一种基于断裂对流型地热系统温泉成因模型的制作方法

本发明涉及地热系统模拟领域，特别是一种基于断裂对流型地热系统温泉成因模型。

背景技术：

地热是一种非常普遍的地质现象，在全国各地都有大量的天然温泉，其中断裂对流型温泉占了多数，是很好的旅游资源。一直以来对于断裂对流型地热系统的形成原因都处于较模糊的状态。需要通过模拟研究来寻找断裂对流型地热资源的有效利用。中国专利文献cn110886604a记载了一种基于计算机模拟技术的高效地热资源勘察方法，该方法基于真实的地热资源进行勘测，能够获得较为真实的数据，然后以计算机进行模拟，但是该方案获得数据的成本过高。因此有必要寻找一种能够用于不同地质模型下的获取接近真实数据的方案。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于断裂对流型地热系统温泉成因模型，能够较为真实的模拟基于断裂对流型地热系统温泉成因。优选的方案中，能够对不同结构的多层地质结构的时域温度分布获取精确的数据。能够获取不同高程的压力分布数据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于断裂对流型地热系统温泉成因模型，它包括模拟槽体和供水箱，模拟槽体内设有模拟的多层地质结构模型，在模拟槽体的底部设有进水层，进水层的顶部与多层地质结构模型连通，进水层与供水箱通过进水管连通，进水层还与进气管连通，进气管用于提供蒸汽；

在地质结构模型内设有导水管和监测管，在监测管内从上到下设有多个温度传感器。

优选的方案中，所述的多层地质结构模型设有原土层、细砂层、砾石层、砂土层、黏土层中一种或多种的组合，各层的设置根据现场勘测结构设置；

在多层地质结构模型的底部设有岩层，岩层设有采用压力介质压裂后形成的压裂裂隙。

优选的方案中，所述的监测管为玻璃或金属管，温度传感器的探头伸出到监测管的侧壁之外，监测管的底部与岩层的顶部接触。

优选的方案中，在监测管内从上到下还设有摄像头，摄像头的镜片伸出到监测管的侧壁之外。

优选的方案中，所述的监测管大致竖直的布置。

优选的方案中，所述的监测管为多根，以模拟槽体的中心为中心螺旋分布。

优选的方案中，所述的导水管侧壁设有多个通孔，导水管的底部靠近岩层。

优选的方案中，在导水管的侧壁从上到下设有多个压力传感器。

优选的方案中，在模拟槽体靠近顶部的侧壁还设有溢水口，在溢水口的下方设有循环槽，循环槽通过管路和循环泵与供水箱连接。

优选的方案中，温度传感器和摄像头与采集装置电连接；

在导水管内从上到下设有多个压力传感器，各个压力传感器与采集装置电连接。

本发明提供了一种基于断裂对流型地热系统温泉成因模型，通过采用上述的方案，能够方便的对断裂对流型地热系统温泉进行成因模拟，便于从该模型中采集相应的数据，大幅降低数据获取成本，能够有效的辅助提高地热系统的应用效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中模拟槽体的俯视示意图。

图3为本发明中监测管的结构示意图。

图4为本发明中导水管的结构示意图。

图中：模拟槽体1，溢水口2，原土层3，砾石层4，监测管5，温度传感器51，摄像头52，导水管6，通孔61，压力传感器62，进水层7，进水管8，进气管9，供水箱10，蒸汽供应装置11，采集装置12，循环槽13，压裂裂隙14，岩层15，循环泵16。

具体实施方式

如图1中，一种基于断裂对流型地热系统温泉成因模型，它包括模拟槽体1和供水箱10，模拟槽体1内设有模拟的多层地质结构模型，在模拟槽体1的底部设有进水层7，进水层7的顶部与多层地质结构模型连通，进水层7与供水箱10通过进水管8连通，进水层7还与进气管9连通，进气管9用于提供蒸汽；其中蒸汽的温度被设置为200~250摄氏度，以和地热系统的地底温度大致相同。

在地质结构模型内设有导水管6和监测管5，在监测管5内从上到下设有多个温度传感器51。设置的导水管6能够模拟地质结构中的断裂缝隙，而设置的监测管5和温度传感器51能够较为精确的采集在多层地质结构模型中的温度梯度分布数据。

优选的方案如图1中，所述的多层地质结构模型设有原土层3、细砂层、砾石层4、砂土层、黏土层中一种或多种的组合，各层的设置根据现场勘测结构设置；

由此结构，能够方便的模拟温泉拟开发地域的精确地质模型，有助于辅助资源开发。尤其是能够方便的获取温度、压力和水在不同地质结构中的相互关系。

在多层地质结构模型的底部设有岩层15，岩层设有采用压力介质压裂后形成的压裂裂隙14。岩层15优选采用花岗岩，以30~50兆帕压力，将压力介质压入岩层15以形成压裂裂隙14，模拟地下岩层结构。

优选的方案如图3中，所述的监测管5为玻璃或金属管，温度传感器51的探头伸出到监测管5的侧壁之外，监测管5的底部与岩层15的顶部接触。由此结构，便于采集从底部到顶部的温度分布梯度。

优选的方案如图3中，在监测管5内从上到下还设有摄像头52，摄像头52的镜片伸出到监测管5的侧壁之外。由此结构，用于观测不同地质结构模型下岩土状态。

优选的方案如图1中，所述的监测管5大致竖直的布置。

优选的方案如图2中，所述的监测管5为多根，以模拟槽体1的中心为中心螺旋分布。由此结构，用于构建整个地质结构模型的时域温度梯度变化，能够较为真实的反映基于断裂对流型地热系统温泉成因数据，辅助对地热温泉的高效开发。

优选的方案如图4中，所述的导水管6侧壁设有多个通孔61，导水管6的底部靠近岩层15。设置的导水管6有利于在较小的范围内模拟温泉成因。

优选的方案如图4中，在导水管6的侧壁从上到下设有多个压力传感器62。由此结构，便于检测不同高程的压力变化。优选的方案中，通过调节供水箱10内的水位高度，提供不同压力下的不同高程的压力变化，以建立更接近真实状态的计算机模型。

优选的方案如图1中，在模拟槽体1靠近顶部的侧壁还设有溢水口2，在溢水口2的下方设有循环槽13，循环槽13通过管路和循环泵16与供水箱10连接。由此结构，能够通过长时间的循环，进一步完善整个数据模型。

优选的方案如图1中，温度传感器51和摄像头52与采集装置12电连接；

在导水管6内从上到下设有多个压力传感器62，各个压力传感器62与采集装置12电连接。连接方式优选采用485或can总线。

使用时，以混凝土建设模拟槽体1，模拟槽体1底部设置空腔形成进水层7，将进水管8和进气管9布置在进水层7，进水层7顶部设置透水隔板。优选的，模拟槽体1采用5×5米方形槽体，深度为10米。取约2.5米厚度1~2米的方形岩层15，钻孔后接入压裂管，封堵孔口，注入30~50兆帕膨润土压裂液，将岩层15压裂，形成压裂裂隙14，将适当的四块岩层15置于模拟槽体1内，各个岩层15的侧面以聚合物砂浆隔开。

在各个岩层15顶部填充不同的多层地质结构，竖向以混凝土板隔开，砂浆抹缝，在填充过程中以岩层15的竖直中心为中心螺旋布置多个监测管5，监测管5内从上到下设有多个温度传感器51和摄像头52；通常监测管5单根长度为6米，需要焊接接管。在填充过程中还布置导水管6，在导水管6从上到下设有多个压力传感器62。将温度传感器51、摄像头52和压力传感器62的连线与采集装置12连接。测试时以分时的方式获取数据。在供水箱10内注入水，优选的在水中放入荧光颜料，以便于检测，将进气管9与蒸汽供应装置11可靠连接，检查无误后，开启进水管8和进气管9的闸阀，温度传感器51检测温度梯度变化，并得出不同地质结构中的温度传导模型，摄像头52检测不同位置的颜色变化，以得出不同位置的渗透模型。调节供水箱10的水位高度，压力传感器62获得不同地质结构中的压降模型。开启溢水口2的闸阀，进行溢流，在溢水口2设置流量传感器，用于获取不同地质结构中的径流模型。通过以上步骤实现基于断裂对流型地热系统温泉成因模型的数据收集，用于建立计算机模型辅助地热系统温泉的开发。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。