CN111929742B - 高原复杂山区地热异常深埋隧道工程高温热水判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种高原复杂山区地热异常深埋隧道工程高温热水判别方法，解决了现有技术中复杂艰险山区地热异常隧道工程高温热水判别困难的问题，用多种方法揭示了高温热水的出漏特征。本发明包括以下步骤：(1)获取区域的地质构造、地层岩性、获取地热背景特征；(2)基于地面物探以及航空物探对地温异常区块进行识别，揭示硬质岩隧道地热地质构造平面分布特征、洞身断裂带以及节理密集带低阻特征；(3)通过深孔勘探揭示地层结构、地下水位以及破碎带位置，钻孔分层测温数据揭示地温及变化，通过综合测试及地温陡度进一步确定深埋隧道所处地温地下水出露特征，(4)取样分析地下水水化学组份，综合判断隧道洞身范围内是否存在高温热水。
Description
技术领域：
本发明属于深埋隧道高温热害评估领域，涉及一种深埋隧道工程 高温热水判别方法，尤其是涉及一种高原复杂山区地热异常深埋隧道 工程高温热水判别方法。
背景技术：
针对高原复杂艰险山区地热异常深埋隧道工程高温热水判别方 法，目前存在以下问题：
1、高原复杂艰险山区地热异常深埋隧道工程由于位于山岭地区， 地热异常引起的隧道工程高温热害勘察、高温热害的范围的确定非常 困难，需采取多种勘察手段进行相互验证对比分析。
2、隧道高程往往高于地下水水排泄面，即温泉出露高程，隧道 洞身的热害是高岩温还是高温热水一直是大家关注的焦点，尤其是高 温热水的危害较大，判断高温热水的出漏位置及水温至关重要。
3、目前国内在勘察阶段还没有很明确的判断出高温热水的出漏特 征。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高原复杂山区地热异常深埋隧道工 程高温热水判别方法，解决了现有技术中复杂艰险山区地热异常隧道 工程高温热水判别困难的问题，为地热异常区隧道高温热水的判断提 供了依据，用多种方法揭示了高温热水的出漏特征，为隧道高温热水 设计施工提供了可靠的资料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高原复杂山区地热异常深埋隧道工程高温热水判别方法，其 特征在于：包括如下步骤：
S1,根据地热地质、温泉调查获取区域的地质构造展布、地层岩 性分布以及初步的地热背景特征，结合地形地貌初步判断地下水溢出 带；
S2，基于地面物探以及航空物探对交通廊道内的地温异常区块进 行识别，揭示硬质岩隧道断裂带以及节理密集带平面及断面分布特 征，进一步确定地下水溢出带；
S3,通过深孔勘探揭示地层结构、地下水以及破碎带位置，钻孔 分层测温数据揭示孔内地温及变化特征，分析地温所处层位，通过综 合测试及地温陡度进一步确定深埋隧道高温热水的出露特征；
S4，同时取样分析地下水、地表水水化学组份，分析对比高温热 水与地表水、地下水的差别，综合判断隧道洞身范围内是否存在高温 热水。
S1步骤中，地热地质构造以及温泉调查包括如下步骤：
S1a1,通过调查工作区断裂分布、性质、规模，加强第四纪新构 造活动的调查。
S1a2，调查研究区温泉的分布情况。
S2步骤中，地面物探与航空物探包括如下步骤：
S2a1,在研究区人员可以到达的地方进行地面物探工作；
S2a2,艰险复杂山区无法开展地面物探工作的情况下，进行航空 物探工作；
S3步骤中，包括如下步骤：
S3a1：通过深孔勘探揭示地层结构、地下水位以及破碎带位置；
S3a2：开展钻孔分层测温数据揭示孔内地温及变化特征；
S3a3：利用综合测井及地温陡度进一步确定深埋隧道高温热水的 出露特征。
S4步骤中，包括如下步骤：
S4a1，同时取样分析地下水、地表水以及温泉水开展水化学分析；
S4a2，分析对比高温热水与地表水、地下水的差别，综合判断隧 道洞身范围内是否存在高温热水。
S2a1,在研究区人员可以到达的地方开展地面物探工作，主要物 探测线布置于垂直与线路、构造方向，确定断层破碎带的宽度、缝合 带的边界；
S2a2,基于航空物探三维反演电阻率、磁化率成果，分析异常低 阻和正常磁化率特征区，对交通廊道内的地温异常区块进行识别；提 取航空电磁三维反演电阻率成果图，结合区域地质构造展布、地层岩 性分布以及地热场背景特征，提取航空电磁三维反演电阻率成果图，圈定的区域内分析标识出整体低阻异常区块；提取航空电磁三维反演 磁化率成果图，解译标定出断裂构造及地层岩性大区；对照分析电阻 率、磁化率解译标定成果，若存在非断裂构造影响的整体低阻异常区， 则识别为地温异常区块。
S3a1：根据根据研究区地形地貌特征，布置测试钻孔，采用十字 交叉法布置，开展立体化勘探，对调查和物探揭示的断裂构造、低阻 异常区进行深孔勘探工作，利用钻孔成果揭示地层岩性特征、地下水 位埋深、断层破碎带宽度及性质地质信息。
S3a2：进行钻孔分层测温数据揭示孔内地温及变化特征：对垂直 深孔，施钻过程中根据各孔的实际情况，每50～200m按照要求进行一次测温；获取垂直深度的地温数据及变化特征。
S4a1，前期调查采集工程区内天然出露热水即温泉水样，钻孔内 地下水样以及地表沟水，进行水质简分析，测试微量元素SiO2、F、 Li、Sr、氢氧稳定同位素δD％、δ18O％、放射性同位素氚3H；
S4a2，分析地表水的主要成分以及刻画水化学类型，进一步综合 判断热水。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
1、本发明提出的应用地热地质构造分析、地面及航空物探、钻 探、地温测试以及水化学测试综合分析成果，为地热异常区隧道高温 热水的判断提供了依据。
2、本发明通过多种方法相互验证，刻画了隧道高温热水可能出 漏的范围，为隧道高温热水设计施工提供了可靠的资料。
附图说明：
图1是本发明提出的研究区拉月隧道沿线构造纲要图；
图2是本发明提出的研究区拉月温泉出露位置剖面图；
图3是本发明提出的一种雅鲁藏布江缝合带P11剖面(拉月2 沟)电阻率断面图及解译的北边界(F51)；
图4是本发明提出的一种硬质岩地区航空物探低阻圈定地热异 常区；
图5是本发明提出的一种4DSSZ-7钻孔分层测温成果图；
图6是本发明提出的一种4DSSZ-7-1钻孔分层测温成果图；
图7本发明提出的一种4DSSZ-8钻孔温度-电阻率曲线成果图；
图8本发明提出的一种4DSSZ-8钻孔温度-梯度-陡度曲线成果 图；
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。这些实施例是 用于说明本发明而不限于本发明的范围。
本发明为一种高原复杂艰险山区地热异常区深埋隧道工程高温 热水判别方法。应用地热地质构造分析、地面及航空物探、钻探、地 温测试以及水化学测试综合分析成果，为地热异常区隧道高温热水的 判断提供了依据，刻画了隧道高温热水可能出漏的范围，为隧道高温 热水设计施工提供了可靠的资料。本发明包括：(1)根据温泉、地热 地质调查获取区域的地质构造、地层岩性、获取地热背景特征；(2) 基于地面物探以及航空物探对地温异常区块进行识别，揭示硬质岩隧道地热地质构造平面分布特征、洞身断裂带以及节理密集带低阻特 征；(3)通过深孔勘探揭示地层结构、地下水位以及破碎带位置，钻 孔分层测温数据揭示地温及变化，通过综合测试及地温陡度进一步确 定深埋隧道所处地温地下水出露特征；(4)同时取样分析地下水水化 学组份，判断地下水、地表水的水化学类型，与周边温泉水进行对 比分析，以达到综合判断隧道洞身范围内是否存在高温热水。
本发明具体包括如下步骤：
S1,根据地热地质、温泉调查获取区域的地质构造展布、地层岩 性分布以及初步的地热背景特征，结合地形地貌初步判断地下水溢出 带；
S1步骤中，地热地质构造以及温泉调查：
S1a1,通过调查工作区断裂分布、性质、规模等，加强第四纪新 构造活动的调查。
S1a3，调查研究区温泉的分布情况。
S2，基于地面物探以及航空物探对交通廊道内的地温异常区块进 行识别，揭示硬质岩隧道断裂带以及节理密集带平面及断面分布特 征，进一步确定地下水溢出带；
S2步骤中，地面物探与航空物探：
S2a1,在研究区人员可以到达的地方开展地面物探工作；
S2a2,艰险复杂山区无法开展地面物探工作的情况下，开展航空 物探工作；
S3,通过深孔勘探揭示地层结构、地下水以及破碎带位置，钻孔 分层测温数据揭示孔内地温及变化特征，分析地温所处层位，通过综 合测试及地温陡度进一步确定深埋隧道高温热水的出露特征。包括以 下步骤：
S3a1：通过深孔勘探揭示地层结构、地下水位以及破碎带位置。
S3a2：开展钻孔分层测温数据揭示孔内地温及变化特征。
S3a3：利用综合测井及地温陡度进一步确定深埋隧道高温热水的 出露特征。
S4，同时取样分析地下水、地表水水化学组份，分析对比高温热 水与地表水、地下水的差别，以达到综合判断隧道洞身范围内是否存 在高温热水的目的。包括以下步骤：
S4a1，同时取样分析地下水、地表水以及温泉水开展水化学分析。
S4a2，分析对比高温热水与地表水、地下水的差别，以达到综合 判断隧道洞身范围内是否存在高温热水的目的。
实施例：
参见图1，本发明包括如下步骤：
S1,根据地热地质、温泉调查获取区域的地质构造展布、地层岩 性分布以及初步的地热背景特征，结合地形地貌初步判断地下水溢出 带。
参见图1、图2，S1步骤中，地热地质构造以及温泉调查：
S1a1,通过调查工作区断裂分布、性质、规模等，加强第四纪新 构造活动的调查。选择典型地段进行节理裂隙的调查，查明工作区构 造活动期次，最终厘定工作区构造格架。绘制工作区构造地质图，包 括断层、节理等信息，在重要位置标绘剖面图。
S1a,2，调查研究区温泉的分布情况，包括温泉的类型、温度、 流量等特征。在已发现地热资源的基础上，对新发现的地热资源进行 标注。以构造调查为手段，查明地热资源的控制因素、分布规律。
S2，基于地面物探以及航空物探对交通廊道内的地温异常区块进 行识别，揭示硬质岩隧道断裂带以及节理密集带平面及断面分布特 征，进一步确定地下水溢出带。
参见图3，S2步骤中，地面物探与航空物探工作：
S2a1,在研究区人员可以到达的地方开展地面物探工作，主要物 探测线布置于垂直与线路、构造方向，确定断层破碎带的宽度雅江缝 合带的边界。
S2a2,基于航空物探三维反演电阻率、磁化率成果，分析异常低 阻和正常磁化率特征区，从而对交通廊道内的地温异常区块进行识 别。提取航空电磁三维反演电阻率成果图，结合区域地质构造展布、 地层岩性分布以及地热场背景特征，提取航空电磁三维反演电阻率成果图，圈定的区域内分析标识出整体低阻异常区块；提取航空电磁三 维反演磁化率(一般不受地温影响)成果图，解译标定出断裂构造及 地层岩性大区。对照分析电阻率、磁化率解译标定成果，若存在非断 裂构造(磁化率解译)影响的整体低阻异常区(电阻率解译)，则可 识别为地温异常区块，整个图4所示的低阻区均为地热异常。
S3,通过深孔勘探揭示地层结构、地下水以及破碎带位置，钻孔 分层测温数据揭示孔内地温及变化特征，分析地温所处层位，通过综 合测试及地温陡度进一步确定深埋隧道高温热水的出露特征。包括以 下步骤：
S3a1：根据根据研究区地形地貌特征，布置测试钻孔，采用十字 交叉法布置，开展立体化勘探，尤其是调查和物探揭示的断裂构造、 低阻异常区开展深孔勘探工作，利用钻孔成果揭示地层岩性特征、地 下水位埋深、断层破碎带宽度及性质等直观的地质信息。根据勘探成果，揭示出拉月2沟地下水位埋深在15～20m，由于覆盖层较薄，揭 示的地下水主要为基岩裂隙水，其余钻孔也是揭示的基岩裂隙水。
表1拉月隧道主要深孔勘探成果一栏表
S3a2：参见图5、图6，进行钻孔分层测温数据揭示孔内地温及 变化特征：对垂直深孔，施钻过程中根据各孔的实际情况，每50～200m 按照本要求进行一次测温。获取垂直深度的地温数据及变化特征，总 体上垂直孔分层测温的数据变化不大，但可以分析出水点的位置。拉 月隧道拉月2沟4DSSZ-7、4DSSZ-7-1位于F5支断裂，分层测温结 果表明，孔底温度可以达到56℃。两者的曲线可以看出明显存在局 部升高或降低变化点，初步判定为地下水处漏点。4DSSZ-6-3、 DSSSZ-17也揭示出高温，位于米林断裂带的A5KSZ-17-3尽管地温不高，但显示出明显的地热异常。
S3a3：利用综合测井及地温陡度进一步确定深埋隧道高温热水的 出露特征。
电阻率曲线上，孔内存在高温热水出水点，出水点附近地层岩石 的电阻率值相对常温出水点岩石的电阻率值会偏低。即高温热水带来的高低温对周围岩石电阻率存在影响，地温越高，岩石电阻率越低。 如图7所示，4DSSZ-8钻孔在396米、408米及435米三处孔内出水， 声波速度相对上下地层没有明显变化，说明围岩完整性相对变化不 大，电阻率相对降低。
温度曲线上，高温热水出水点附近温度梯度为正峰值，反之为负 峰值；温度陡度在短距离范围内剧烈波动，如图8所示。
S4，同时取样分析地下水、地表水水化学组份，分析对比高温热 水与地表水、地下水的差别，以达到综合判断隧道洞身范围内是否存 在高温热水的目的。包括以下步骤：
S4a1，前期调查采集工程区内天然出露热水即温泉水样，钻孔 内地下水样以及地表沟水，主要开展水质简分析，测试SiO2、F、Li、 Sr等微量元素、氢氧稳定同位素(δD％、δ18O％)、放射性同位素氚 (3H)。
S4a2，研究区天然出露的热水、钻孔水以及地表水之间水化学特 征存在差异，并且各热水之间也存在较大差异，通过分析地表水的主 要成分以及刻画水化学类型来到达进一步综合判断热水的目的。
拉月隧道附近天然出露的热水包括拉月温泉(S01)和排龙温泉 (S02)，通麦长青沸泉(S03)，通麦长青沸泉(S03)其阴离子以Cl-为主，阳离子以Na+为主，水化学类型为Cl-Na型；拉月温泉(S01) 和排龙温泉(S02)阴离子均以HCO3-为主，阳离子以Ca2+为主，Na+次之，水化学类型为HCO3-Ca.Na型。
研究区一般地下水的矿物度均小于300mg/L，地下水类型以 HCO3.SO4-Na为主，地表水矿化度普遍小于100mg/L，地下水类型 以SO4–Na为主。热水的矿化度一般与温泉水的接近，普遍大于 1000mg/L，拉月2沟隧道正线附近的的4DSSZ-7、4DSSZ-7-1揭示了 中高温热水；地下水类型以HCO3-Ca.Na、HCO3.Cl-Na为主；而含一 定比例热水的矿化度通常大于400mg/L,HCO3.Cl.SO4-Na.Ca、 HCO3.Cl-Na.Ca。而4DSSZ-6-3、A5KSZ-17-3含一定比例的热水。热 水出露多的位置多位于地形切割以及构造影响地段，比如拉月2沟， f5支断裂以及米林断裂，而山脊或山坡上的钻孔不含热水或者热水的 比例极低。
表2研究区钻孔水常量组分特征表
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅 读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本 发明的权利要求所涵盖。
Claims (2)
1.一种高原复杂山区地热异常深埋隧道工程高温热水判别方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1,根据地热地质、温泉调查获取区域的地质构造展布、地层岩性分布以及初步的地热背景特征，结合地形地貌初步判断地下水溢出带；
S2，基于地面物探以及航空物探对交通廊道内的地温异常区块进行识别，揭示硬质岩隧道断裂带以及节理密集带平面及断面分布特征，进一步确定地下水溢出带；
S3,通过深孔勘探揭示地层结构、地下水以及破碎带位置，钻孔分层测温数据揭示孔内地温及变化特征，分析地温所处层位，通过综合测试及地温陡度进一步确定深埋隧道高温热水的出露特征；
S4，同时取样分析地下水、地表水水化学组份，分析对比高温热水与地表水、一般地下水的差别，综合判断隧道洞身范围内是否存在高温热水；所述地下水包括一般地下水和高温热水；所述地表水包括温泉水和地表沟水；
S1步骤中，地热地质、温泉调查包括如下步骤：
S1a1, 通过调查工作区断裂分布、性质、规模，加强第四纪新构造活动的调查；
S1a2，调查研究区温泉的分布情况；
S2步骤中，地面物探与航空物探包括如下步骤：
S2a1,在研究区人员可以到达的地方开展地面物探工作，主要物探测线布置垂直于线路、构造方向，确定断层破碎带的宽度、缝合带的边界；
S2a2, 艰险复杂山区无法开展地面物探工作的情况下，进行航空物探工作；基于航空电磁三维反演电阻率、磁化率成果，分析异常低阻和正常磁化率特征区，对交通廊道内的地温异常区块进行识别；提取航空电磁三维反演电阻率成果图，结合区域地质构造展布、地层岩性分布以及地热背景特征，在圈定的区域内解译标定出整体低阻异常区块；提取航空电磁三维反演磁化率成果图，解译标定出断裂构造及地层岩性大区；对照分析电阻率、磁化率解译标定成果，若存在非断裂构造影响的整体低阻异常区，则识别为地温异常区块。
2.根据权利要求1所述的高原复杂山区地热异常深埋隧道工程高温热水判别方法，其特征在于：通过深孔勘探揭示地层结构、地下水以及破碎带位置，钻孔分层测温数据揭示孔内地温及变化特征具体包括如下步骤：
S3a1：根据研究区地形地貌特征，布置测试钻孔，采用十字交叉法布置，开展立体化勘探，对调查和物探揭示的断裂构造、低阻异常区进行深孔勘探工作，利用钻孔成果揭示地层岩性特征、地下水位埋深、断层破碎带宽度及性质；
S3a2：对垂直深孔，施钻过程中根据各孔的实际情况，每50~200m按照要求进行一次测温；获取垂直深度的地温数据及变化特征。
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