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地熱探勘的利器─大地電磁探測技術

2015/03/05 經濟部能源局 點閱人次: 830

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撰文/郭泰融、董倫道 圖片提供/工研院

清水地熱小型發電示範系統自民國101 年運轉至今已超過2 年了,高溫的熱水自地下源源不絕地湧出地表,除供發電外也提供清水地熱公園泡腳與煮玉米,讓遊客享受地熱所帶來的電力、熱能與美食。科學家是如何尋找埋藏在地下深部的地熱資源?本文將介紹地熱開發時最常使用的調查利器─大地電磁(Magneto Tellurics. MT)探測技術。

什麼是大地電磁探測?

大地電磁探測法(圖1)主要接收地球隨時間變化的磁場強弱與地球內部因為這個變動磁場所感應到的電場變化,透過數學的計算瞭解地下岩石導電率在空間上的差異,研判地下地質構造及可能的熱蘊藏帶。天然電磁波的來源主要有2個:1個是因為太陽風(電離子束)不斷地吹向地球所造成的變化磁場,一般來說這些磁場的頻率範圍介於0.001 Hz到1 Hz之間;另1個電磁波來源則是雷電所造成的電磁波,頻率範圍介於1 Hz 至10kHz間。由於不同頻率電磁波穿透的地下深度不同,可探測的深度範圍自數百公尺至數十公里,成為科學家研究溫泉、地熱及地球內部構造的重要探測方法。

為什麼使用大地電磁法?

地質專家使用地表觀測到的地質現象推測地下的地質構造、生成情況及可能的資源蘊藏地點,這些都限制在地表可以看到岩石出露的地方,而在地表植被茂盛或平原區看不到岩石出露的地方,對地下岩層分布情形推測的不確定性變得相當大。地球物理方法是利用物理方法量測地下岩石物理特性在地下的分布情形,進而瞭解地下地質構造的方法,可以彌補地表地調查的不足。對石油探勘而言,反射震測可以提供如斷層掃描般的地下構造影響,為最佳的石油探勘方法;由於地熱資源調查需瞭解地下溫度及含水量等特性,地下岩層的電阻率對溫度及含水量的敏感度遠較震波高,而地熱儲集層的深度往往深達3,000公尺以上,大地電磁的探測深度範圍自數百公尺至數十公里,是目前最普遍應用於地熱資源探勘的方法。

大地電磁方法在地熱探勘的應用案例

國內在1990 年代由中央大學引進人控音頻大地電磁探測(Control Source Audio-Frequency Magneto Tellurics, CSAMT)技術,後來又引進頻率較低的大地電磁探測法,主要應用於地質構造調查與溫泉資源調查。2005年因經濟部能源局重啟國內地熱資源調查,大地電磁法首先應用於宜蘭清水地熱區進行深部地熱儲集層構造調查,透過大地電磁探測可以瞭解地熱區的熱儲集層全貌(圖2)。由於清水地熱區過去已鑽鑿相當多探勘井,透過大地電磁探測結果與鑽井資料比對(圖3),驗證大地電磁探測可以清楚描繪地下地熱儲集層的分布,有助於未來國內地熱資源調查與開發。

由清水地熱大地電磁探測的成功經驗,使政府更有信心投入地熱資源調查及評估工作,目前除清水地熱以外,科技部能源國家型計畫也在宜蘭三星地區進行大地電磁探勘,未來並規劃進行深井鑽探以驗證潛能;經濟部能源局則著眼於最具地熱開發的大屯火山區進行三維大地電磁探測,期望能找到國家公園區外圍的地熱潛能區,進行探勘井鑽鑿驗證地熱可開發潛能,加速我國地熱商業電廠的開發腳步。


關鍵字:地熱發電,大地電磁,清水地熱

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