地熱探測技術是地熱開發(fā)中的重要研究內容。淺層測溫法是一種簡單高效的地球物理方法,在國外被廣泛應用于地熱探測初期。然而該方法在我國的應用較少,究其原因,主要是國內淺層測溫法探測設備和數據處理方法的缺少。為解決此問題,本文開展了熱物性測試方法、淺層測溫法設備研發(fā)以及基于淺層測溫法的地溫預測模型研究。提出多功能原位熱物性測試方法并研發(fā)多功能原位熱物性測試儀。測試儀主要包括裝配系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和數據采集系統(tǒng),可以同時測量導熱系數、體積比熱容和熱擴散系數,適用于野外淺層測溫實驗和原位熱物性測量。在測試儀的研發(fā)中,重新設計了熱探針的長徑比及裝配方案,確定PT1000鉑電阻作為溫度傳感器,使用C#語言在windows平臺下開發(fā)了原位熱物性數據采集處理軟件,結合最小二乘法擬合直線算法,實現熱物性的測量。設計熱物性測試儀標定及對比實驗,目的是標定多功能原位熱物性測試儀并驗證測試儀測量熱物性的穩(wěn)定性和準確性。標定實驗采用空氣作為測量介質,確定了最佳的測量電壓、測試時間和PT1000溫度傳感器到加熱絲的實際距離。對比實驗選用細砂和粘土作為測量介質,對不同含水量樣品的熱物性進行了測試,分析導熱系數、體積比熱容和熱擴散系數隨含水率變化關系,確定測試儀的穩(wěn)定性和準確性符合要求。提出基于淺層測溫法的地溫預測模型,詳細分析各因素對模型的影響程度并提出校正方法。使用Tough2數值模擬程序模擬地下水滲流因素對模型預測精度的影響,結果表明流速、溫差和透水層厚度與地溫預測誤差呈明顯相關關系,使用SPSS擬合預測誤差與三種因素的經驗公式。提出透水層等效導熱系數的概念和計算方法,應用等效導熱系數后,各種工況的最大誤差減小到5.1%。使用地溫預測模型預測廈門東山熱泉地區(qū)恒溫層地溫,對比預測結果與恒溫層實測地溫數據,驗證了地溫預測模型的可靠性和準確性。在以上工作的基礎上,根據廈門后浦地區(qū)的淺層測溫結果繪制了研究區(qū)2m深度溫度等值線圖、淺層熱流密度云圖。使用基于淺層測溫法的地溫預測模型進行研究區(qū)恒溫層的地溫預測,模型考慮地下水滲流、地層分布等因素的影響。結合圖件描述了研究區(qū)地溫特征并分析地溫分布成因。研究區(qū)地熱異常區(qū)整體呈現長軸近似南北方向的橢圓狀溫度異常暈,高溫中心出現在hp6、hp16孔位附近,F1和F3兩條斷裂控制了研究區(qū)地熱異常區(qū)的溫度分布。通過理論與實驗相結合方法,本文提出并研發(fā)的多功能原位熱物性測試方法和多功能原位熱物性測試儀具有功能齊全、測量準確、經濟可靠的特點,可以很好地服務于淺層測溫法的野外實驗。本文提出的基于淺層測溫法的地溫預測模型對恒溫層的地溫預測準確。最終形成一整套從設備研發(fā)到實際應用再到數據處理方法的淺層測溫法技術體系,為淺層測溫法在我國的推廣和應用提供理論基礎,對于促進國內淺層地熱能開發(fā)利用具有積極意義。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：P314
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 淺層測溫法研究現狀
        1.2.2 原位熱物性測量研究現狀
        1.2.3 地溫預測方法研究現狀
    1.3 本文主要研究內容及技術路線
        1.3.1 研究內容與方法
        1.3.2 技術路線
第2章 多功能原位熱物性測試儀的研制
    2.1 熱探針法原理
        2.1.1 熱探針法概述
        2.1.2 熱探針法經典數學模型
        2.1.3 熱物性參數推導
    2.2 裝配系統(tǒng)設計
    2.3 加熱系統(tǒng)設計
    2.4 數據采集系統(tǒng)設計
        2.4.1 溫度傳感器的選擇
        2.4.2 數據采集電路設計
        2.4.3 原位熱物性數據采集處理軟件開發(fā)
    2.5 本章小結
第3章 熱物性測試儀標定及對比實驗
    3.1 實驗內容與方法
    3.2 熱物性測試儀標定實驗
        3.2.1 加熱電壓選擇
        3.2.2 熱物性計算時間段選擇
        3.2.3 測試儀標定結果
    3.3 熱物性測試儀對比實驗
    3.4 本章小結
第4章 基于淺層測溫法的地溫預測模型研究
    4.1 地溫預測模型原理
    4.2 地層分布、環(huán)境影響及修正
        4.2.1 地層分布影響及修正
        4.2.2 地表環(huán)境影響及修正
    4.3 地下水滲流影響及修正
        4.3.1 程序介紹
        4.3.2 滲流-傳熱耦合控制方程及求解過程
        4.3.3 水熱耦合模型建立
        4.3.4 模擬結果分析
    4.4 地溫預測模型場地驗證
        4.4.1 廈門東山熱泉地區(qū)場地概況
        4.4.2 地溫預測模型參數取值
        4.4.3 預測結果分析
    4.5 本章小結
第5章 廈門后埔地區(qū)地溫預測模型應用及地溫特征研究
    5.1 研究區(qū)自然地理概況
    5.2 研究區(qū)地熱地質概況
        5.2.1 地層
        5.2.2 侵入巖
        5.2.3 構造
        5.2.4 水文地質條件
    5.3 研究區(qū) 2m深度地溫特征
    5.4 研究區(qū)恒溫層地溫預測及特征
        5.4.1 地溫預測模型參數取值
        5.4.2 預測結果分析
    5.5 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
作者簡介及在學期間所取得的科研成果
致謝

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本文編號：2883094