales sueltos como sedimentos de aguas profundas, suelo, arena, arcilla, nieve y hielo, existen diversas técnicas de medición in situ, cuyos resultados sólo pueden reflejar el estado térmico instantáneo alrededor de la sonda de medición. . En los últimos años, se ha utilizado una sonda de doble propósito para medir simultáneamente el gradiente geotérmico y los valores de conductividad térmica en los pozos.

(2) Métodos de trabajo de medición geotérmica

La medición geotérmica es de gran importancia en los estudios geotérmicos ya que el calor en el área de anomalía geotérmica puede difundirse continuamente a la superficie a través de conducción, por. Al medir la temperatura y el flujo de calor natural a cierta profundidad bajo tierra, podemos delimitar áreas de anomalías geotérmicas e inferir aproximadamente el rango de distribución del agua subterránea.

La medición geotérmica se puede realizar sobre una red de medición compuesta por puntos y líneas a intervalos determinados. La dirección de la línea de medición generalmente debe ser perpendicular al eje longitudinal de la anomalía geotérmica o a la dirección de la estructura de almacenamiento y conducción de calor. La densidad de la red de medición debe determinarse en función de la forma y escala de las anomalías geotérmicas. Si la estructura que controla el agua caliente subterránea no está clara y la forma de la anomalía térmica es compleja, se debe aumentar la densidad de la red de medición; Si la capa de cobertura es gruesa y la anomalía geotérmica no es evidente, se debe aumentar la densidad de la red de medición. Se puede diluir adecuadamente para ampliar el área de medición.

La profundidad de la medición geotérmica debe determinarse de acuerdo con la profundidad del entierro y la temperatura de la estructura de almacenamiento de calor y la hidrogeología y las condiciones climáticas locales. En áreas geotérmicas de alta temperatura con pequeñas profundidades de enterramiento, se puede utilizar la medición de temperatura poco profunda porque las anomalías geotérmicas de la superficie son obvias. La medición de temperatura superficial incluye dos tipos: estudio de temperatura de la superficie y estudio de temperatura del suelo en pozos poco profundos.

El estudio de temperatura de la superficie sirve para medir la temperatura y el gradiente de temperatura del suelo. Dado que la temperatura del suelo a una profundidad de 1 m no se ve afectada por los cambios instantáneos de temperatura, la medición a una profundidad de 1 m, es decir, se puede utilizar el método de medición de temperatura mediante medidor, medir con un termómetro en un agujero poco profundo de 2 a 30 m de profundidad. Dado que el rango de extensión de las anomalías geotérmicas cercanas a la superficie es generalmente pequeño, la distancia del punto debe ser inferior a 50 m, principalmente entre 10 y 30 m.

La profundidad del pozo para la medición geotérmica de pozos poco profundos generalmente está entre 50 y 200 m, y el espaciamiento de las perforaciones depende del rango de anomalías geotérmicas. Su ventaja es que no se ve afectado por los cambios climáticos de la superficie, pero el costo de la perforación es mayor que la medición de la temperatura del suelo.

La profundidad del pozo de medición geotérmica de pozos profundos es relativamente profunda, generalmente alrededor de 1000 m, y se utiliza principalmente para comprender el estado térmico profundo.

En áreas geotérmicas con capas gruesas y cuando no hay ninguna anomalía geotérmica en la superficie, o ésta es débil, se suele utilizar el método de medición de la temperatura del pozo. Dado que la temperatura original del macizo rocoso en el pozo ha sido destruida por actividades técnicas como la perforación, el fluido del pozo o la circulación de aire, para que el gradiente geotérmico medido se acerque lo más posible al gradiente geotérmico original, generalmente es necesario esperar a que un período de tiempo considerable después del pozo final (generalmente, toma de varios días a medio mes después de que la temperatura del aire en el pozo y la temperatura de la capa de roca en la pared del pozo alcancen un equilibrio estable, se puede realizar la medición del gradiente geotérmico). llevarse a cabo. Durante la medición, se coloca un termómetro termistor semiconductor en el pozo a través de un cable y se miden punto por punto los cambios verticales en la temperatura del suelo.

(3) Recopilación e ilustración de datos de medición geotérmica

Los datos obtenidos de la medición geotérmica son información de primera mano extremadamente importante.

Para obtener conclusiones correctas sobre la distribución espacial y la escala de las anomalías geotérmicas, los datos originales recopilados y los datos originales de medición de temperatura relacionados con el campo geotérmico deben analizarse, clasificarse y evaluarse exhaustivamente.

Antes de sintetizar los datos, es necesario saber si la temperatura del pozo ha vuelto al equilibrio. La perforación estática a largo plazo, los pozos de cimentación, los pozos de producción, los pozos de observación hidrológica con pequeños cambios en el nivel del agua y los datos de medición de la temperatura del pozo que son estables durante más de 3 a 5 días después del pozo final se pueden utilizar como datos básicos. La temperatura del fondo del pozo durante la perforación, la temperatura del pozo cuando se cierra para medir la presión estática y la temperatura de los pozos poco profundos en los túneles mineros (generalmente más de 5 m) se pueden utilizar como datos de comparación y referencia para datos similares. Las curvas de temperatura en pozos artesianos y pozos secos con fuertes efectos de escorrentía no pueden procesarse como datos geotérmicos. Si el objetivo es determinar la densidad del flujo de calor, se deben seleccionar los datos de temperatura del pozo local más profundo sin la influencia del movimiento del agua subterránea.

De acuerdo con las curvas de temperatura de cada pozo en toda la región, se puede obtener el gradiente geotérmico de cada capa de roca en el pozo y el gradiente geotérmico promedio de cada capa de roca en toda la región, y luego de acuerdo Según la ecuación (6-3), use La conductividad térmica κ de la roca medida en la muestra del núcleo se puede usar para obtener la densidad del flujo de calor de cada capa de roca en el pozo, y luego el valor promedio de densidad del flujo de calor de cada capa de roca. en toda el área se puede obtener.

Los datos de medición de temperatura de pozos poco profundos, especialmente los datos de medición de temperatura del medidor, se ven afectados por cambios en el ciclo de temperatura, interferencias de diferentes condiciones de la superficie, actividad del agua subterránea, elevación, laderas sombreadas, laderas soleadas de montañas e interferencia humana. por lo que se debe realizar una corrección de temperatura.

1. La influencia y corrección de los cambios cíclicos de temperatura en la medición de la temperatura del medidor

Los cambios cíclicos en la temperatura del aire cercano a la superficie causados ​​por los cambios periódicos en la radiación solar térmica afectarán inevitablemente la Medición de temperatura debido al intercambio de calor a la distribución del campo geotérmico.

La corrección del cambio anual debe adoptar diferentes métodos según el tamaño del área de trabajo, la duración del tiempo de trabajo y las condiciones del área de trabajo. Si el tiempo de trabajo no es largo, el. El terreno es relativamente plano, la litología es relativamente uniforme y las condiciones de la superficie son desiguales. Complejo, se puede utilizar el método de medir la temperatura relativa del suelo. Este método consiste en restar el valor de temperatura del punto base del día del valor de temperatura de cada punto medido para obtener el valor de temperatura relativa de cada punto medido. Cuando la temperatura del punto base cambia mucho (más de 0,3 °C), se utiliza el método de interpolación para corregirlo. Finalmente, el valor de temperatura relativa del suelo de cada punto de medición en el área de medición se convierte en un valor de temperatura del suelo basado en. un cierto tiempo dentro del período de trabajo, y este valor de temperatura se utiliza Draw para explicar. Si se pueden realizar trabajos de medición de temperatura superficial en meses en los que los cambios de temperatura son suaves, el impacto de los cambios anuales se verá enormemente debilitado.

Cuando el área de trabajo es grande, el tiempo de trabajo es largo y las condiciones de la superficie son complejas, ya que los cambios anuales de los puntos base seleccionados y los agujeros medidos en el campo a menudo no están sincronizados, se utilizan diferentes puntos base. Se utiliza para correcciones separadas. Cuando la carga de trabajo es grande y es difícil lograr buenos resultados, el valor de difusividad térmica se puede utilizar para calcular el retraso en los cambios relativos de temperatura de la superficie a una cierta profundidad para la corrección anual.

2. Interferencia y corrección de diferentes condiciones de la superficie

Las diferencias en las condiciones de la superficie se refieren a diferencias en las propiedades del suelo, distribución de la litología, condiciones de cobertura, vegetación y otras condiciones de la superficie. Incluso si el calor transferido desde el interior de la tierra al exterior no cambia, la temperatura subterránea cambiará debido a las diferentes propiedades termodinámicas de las rocas. Los parámetros termodinámicos que afectan la distribución de la temperatura son principalmente la conductividad térmica, la difusividad térmica y el calor. coeficiente de liberación. La corrección del estado de la superficie puede utilizar el método de corrección del perfil, el método de corrección estadística, el método de corrección del coeficiente de difusión térmica y el método de corrección del coeficiente de liberación de calor.

El método de corrección de perfil consiste en seleccionar perfiles que pasan por varias condiciones de terreno diferentes al mismo tiempo en el campo de fondo y utilizar el método de agregar elementos sensores de temperatura u observaciones repetidas para medir repetidamente secciones con diferentes superficies. condiciones. El intervalo de temperatura en el límite entre las condiciones de la superficie determina el valor de corrección.

El método de corrección estadística consiste en clasificar las áreas de estudio basándose en el reconocimiento antes de la construcción del campo y seleccionar una serie de puntos de medición que estén distribuidos uniformemente y sean fáciles de preservar en lugares ampliamente distribuidos con diferentes condiciones de superficie. Durante el período de construcción, se realizaron observaciones periódicas basadas en diferentes meses. Cada pozo de medición se observó de 3 a 4 veces cada vez. Después de la corrección total del punto base, se usó el valor promedio de cada pozo como el valor de temperatura del pozo. el valor promedio de una determinada condición de la superficie se calculó como el valor de la temperatura del suelo.

El método de corrección de la difusividad térmica consiste en seleccionar varios puntos de medición según el tipo de condiciones de la superficie, medir el valor de la difusividad térmica del suelo de cada punto en un determinado intervalo de tiempo (o mensualmente) y calibrar los cambios anuales para Calcule cada uno de los factores de corrección para varios tipos de condiciones de superficie.

El método de corrección del coeficiente de liberación de calor se basa en las diferentes condiciones de la superficie y coeficientes de liberación de calor en el área de medición. Midiendo la temperatura y el gradiente de temperatura a una profundidad de 1 m, se calcula el valor del coeficiente de liberación de calor. Según diferentes condiciones de la superficie Se corrige la diferencia promedio del coeficiente de liberación de calor bajo las condiciones.

3. Influencia de las actividades de las aguas subterráneas

El agua subterránea es un factor geológico activo que se encuentra ampliamente distribuido en la parte poco profunda de la superficie terrestre, especialmente cerca de la superficie, y es fácil de fluir. . El agua subterránea tiene una alta conductividad térmica y una gran capacidad calorífica, y transfiere calor por conducción y convección. La actividad de las aguas subterráneas poco profundas afectará la distribución del campo geotérmico regional, convirtiéndose así en un factor de interferencia para la medición de temperatura poco profunda.

En las cuencas de drenaje abiertas, el agua subterránea juega un papel en el enfriamiento y el enfriamiento. En las cuencas de estancamiento cerradas, el agua subterránea está relativamente estancada, la temperatura del agua y la temperatura de la roca circundante tienden a ser consistentes y el agua subterránea tiene poco impacto en el agua. campo de temperatura del suelo. En una cuenca de estancamiento semiabierta, no hay área de drenaje en el centro de la cuenca y el agua subterránea está relativamente estancada en el borde de la cuenca, la infiltración de la precipitación atmosférica también tendrá un impacto considerable en el agua subterránea.

Debido a la ubicuidad del agua subterránea, plantea grandes dificultades para el trabajo de medición de la temperatura del medidor. Las anomalías geotérmicas obtenidas de la exploración de agua caliente subterránea se ven afectadas por la actividad del agua subterránea, que a menudo reduce en gran medida la amplitud de la anomalía y cambia la forma de la anomalía geotérmica, lo que hace que el valor máximo de la anomalía geotérmica se desplace justo por encima de la conducción de agua caliente. falla. La actividad del agua subterránea en cada área de trabajo tiene sus propias características y actualmente no existe ningún método apropiado para corregir eficazmente la interferencia del agua subterránea. La práctica ha demostrado que incluso en áreas donde el nivel del agua subterránea cambia mucho y las actividades verticales y laterales del agua subterránea son intensas, aunque es difícil indicar la ubicación exacta de las anomalías de alta temperatura utilizando mediciones de temperatura, aún puede reflejar el alcance general de el área de anomalía geotérmica. Por lo tanto, no podemos simplemente inferir la ubicación subterránea del almacenamiento de calor a partir de la temperatura máxima observada. Debemos hacer todo lo posible para recopilar datos geológicos hidrogeológicos y estructurales relevantes para interpretar correctamente los resultados de la medición de temperatura.

4. La elevación, la influencia y corrección de las vertientes umbrías o soleadas de la montaña y la interferencia humana.

Las ondulaciones del terreno o los puntos de medición se sitúan en las umbrías o soleadas. pendientes de la ladera, haciendo que en los puntos de medición existan diferencias significativas en la cantidad de luz solar recibida. En el trabajo real, el campo de temperatura del suelo está estrechamente relacionado con la posición de la línea del perfil del terreno correspondiente. Cuando la pendiente del terreno no supera los 5 a 7°C, la temperatura a una profundidad de 1 m no se ve afectada por las fluctuaciones del terreno. En áreas de estudio con grandes ondulaciones del terreno, se debe hacer referencia a la relación entre la temperatura promedio anual y la elevación. Un método de corrección simple es que la temperatura aumenta o disminuye en 0,01 ℃ por cada 1 m que el terreno sube o baja. En zonas de piedemonte, zonas montañosas y zonas donde el terreno está fuertemente cortado, el valor de corrección cuando el ángulo de inclinación de la superficie es diferente también debe ser. ser considerado.

Cuanto más cerca esté el punto de medición de la vertiente soleada, mayor será la temperatura. Por el contrario, el punto de medición se encuentra a largo plazo protegido del sol y la temperatura es más baja. Este factor de influencia se tiene en cuenta en los registros de campo y el valor de corrección se puede obtener mediante experimentos comparativos sencillos.

El agua superficial y las características obvias afectarán la calidad de la medición de la temperatura. Estos factores pueden causar grandes distorsiones de temperatura en distancias cortas, pero su rango de influencia es limitado y se atenúa rápidamente a lo largo del avión. Esta interferencia puede eliminarse mediante reconocimiento.

Para facilitar la interpretación de los resultados, los puntos de medición deben intentar evitar pendientes con cambios bruscos de terreno, barrancos, llanuras aluviales, orillas de lagos, pantanos, afluencias de agua y sombra prolongada de árboles y Edificios altos Intente elegir la superficie. Los elementos sensores de temperatura se colocan en áreas con aproximadamente las mismas condiciones para la medición de temperatura.

5. Varios mapas de resultados principales de la medición de la temperatura del suelo

(1) Perfil de temperatura del suelo del pozo

Esta cifra se basa en diferentes profundidades del pozo. Se trazan los valores de temperatura. Esta curva generalmente se adjunta al gráfico de columnas hidrogeológicas del pozo para un análisis comparativo con el nivel de agua del pozo, el caudal y la estructura estratigráfica. No existe tal diagrama para mediciones de agujeros poco profundos.

(2) Diagrama de sección transversal de isoterma

Este diagrama es un diagrama importante para estudiar los cambios geotérmicos. Además de marcar los datos de temperatura del suelo de cada pozo en el mapa y dibujar las isotermas, el mapa también debe mostrar la litología de la formación, las fallas, las fisuras, la disolución de la roca caliente y la entrada, fuga y nivel del agua de los pozos para su análisis. y comparación.

(3) Mapa del plan isotérmico

Este tipo de mapa generalmente se basa en el mapa topográfico y geológico como mapa base y se dibuja en base a los datos de temperatura del suelo a la misma profundidad. en cada punto de medición.

Este mapa es de gran importancia para comprender la forma plana del área de anomalía geotérmica y encontrar y delimitar el centro de alta temperatura (Tian Gang et al., 2005).