一、地热的直接调查

对大地进行钻孔，测定地球内部的温度，根据所知的地温分布，可以进行地热的勘探。钻孔的深度一般可选1米、10~20米，甚至100~200米等等。1米深的情况暂且不论。在钻孔方面需要很多经费，所以测点的数目不能无限地多，但在地热储积层的勘探方面，这种地温勘探能看作为最有效的方法。当然深度越深，深处的情况就能知道得越精确。在日本，资源能源厅也根据以上的理由，正在采用这种方法来作为地热开发普查的一个环节。因此通常进行1米及10米深度的调查。如果要做100米深规模的钻孔，就需要较大规模的试钻机，它在现场施工作业时，受到了较大的限制。另外，10~20米深度的情况就没有这么大的规模和限制了。在精查阶段，也必定进行500米深度的钻探。

不根据这样的钻探，难道就不可能知道地下深部的温度吗？这在今天还是属于极难回答的问题。作为一个可能性，可以说有居里温度的深度勘探法，它在目前还未确定为地热勘探方法，有待于今后发展。岩石，一般都含有磁性矿物，成为磁性体。而磁性体就有居里温度，当超过这个温度时，磁化就消失。在许多岩石中，只有少量磁铁矿的居里温度是575°C，而岩石中所含其他磁性矿物的居里温度，也与此差不多。这就意味着，在575°C以上的岩石，不显示磁性。根据地表测定的地磁分布，应能计算出在该地区大约从多少深度起的岩石层不显示出磁性（当然，需要关于在此岩层和比此浅的岩层的磁性知识），从而由此推算出575°0的深度。地热流体的温度，通常是250-300 T，用这个方法所得到的温度情报，虽是更高的温度部分，但作为不进行钻探而测量地下温度的调查法，可以说是非常奇特的。

二、储积层的低电阻率

注意地下岩石的电阻。岩石的电阻率是非常大的，但当含有地下水的情况下，就成为几十至数百Ωm值了。当含有粘土质类物质时，也会形成低电阻率。地热资源的热水，在高温情况下也通常有溶解离子。这些一般都能使岩石的电阻率降低，也就是储积层显示出低电阻率。因此，不用钻孔而有办法根据地表调查，来推测地下深处的电阻率。这些就是所说的电法勘探和磁法勘探。

电法勘探的原理如下：在地表上两点间通以电流，电流就在大地间流动。在地表上产生的电位，则由地下电阻率的分布而定。观测两点间流动的电流和由此产生的电位，就可以知道地下深处具有多大的电阻率。用磁法勘探同样地利用地表上的电磁现象。其方法有好几种，在此不全部叙述：否则就超出本文的范围。例如在地表上人为地改变磁场，测定由此感应的地电流，就是一个方法。此感应电流按照地下电阻率分布而成为各种各样。由此比较上述测定的结果，是可以推测出地下电阻率值的。

三、储积层的声响

观测地热地区引起的微小地震时，可决定其震源位置。可以预料到，在能引起微地震的地方就有储积层。在地下高温的热水储积层中，常常引起由液相向气相的变化，即沸腾现象。或者还可考虑，在透水性良好的地层内的裂隙中常常有大量的热水流动着。随着这些现象，就发生了微地震。若观测地震的话，可以说好像听到地热流体发出声音似的。

因为这样一来，引起的地震想必是极其微弱的，所以在汽车来往的附近及经常有人居住的近旁，是很难观测的。风大的季节也是不大合适的。因为在这种地方常常有超过微地震的强烈振动，所以不可能观测到微小地震的。在观测条件好的地方，可以认为这是有用的方法。

大地经常有微震现象。波浪、风等也成为其原因，这在近海、风大的地方是明显的。然而也有是地下的现象所引起的。地下若有热水储积层存在，可以预想地上经常性的微震是活跃的；而在没有储积层存在的地区，相对来说是不活跃的。选择在一定期间、在各点测量经常性的微动，作出其频谱，并选出活动大的地方，供地热勘探之用。通常以1~20赫的频率范围作为观测的对象。

四、从储积层直接得出的信息

在地热地区，一般可见到涌出温泉、喷气等所谓地热现象，是由于地下深处的热水和蒸汽喷出地表面所造成的。在那里的热水和蒸汽差不多直接从储积层中流出来。因而根据其性质状态的调查，就能推出地下深处的状况。以此作为进行地热勘探之用。因为这种是着眼于分析物质成分的，所以是属于地球化学勘探领域的。

根据在地表上得到的温泉水的分析，能进行地下深处储积层温度的推算。作为规定分析对象的化学成分，最具有代表性的是SiO₂。SiO₂在高温热水中，处于平衡状态时，温度越高，能溶解的量就越多。因为一般的岩石能无限制地供给SiO₂，所以在地下越是高温，流出地面的SiO₂含量就越高。对地面到处可见的温泉水和从调查并取得的热水进行分析，能推算出地下深处的热水温度。同时可以推断出，SiO₂含量多的地方，其地下深处就是地热活动的中心。用同样的原理，可以Na/K比表示，此值最小的地方就是高温发源地。

最近认为水银和地热有密切关系，这种说法正在形成。在地热地带，水银矿通常是多的。这是美国霍瓦依特博士指出的。根据这个理论，就是地下地热活动比较高的地方，水银蒸汽就会从地下向地表渗透出来。虽然这只有微小的量、但水银的分析是比较容易的，有可能作微量分析。在美国、意大利的地热地区就有其例子，可以作为水银和地热储积层有关系的一个依据。在实际勘探时，进行土壤分析和土壤中空气的分析，定量出水银的含量。

氦作为地热勘探之用的元素，也有此说法，但不是说热水和氦共同存在。可以设想，在地下很深处生成的氦，通过由深处向浅处的上升通道（地层中裂隙和断层等）被带到地面，然而像这样上升通道的地方，容易引起地下深处的热移动，地热储积层存在的可能性就大。从而根据氦的分析可进行地热勘探。

由于研究水的起源，关于氧和氧同位素的研究变成为有力的线索。例如在大气层上部常常形成的氚（H³），在地球的水循环系统中被带进去，但通常知道它的半排出期是很短的，约为12.5年。像地下深处的热水那样长时期和大气隔绝，被加热后变成了热水，当然可以想象它的含有比变小了。因此，从温泉水的氚含量分析结果，可研究地表水和深处热水的混合比。这样，关于热水起源知识在勘探中是有用的。从热水的同位素组成，也可推出地下温度。

作为宏观调查地表地热显示的分布方法，常常利用飞机进行红外线摄影，一下子就收集到地热征兆的分布情况，这对勘探是有用处的。在未开发过的处女地勘探时，当地热征兆显示的地点分布一点也不知道的情况下，应该首先进行这样的调查。日本自古以来对温泉现象就有深入的研究，地热征兆的分布也已经知道得差不多了，但在外国就不一定是这样。因为用红外线摄影反映出地表面的温度，所以它作为地热调查第一阶段的勘探方法正在各地应用。虽然这是当然的事情，不过那些被植被覆盖着的地区的地热征兆，用这种方法是不能发现的。

在地热地区，因为经过&去长时期的温泉流动喷气才能出露，所以能看到地质体的变质，称为变质带，既有现在仍然喷出热水、蒸汽而变质的地区，又有不是在现在这样的环境下而是处在过去那样环境下进行变质的地区。在过去受变质，即使现在地表面的地热征兆已消失的地区，但在地下深处也依然有热水和蒸汽存在的情况。因此，调查地质体的变质程度，即使现在地表上没有活跃的地热征兆，在其变质程度大的地区，一直往下钻探，根据经验经常会发现储积层。作为勘探法的解释，到此已结束。作为地热勘探法，这个变质带的调查是作为最有用的方法之一而被采用，可以说：这个也还是把储积层中直接出露的现象作为线索的办法。

五、地热的开采

由于地热变为高温高压的地下热水和蒸汽，只有把它取出地面之后，地热的利用才是可能的。因此钻孔就成必要的了。开采地热流体的钻孔，和石油、天然气情况一样进行。在近代，由于石油的开采，钻孔技术已经成为异常发达的技术。现在地热井的钻孔，完全应用了这些技术。地热情况的第一个特征是，会遇到像开采石油时不会遇到的那种高温。其次，两者较大的不同是一般的岩石问题。石油、天然气矿床存在于所谓沉积岩地区，也就是储存在砂或粘土的固结地层中；而地热流体，在火山岩的地区，往往储存在熔岩中的裂隙里、固结的火山灰地层中，在沉积岩中虽然有时也有，但是即使在那种地区，在沉积岩上面还存在着很厚的火山岩。完全没有火山岩的地区几乎是没有的。比起沉积岩来，在火山岩中施工是困难的，因为火山岩坚硬，钻孔时切削岩石的钻头磨耗一般很大，因此进钻速度很慢，所花经费也就多。

从钻探技术来看，如开始所说的那样，地热也和石油的情况一样，通常旋转式装置用得最多。

在井口所得到的流体，既有完全干的蒸汽，又有饱和状态的热水相混合的蒸汽。这是由该地热地区的储积层的性质所决定的。在得到饱和状态湿蒸汽的地方，有必要把蒸汽和热水分开。仅有蒸汽才能用于发电，这时热水就成为障碍物了。为此就必须要安装分离器。

可以安装作为地热井井口特征的设备——分离器。在每个井口分别装上分离器，把分离出来的蒸汽收集起来输送到发电站。最近日本在大分县八丁原建成了九州电力地热发电站，仍然是以热水混合蒸汽，即所谓的二相流通过管子，从各坑井送到发电站，然后再进行汽水分离。在各井口都没有安装分离器，这在世界上还是新型的。

对地热井钻孔方式，近年来日本也经常采用倾斜钻孔。日本的地热地区，一般在地形条件差的丘陵山地，因此热水井的钻孔方向不限于垂直的，只要能预想到开采出经济的地热流体，可以在各种不同方向进行钻孔。而且要考虑石油基地的钻孔方式，即一个基地要集中数只井设一个坑口，然后由此开始向四面八方延伸，进行钻井，这种形式也开始被考虑了。钻井时，很少有整块平地可供使用，同时要尽可能节约蒸汽输送管，则经济意义就大。在将来，像章鱼脚那样从一只坑井中钻好多孔，这在技术上亦是可能的吧！

今后，在地热井钻孔方面，要多考虑采用压缩空气钻探的方式。通常的钻探中，使用一定比重的泥浆水在钻孔内循环，使其保持一定的比重，把岩屑排出地面。以高压空气代替这种泥浆水的方式，称为压缩空气钻探方式。其优点是掘进率高，钻井的寿命也长。而通常在使用泥浆水钻探时，一遇到裂隙就会引起漏水（逸泥），结果大量的泥浆水通过裂隙流到地下。裂隙有时虽然是地热流体的通道，但由于大量的漏水，有时为了防止漏水，也要灌入填充物质来塞住漏水的通道。压缩空气钻探就能避免这些问题。在美国和日本都已采用。

六、储积层工程学

当开发石油、天然气矿床的时候，要用到油层工程学这一技术领域。◆开发一个油田时，它有多大的规模，用怎样的排列及顺序建井，决定用怎样的生产量的推移来开发它为最有利等等，都可以看作为技术。还有作为石油的回收法，有水压入法、热水压入法、蒸汽压入法及火攻法等等。关于这些研究的理论，也能够应用在地热储积层的开发技术方面。地热流体是和石油、天然气同样贮存于地层中，在此通常也考虑和油层工程学类似的技术领域。

这个被称为地热储积层工程学，可以对地热储积层进行评价，随着地热的开发也可以预测蒸汽、热水的产量及性质变化等。

地热的储积层工程学，以有关石油的油层工程学的方法为基础而发展着。

七、热水还原和环境问题

有可以得到湿蒸汽、即有热水混合蒸汽的地热地区，也有仅能得到完全干蒸汽的地区。在日本一般获得前者即热水混合蒸汽的地方较多。这种情况通常能得到是蒸汽量3~4倍的热水，不过仅以其中蒸汽部分用于发电。往往考虑把分离出来的热水再利用，或者和其他低沸点介质进行热交换后，用气化了的介质来发电。然而这种情况经济效果不一定高。因此在目前，这种热水就不要了。当然，高温的温泉水经分离后还是温泉水，因此与一般温泉水的利用是一样的，如浴用、暖房、农水产业用等等都可以。可是在无此需要的情况下，有必要考虑热水处理的办法，另外当热水中含有砷等有害成分时，其利用自然也受到限制。因此，普通采取把热水还原到地下的方法。地下还原还有意料不到的好处。因为热水也是高温的，由于热水还原，就能减少储积层的热能损失，同时对维持储积层的压力也起了一定作用。

有必要考虑地热开发和环境问题的好坏，这多少与开采技术有点关系。

随着地热流体的开采，作为被考虑的环境问题，首先必须提出的是地盘下沉。一般说来，城市地区的地下水的储水层是冲积层，地热储积层与这样的冲积层不同，是由坚固的火山岩构成的，同时整个地质体也坚硬，不易引起地盘下沉。

[スチールデザイン。1978年180期16~18页]