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音頻大地電磁在尋找地熱資源中的應用

更新時間：2020-07-19　點擊量：1422

地熱是集熱能、水和礦產于一體的多用途、綠色自然資源，并且開發利用方便無污染，在能源需求日益緊張的今天，有著巨大的開發前景和經濟開發潛力。尤其是對于中小城市具有重要的經濟、社會和環境價值，因而受到廣泛重視。近年來，臨清市市區范圍內陸續發現多眼地熱井，水溫40℃～70℃，屬于中低溫地熱資源。大地電磁法，是利用天然音頻大地電磁場作為場源，屬于被動源電磁法，觀測電場和磁場分量。近幾年，大地電磁法在方法理論和儀器設備都得到了很大的發展，應用領域也擴展到了普查，勘探石油、天然氣、地熱、金屬礦產、水文、環境等各個方面，從而成為受地質學家重視的一種地球物理勘探方法。

　　1.地球物理特征一般環境下，第四紀和第三紀陸相碎屑沉積巖，電阻率一般在15～50Ω·m；中生代陸相碎屑沉積巖電阻率值一般在25～500Ω·m，晚古生代的電阻率一般為50～1000Ω·m，電性穩定，奧陶系灰巖電阻率高，一般在2000～20000Ω·m，系本地段電阻率無窮大標志層。

　　大地電磁法，是采用天然場源的一種電磁法，它是以電磁場的理論為基礎，在地球物理勘探中，利用介質的介電常數、磁導率和電導率的差異而達到解決不同地質問題的目的。通過以上區內地球物理特征分析，不同巖性的地層具有明顯的電磁性差異。因此，在區內利用大地電磁方法勘探，具備良好的地球物理前提。

　　2.工作方法技術大地電磁法，是利用天然音頻大地電磁場作為場源，屬于被動源電磁法，觀測電場和磁場分量。

　　自然界存在著天然變化的電磁場，其頻譜范圍約為104Hz～10-4Hz，甚至更低。高頻部分（大于1Hz）起因于大氣層的雷電活動，低頻部分起因于太陽活動拋出的等離子體流與地球磁層間的相互復雜作用。來自高空的電磁波，可近似的看成是垂直入射地面向地球內部穿透，感應出電場和磁場，感應場與地球內部的巖石電性分布有關。電磁波頻率愈低穿透深度愈大。通過研究大地對天然電磁場的頻率響應，可以獲得不同深度電阻率的分布，根據電性分布特點來解決地質問題。

　　3.資料推斷解釋3.1重力異常特征由臨清地區布格重力異常圖可以看出，該區重力場△g值一般在（-6～-40）×10-5m/s2之間變化，局部重力異常總體呈橢圓狀北東走向展布，相對重力高與重力低相間排列。在臨清地區附近形成兩個重力異常帶。

　　（1）夏津西～臨清～冠縣相對重力低異常帶：重力場總體反應沿北東走向展布的重力低異常帶，帶寬15km左右，△g值一般在（-24～-30）×10-5m/s2之間變化，為地層相對凹陷區，即冠縣凹陷。從重力異常分布看，臨清城區附近為重力異常值低處，且異常呈不規則橢圓狀沿近東西向分布，與西部清河—臨西以西凹陷相通。可以說，臨清城區附近與周圍相比是凹陷中局部凹陷區，對尋找地熱更為有利。

　　（2）清河東—臨西—冠縣西重力異常帶：該帶總體沿NE40°走向展布，△g值一般在（-6～-20）×10-5m/s2之間變化，反映了地層相對凸起特征，即館陶凸起。在臨西北由于受NW向構造的影響，地層相對下降。

　　3.2電性異常特征由本次實測的4條大地電磁測深視電阻率斷面圖可以看出，該區自上而下根據其電阻率異常高低，大致可劃分為4大電性層，總體異常特征呈似層狀，向西緩傾。下面結合Ⅰ剖面視電阻率斷面圖的電性特征和區內已知地質特征，予以分析解釋。該剖面在垂向上總體電阻率較低，根據其電性總體特征大致可劃分4大層：

　　第1層：電性穩定，電阻率低緩，等值線間距寬大平緩，厚度0～500m。該層又可細分為上下兩段，上段為高阻電性層，在斷面圖上表現為等值密集，表明其局部電阻率差異較大。

　　第二層：電性高低變化較大，層位不穩，等值線雜亂。上段以巨厚的高低阻互層，等值線呈鋸齒狀跳躍的不穩定特征，厚度在500～1350m之間，其電阻率整體較上覆地層高、下伏地層低。

　　第三層：為穩定的高低組互層，層位穩定，呈兩高兩低的電性分布特征。據其電性特征分析上部高阻為中粗砂巖，下部高阻為礫巖，中部低阻為泥巖。

　　第四層：為區內相對高阻層，以水平層狀高電性層為主要特征，反映了其地層相對穩定的沉積地質特征，埋藏深度在1800m以下。

　　3.3綜合推斷解釋由布格重力異常特征分析，臨清城區附近包括該區在內，為凹陷區內的局部凹陷區，地熱成礦條件更為有利；由本次物探資料分析，區內熱儲館陶組頂板埋深1500m左右，上覆第四系及新近系明化鎮砂質粘土、泥巖等巨厚的保溫層。

　　在該區內，東部為冠縣斷裂，該斷裂走向北北東，向西陡傾。西部緊鄰臨清斷裂，該斷裂走向北北東，向東陡傾。兩斷裂形成了冠縣凹陷。

　　據前期研究，其熱源為正常的大地熱流增溫。蓋層為第四系黃河組、平原組和新近系眀化鎮組，是非常好的隔水層和保溫層，使熱能得以保存和儲集。主要熱儲層包括館陶組和東營組。熱儲層中地下水在緩慢側向徑流過程中，接受下部大地熱流而增溫，臨清斷裂、冠縣斷裂等成為地熱水與深部熱源溝通的通道。

　　該區從地貌特征來看，處于谷地漫灘地形。熱儲館陶組巖性為中粗砂巖、砂礫巖等。賦存有豐富的碎屑巖類孔隙裂隙水；區內經歷了多期構造活動，裂隙發育。充足的地表水，廣闊的補給區為地下水的補給提供了足夠的水源。

　　4.結論本次工作通過對區域重力資料布格重力異常特征及本次剖面異常特征的綜合分析認為：重力資料反映區內區域構造臨清斷裂和冠縣斷裂異常反應明顯，尤其是對冠縣凹陷和館陶凸起反映清晰。大地電磁測深剖面所反映的地層層位清楚，尤其是對熱儲層館陶組的頂底板埋深，反映清晰，為鉆探施工設計提供了較為可靠的依據。表明AMT在尋找淺層地熱資源方面有著積極的作用。
（來源：中國節能在線；作者：能源論文）

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產品關鍵詞：地源熱泵測溫，地埋管測溫，淺層地溫在線監測系統，分布式地溫監測系統

此款系統專門為地源熱泵生產企業，新能源技術安裝公司，地熱井鉆探公司以及節能環保產業等單位設計，通過連接我司單總線地熱電纜，以及單通道或多通道485接口采集器，可對接到貴司單位的軟件系統。歡迎各類單位以及經銷商詳詢！此款設備支持貼牌，具體價格按量定制。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統【產品介紹】

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯,對建筑物進行供熱和供冷.在埋地管換熱器設計中,土壤的導熱系數是很重要的參數.而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長,測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的測溫電纜設計方法，單總線測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

采集服務器通過總線將現場與溫度采集模塊相連，溫度采集模塊通過單總線將各溫度傳感器采集到的數據發到總線上。每個采集模塊可以連接內置1-60個溫度傳感器的測溫電纜相連。本方案可以對大型試驗場進行溫度實時監測，支持180口井或測溫電纜及1500點以上的觀測井溫度在線監測。

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統：

1. 地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2. U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究，埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

豎直地埋管地源熱泵溫度測量系統，主要是一套*基于現場總線和數字傳感器技術的在線監測及分析系統。它能有對地源熱泵換熱井進行實時溫度監測并保存數據，為優化地源熱泵設計、探討地源熱泵的可持續運行具有參考價值。

二、RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統本系統的重要特點：

１．結構簡單，一根總線可以掛接1-60根傳感器，總線采用三線制，所有的傳感器就燈泡一樣，可以直接掛在總線上．

２．總線距離長．采用強驅動模塊，普通線，可以輕松測量500米深井.

３．的深井土壤檢測傳感器，防護等級達到ＩＰ６８，可耐壓力高達5Mpa.

４．定制的防水抗拉電纜，增強了系統的穩定性和可靠特點總結：高性價格比，根據不同的需求，比你想象的*．

針對U型管口徑小的問題，本系統是傳統鉑電阻測溫系統理想的替代品. 可應用于：

１.地埋管回填材料與地源熱泵地下溫度場的測試分析

2.U型垂直埋管換熱器管群間熱干擾的研究

3. U型管地源熱泵系統性能及地下溫度場的研究

4. 地源熱泵地埋管的傳熱性能實驗研究

5. 地源熱泵地埋管換熱器傳熱研究

6. 埋地換熱器含水層內傳熱的數值模擬與實驗研究。

本系統技術參數：支持傳感器：18B20高精度深井水溫數字傳感器，測井深：1000米，傳感器耐壓能力：5Mpa ,配置設備：遠距離溫度采集模塊＋測井電纜＋傳感器，

RS485豎直地埋管地源熱泵溫度監測系統系統功能：

1、溫度在線監測

2、報警功能

3、數據存儲

4、定時保存設置

5、歷史數據報表打印

6、歷史曲線查詢等功能。

【技術參數】

1、溫度測量范圍：-10℃ ～ +100℃

2、溫度精度：正負0.5℃ (-10℃ ～ +80℃)

3、分辨率： 0.1℃

4、采樣點數：小于128

5、巡檢周期：小于3s（可設置）

6、傳輸技術： RS485、RF(射頻技術)、GPRS

7、測點線長：小于350米

8、供電方式： AC220V /內置鋰電池可供電1-3年

9、工作溫度： -30℃ ～ +80℃

10、工作濕度：小于90%RH

11、電纜防護等級：IP66

使用注意事項：

防水感溫電纜經測試與檢測，具備一定的防水和耐水壓能力，使用時，請按以下方法操作與使用：
1．使用時，建議將感溫電纜置于U形管內以方便后期維護。
若置與U形管外，請小心操作，做好電纜防護，防止在安裝過程中電纜被劃傷，以保持電纜的耐水壓能力和使用壽命。
2. 電纜中不銹鋼體為傳感器所在位置，因溫度為緩慢變化量，正常使用時，請等待測物熱平衡后再進行測量。
3. 電纜采用三線制總線方式，紅色為電源正，建議電源為3-5V DC，黑色為電源負，蘭色為信號線。請嚴格按照此說明接線操作。
4. 系統理論上支持180個節點，實際使用應該限制在150個節點以內。
5.系統具備一定的糾錯能力，但總線不能短路。
6. 系統供電，當總線距離在200米以內，則可以采用DC9V給現場模塊供電，當距離在500米之內，可以采用DC12V給系統供電。

【北京鴻鷗成運儀器設備有限公司提供定制各個領域用的測溫線纜產品介紹】

由北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出的地源熱泵溫度場測控系統，硬件采取*ARM技術；上位機軟件使用編程語言技術設計，富有人性、直觀明了；測溫傳感器直接封裝在電纜內部，根據客戶距離進行封裝。目前該系統廣泛應用于地源熱泵地埋管、地源熱泵溫度場檢測、地源熱泵地埋換熱井、地源熱泵豎井及地源熱泵溫度場系統進行地溫監測，本系統的可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

地源熱泵診斷中土壤溫度的監測方法：
　　為了實現地源熱泵系統的診斷，必須首先制定保證系統正常運行的合理的標準。在系統的設計階段，地下土壤溫度的初始值是一個重要的依據參數，它也是在系統運行過程中可能產生變化的參數。如果在一個或幾個空調采暖周期（一般一個空調采暖周期為1年）后，系統的取熱和放熱嚴重不平衡，則這個初始溫度會有較大的變化，將會大大降低系統的運行效率。所以設計選用土壤溫度變化曲線作為診斷系統是否正常的標準。
　　首先對地源熱泵系統所控制的建筑物進行全年動態能耗分析，即輸入建筑物的條件，包括建筑的地理位置、朝向、外形尺寸、圍護結構材料和房間功能等條件，計算出該區域全年供暖、制冷的負荷，我們根據該負荷，選擇合適的系統配置，即地埋管數量以及必要的輔助冷熱源，并動態模擬計算地源熱泵植筋加固系統運行過程中土壤溫度的變化情況，得到初始土壤溫度標準曲線。采用滿足土壤溫度基本平衡要求的運行方案運行，同時系統實時監測土壤溫度變化情況，即依靠埋置在地下的測溫傳感器監測土壤的溫度，并且將測得的溫度傳遞給地源熱泵系統。

淺層地溫能監測系統概況：

地源熱泵空調系統利用土壤作為埋地管換熱器的熱源或熱匯，對建筑物進行供熱和供冷，在埋地管換熱器設計中，土壤的導熱系數是很重要的參數，而對地溫進行長期可靠的監測顯得特別重要。在現場實測土壤導熱系數時測試時間要足夠長，測試時工況穩定后的流體進出口及不同深度的溫度會影響測試結果的準確性。因此地源熱泵地埋測溫電纜的設計顯得尤其重點。較傳統的地源熱泵測溫電纜設計方法，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的數字總線式測溫電纜因為接線方便、精度高且不受環境影響、性價比高等優點，目前已廣泛應用于地埋管及地源熱泵系統進行地溫監測，因可靠性和穩定性在諸多工程中已得到了驗證并取得了較好的口啤。

為方便研究土壤、水質等環境對空調換熱井能效等方面的可靠研究或溫度測量，目前地源熱泵地埋管測溫電纜對于地埋換熱井，有口徑小，深度較深等特點的測溫方式,如果測量地下120米的地源熱泵井，要放12路線PT100傳感器。12根測溫線纜若平均放置，即10米放一個探頭，則所需線材要1500米，在井上需配置一個至少12通道的巡檢儀，若需接入電腦進行溫度實時記錄，該巡檢儀要有RS232或RS485功能,根據以上成本估計，這口井進行地熱測溫至少成本在8000元，雖然選擇高精度的PT100可提高系統的測溫精度，但對模擬量數據采集，提供精度的有效辦法是提供儀器的AD轉換器的位數，即提供巡檢儀的測量精度，若能夠在長距離測溫的條件下進行多點測溫，能夠做到0.5度的精度，則是非常不容易。針對這一需求，北京鴻鷗成運儀器設備有限公司推出“數字總線式地源熱泵地埋管測溫電纜”及相應系統。礦井深部地溫監測，地源熱泵溫度監測研究，地源熱泵溫度測量系統，淺層地熱測溫系統。

地源熱泵數字總線測溫線纜與傳統測溫電纜對比分析：
傳統的溫度檢測以熱敏電阻、PT100或PT1000作為溫度敏感元件，因其是模擬量，要對溫度進行采集，若需較高精度，需要選擇12位或以上的AD轉換及信號處理電路，近距離時，其精度及可靠性受環境影響不大，但當大于30米距離傳輸時，宜采用三線制測方式，并需定期對溫度進行校正。當進行多點采集時，需每個測溫點放置一根電纜，因電阻作為模擬量及相互之間的干擾，其溫度測量的準確度、系統的精度差，會受環境及時間的影響較大。模塊量傳感器在工作過程中都是以模擬信號的形式存在，而檢測的環境往往存在電場、磁場等不確定因素，這些因素會對電信號產生較大的干擾，從而影響傳感器實際的測量精度和系統的穩定性，每年需要進行校準，因而它們的使用有很大的局限性。

北京鴻鷗成運儀器設備有限公司研發的總線式數字溫度傳感器，具有防水、防腐蝕、抗拉、耐磨的特性，總線式數字溫度傳感器采用測溫芯片作為感應元件，感應元件位于傳感器頭部，傳感器的精度和穩定性決定于美國進口測溫芯片的特性及精度級別，無需校正，因數據傳輸采用總線方式，總線電纜或傳感器外徑可做得很小，直徑不大于12mm,且線路長短不會對傳感器精度造成任何影響。這是傳統熱電阻測溫系統*的優勢。所以數字總線式測溫電纜是地源熱泵地埋管管測溫、地溫能深井和地層溫度監測理想的設備。數字總線式數據傳感器本身自帶12位高精度數據轉換器和現場總線管理器，直接將溫度數據轉換成適合遠距離傳輸的數字信號，而每個傳感器本身都有唯的識別ID，所以很多傳感器可以直接掛接在總線上，從而實現一根電纜檢測很多溫度點的功能。

地源熱泵大數據監控平臺建設

一、系統介紹

1、建設自動監測監測平臺，可監測大樓內室內溫度；熱泵機組空調側和地源側溫度、

壓力、流量；系統空調側和地源側溫度、壓力、流量；熱泵機組和水泵的電壓、電流、功率、

電量等參數；地溫場的變化等，實現熱泵機組運行情況 24 小時實時監測，異常情況預

警，做到真正的無人值守。可對熱泵系統的長期運行穩定性、系統對地溫場的影響以及能效

比等進行綜合的科學評價，為進一步示范推廣與系統優化的工作提供數據指導依據。

具體測量要求如下：

1）各熱泵機組實時運行情況；

2）室內溫度監測數據及變化曲線；

3）室外環境溫度數據及變化曲線；

4）機房內空調側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

5）機房內地埋管側出回水溫度、壓力、流量等監測數據及變化曲線；

6）機房內用電設備的電流、電壓、功率、電能等監測數據及變化曲線；

7）地溫場內不同深度的地溫監測數據及變化曲線；

8）能耗綜合分析、系統 COP 分析以及系統節能量的評價分析。

2、自動監測平臺建成以后可以對已經安裝自動監測設備的地熱井實施自動監測的數據分

析展示，可實現地熱井和回灌井的水位、水溫、流量實施傳輸分析，并可實現數據異常情況預

警，做到實時監管，有地熱井運行的穩定性。

1）開采水量及回水水量的流量監測及變化曲線；

2）開采水溫及回水水溫的溫度監測及變化曲線；

3）開采井井內水位監測及變化曲線；

音頻大地電磁在尋找地熱資源中的應用

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