增强型地热系统水热岩与电磁参数耦合响应研究

In the process of Enhanced Geothermal Systems(EGS) exploration, development and monitoring, the electromagnetic (EM) method can be applied in analyzing, evaluating the location and scale of EGS reservoir, estimating the direction and size of fracture, or monitoring the distribution and transport of subsurface fluid from the macroscopic scale by the difference of electrical parameter (conductivity, permittivity, electric potential etc). The hydro-geological parameter of permeability (Hydraulic), temperature and pressure (Thermal), porosity (Rock) etc can indicate the growth and change of EGS reservoir from the microcosmic scale. In this topic, we start with the coupling relationship between hydro-thermal-rock and EM parameters and study the multiple fields coupled response. Firstly, according to the coupling relationship, this topic builds the multi-parameter time lapse coupling EGS reservoir model based on the multi-variant conditional stochastic simulation and TOUGH2 software. Then, on this basis, carrying out numerical simulation calculation with FDTD and FEM method, analyzing the response pattern and internal relations of EM and Hydro-thermal-Rock parameters. Lastly, combining the field data from typical geothermal target area, we can preliminarily establish the EGS hydrogeological-geophysical joint evaluating method with multi-scales and multi-parameters. The topic can provide the necessary and important scientific basis for EGS development and utilization with more accuracy and efficiency.

在增强型地热系统（Enhanced Geothermal Systems）勘探、开发、监测过程中，地球物理电磁方法通过储层的电性参数（电阻率，介电常数，电位势）差异，从宏观大尺度分析、评价热储的位置、规模，查明裂隙的方向和大小，监测地下流体的分布和运移。而渗透率（水）、温度、压力（热）、孔隙度（岩）等水文地质参数可以从微观小尺度直接指示地热储层的发育和变化情况。本课题从EGS储层水热岩参数与地球物理电磁参数的耦合关系出发，研究多场耦合响应规律。首先，分析总结参数耦合关系，基于多变量随机条件模拟建模方法和TOUGH2软件建立多参数时移耦合热储模型。在此基础上，开展高精度数值模拟计算，分析研究电磁参数和水热岩参数的耦合响应规律和内在联系。最后结合典型的干热岩靶区实测数据，初步建立多尺度、多参数联合水文地质—地球物理EGS评价方法技术，为更准确高效的开发利用地热资源提供必要的科学依据。

在干热岩勘探、开发、监测过程中，地球物理勘探和水文地质参数从不同角度、不同尺度分析、评价热储的位置、规模，查明裂隙的方向和大小，监测地下流体的分布和运移。研究水热岩参数变化引起的地球物理响应以及不同属性场的响应规律及其内在联系等问题是干热岩资源勘探评价过程中重要的基础科学问题。本课题分析总结了水热参数与电阻率参数的耦合关系，在此基础上，采用有限元方法计算电磁参数和水热岩参数的耦合响应规律和内在联系。同时，采用热传导方程模拟典型干热岩储层温度场的变化规律。最后结合青海共和盆地干热岩靶区实测数据，研究地球物理电磁响应与大地热流环境的对应变化关系，初步建立了多尺度、多参数联合水文地质—地球物理EGS评价方法技术。.本课题取得了如下主要研究成果：1）系统总结了温度、压力参数在干热岩储层中对储层物性参数的影响规律，不同条件下水热参数与地球物理物性参数的对应关系；2）采用多参数耦合方程建立了由孔隙度推导得到储层电导率随机介质等效模型。3）基于有限元热传导方程和大地电磁正演计算方法开展了温度—电阻率耦合的电磁响应计算以及温度场分布随时空变化分布规律。4）结合青海共和盆地干热岩储层热参数与大地热流的分布规律获得地热参数概念模型。基于非结构性节点有限元方法对研究区地温场数值模拟，模拟地温场与钻孔实测温度场值具有良好的一致性。上述研究为开展干热岩储层的预测评价提供了很好的技术指导。在将来的应用研究中，我们直接可以通过电阻率反演结果来估计得到大地热流和温度场的温度模型。采用热传导方程开展时移模拟计算，预测干热岩储层热流的发展变化规律，为干热岩储层勘探开发中多参数耦合和水文地质与地球物理探测结果联合提供了重要的理论依据，为指导干热岩的开发评价具有重要的指导意义。