Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ТЕМОПЕРЕНОСА В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ И ПРОБЛЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЛУБИННОГО ТЕПЛА.
1. Теплогидродинамические модели гидротермальных систем 8-24
2. Изученность проблемы извлечения геотермальной энергии »25-37
ГЛАВА 2. СХЕМАТИЗАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ВСВЯЗИ С МОДЕЛИРОВАНИЕМ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЮШНОЙ КАМЧАТКИ.
1. Геолого-структурные условия,четвертичный вулканизм и данные о неглубокозалегающих магматических очагах 38-48
2. Гидрогеологические условия гидротермальных систем 48-68
ГЛАВА З.ОБОСНОВАНИЕ ТЕПЛОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПАУЖГСКОЙ,МУТНОВСКОЙ И КОШЕЛЕВСКОЙ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ.
1. Постановка задачи, описание тепло гидродинамической модели 69-91
2. Расчёты тепловых и гидродинамических полей в недрах гидротермальных систем. 91-110
3. Оценка геотермальных ресурсов II0-II5
ГЛАВА 4. ОЦШКА ИЗВЛЕКАЕМЫХ РЕСУРСОВ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД НА ПРИМЕРЕ ПАУЖЕТСКОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО. МЕСТОРОЖДЕНИЯ.
1. Оценка продуктивности скважин по данным опытно-эксплуатационных работ II6-I22
2. Анализ гидродинамического режима при эксплуатации Паужетского геотермального месторождения..122-132
3. Анализ теплового режима при эксплуатации Паужетского геотермального месторождения .132-145
4. Оценка допустимого снижения пластового давления и величины возможного отбора термальных вод... 145-153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...154-158
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...159-173
ПРИЛОЖЕНИЕ:тексты программ на ЭВМ 174-192
- Теплогидродинамические модели гидротермальных систем
- Геолого-структурные условия,четвертичный вулканизм и данные о неглубокозалегающих магматических очагах
- Постановка задачи, описание тепло гидродинамической модели
- Оценка продуктивности скважин по данным опытно-эксплуатационных работ
Теплогидродинамические модели гидротермальных систем
Теплогидродинамические модели гидротермальных систем воспроизводят в упрощенном виде реальные процессы переноса тепла в недрах этих систем. История развития представлений о механизме теплопереноса в гидротермальных системах помогает нам понять, для чего эти модели нужны и в каком направлении их необходимо развивать дальше.
Прежде чем перейти к описанию развития взглядов на модели гидротермальных систем, определим, что такое гидротермальная система (г.т.с). Будем понимать под него гидродинамическую конвективную систему с аномальным тепловым, гидравлическим и геохимическим режимом, формирующуюся в верхних частях земной коры в процессе внедрения в водоносные комплексы глубинного теплоносителя (магмы или воднога-зового флюида) (Вакин, Сугробов, Поляк, 1971).
Территориальное распределение высокотемпературных гидротермальных систем совпадает с активными вулканическими поясами. Это и не удивительно, поскольку для возникновения такой системынеобходимо обеспечить ее тепловое и водное питание. Наиболее подходящими для этого участками земной коры являются активные вулканические пояса, где на небольших глубинах существуют магматические очаги, которые могут рассматриваться как источники теплового питания гидротермальных систем; кроме, того, зоны активного вулканизма характеризуются растяжением земной коры, что способствует формированию в верхней ее части гидротерм, обладающих знаяительными ресурсами.
Наиболее крупные высокотемпературные гидротермальные системы (рис.1.1) получили широкую известность, благодаря их разведке и промышленной разработке. Это гидротермальные системы Исландии - Сварценги, Крабла - Намафьядль (вулканический рифт Срединно-Атлантического хребта), Северной и Центральной Америки - Гейзеры (США), Серро-Прието (Мексика), Ахуачапан (Сальвадор) , приуроченные к вулканическим поясам; гидротермальные системы Западно-Тихоокеанского пояса вулканических островных дуг: Паужетская (СССР), Мацукава и Отаке (Япония); Новозеландской вулканической островной дуги - Бродлендс и Вайракей; Средиземноморского вулканического пояса - Лардерелло и Монт-Ажата (Италия).
Проникновение в существо процессов теплопереноса в гидротермальных системах может быть обеспечено с помощью изучения их моделей.
Геолого-структурные условия,четвертичный вулканизм и данные о неглубокозалегающих магматических очагах
Камчатка представляет собой молодую складчатую область, сформировавшуюся преимущественно в позднемеловое и кайнозойское время (Мараханов, Потапьев, 1981). Складчатая область Камчатки входит как составная часть в современную геосияклинальную систему Восточной Азии и составляет одну из Восточно-Азиатских вулканических дуг.
Для Камчатки характерна четкая линейная зональность главных тектонических и орографических элементов, которая проявляется в чередовании протяженных хребтов и равнинных зон (Власов,1964). В пределах полуострова выделяется три главные структурно-фаци-альные зоны (рис, 2.1). Первая - Восточно-Камчатская зона - имеет более сложное строение и включает в себя два крупных прогиба: Центральный и Восточно-Камчатский, - и два антиклинория: Восточно-Камчатский и полуостровов восточного побережья. Вторая Центрально-Камчатская зона - представляет собой пологий антикли-норий, сложенный метаморфизованными породами мела и палеозоя
(фундамент), выходящими на поверхность в районе Срединного хребта, и вулканогенно-осадочными породами кайнозоя (чехол). Третья - Западно-Камчатская зона - представляет собой крупный прогиб, выполненный кайнозойскими образованиями.
Рассматриваемая наїли область Юга Камчатки находится большей своей частью на Южном окончании Центрально&структурно-фапдаль-ной зоны (рис. 2.1). Унаследовав ее вещественный состав и основные структурные элементы, Южная Камчатка в то же время является арендой проявления современной вулканической деятельности (наложенный Восточный вулканический пояс). Благодаря этому,геолого-структурные условия этого региона довольно разнообразны (рис.2.2., 2.3).
Стратиграфия
Порода фундамента на Юге Камчатки не вскрыты, но они достаточно широко распространены севернее, в районе Срединного массива, где представлены комплексом метаморфизованных пород.
По данным геофизических исследований, фундамент подразделяется на два этажа: верхний, сложенный меловыми, и нижний, выполненный более древними палеозойскими породами.
Постановка задачи, описание тепло гидродинамической модели
В данной главе проводится анализ условий теплового и водного питания гидротермальных систем. Этот анализ осложняется тем, что источники теплового питания гидротермальных систем неизвестны. На глубинах, доступных для бурения скважин, в пределах гидротермальных площадей Юга Камчатки источники теплового питания гидротермальных систем не обнаружены.
Можно лишь предполагать, что такими источниками могут являться:
1. Неглубокозалегающие магматические очаги (Пийп, 1937),
2. Глубинные (эндогенные) флюиды, выделяющиеся из верхней мантии (Аверьев, 1966).
Убедительных геофизических и геологических доказательств существования неглубокозалегающих магматических очагов в пределах рассматриваемых гидротермальных систем пока нет, хотя из соображений аналогии со смежными вулканическими районами ясно, что они должны там быть (гл. 2, I). Нельзя также утверждать (на основании данных по изотопному составу (гл.2, 2), что в гидротермальные системы поступает значительное количество эндогенной воды; проникновение гелия мантийного происхождения в недра гидротермальных систем вряд ли может существенно повлиять на их тепловой баланс.
В силу этих причин естественно было бы рассмотреть механизм становления гидротермальной системы под действием нагретого до больших температур локального теплового источника с запасом тепла, эквивалентным энергии неглубокозалегающих магматических очагов, которые могли бы выплавляться в пределах рассматриваемых нами гидротермальных систем, исходя из объемов изверженных вулканических пород. Такая модель отвечает той неопределенной ситуации, в которой мы находимся. Выбор в качестве источника теплового питания "локального" источника не исчерпывает, конечно, всех возможных вариантов. Тем не менее, на наш взгляд, он наиболее правдоподобен, т.к. имеет своим прообразом магматический очаг. Возможна, разумеется, и другая менее вероятная интерпретация его природы, с помощью водно-газового теплоносителя.
В качестве источников водных ресурсов гидротермальных систем рассматриваются:
1. Естественный горизонтальный поток подземных вод в данной гидрогеологической структуре.
2. Воды, инфильтрующиеся в кровле геотермального коллектора.
3. Водные ресурсы, привлекаемые из окружающих проницаемых массивов за счет термолифта.
Таким образом, принимаются достаточно реальные гидрогеологические условия.
Перейдем теперь к математическому описанию задачи теплопере-носа в недрах гидротермальной системы.
Гидростатическое давление в геотермальном коллекторе мощностью 3-5 км составляет 300-500 бар - больше чем критическое давление 225 бар, поэтому в естественных условиях флюид находится в однофазном состоянии.
Оценка продуктивности скважин по данным опытно-эксплуатационных работ
Первая попытка схематизации гидрогеологических условий Паужетского геотермального месторождения была предпринята В.В.Аверъ-евым в 1961 г. Он считал, что "выход Паужетских гидротерм на поверхность находится на дне огромной котловины, которую можно рас р сматривать как артезиански! бассейн площадью 1000 юл , при этом гидростатический напор, обеспечивающий циркуляцию вод в бассейне и выход их на поверхность, создается в высоких лавовых плоскогорьях, окаіімляющих этот бассейн. Идеи В.В.Аверьева согласуются с результатами гидрогеологических исследований последних лет (гл.2 2). По современным представлениям Паужетское геотермальное месторождение приурочено к зоне тектонических нарушений G3 простирания в пределах вулкано-тектонической депрессии, выполненной вулканогенно-осадочными породами неоген-четвертичного возраста. Депрессия обрамляется с севера, востока и юго-востока выступали миоценовых пород. Эти выступы, отражая поверхность мелового фундамента, ограничивают бассейн напорного стока подземных вод и служат в то же время областью питания этого бассейна (рис.2.5). Разгрузка бассейна, по-видимому, осуществляется в шельфе Охотского моря. Мощность чехла бассейна по геофизическим данным 2,5-3,5 юл. Крупный водоем (Курильское озеро, площадью 78 таг) можно интерпретировать при схематизации гидрогеологических условии как границу с постоянным давлением. Положение других участков внешней границы области питания бассейна пока не выяснено, можно лишь утверждать, что в. среднем она находится на расстоянии 10-15 км от месторождения.
В работах В.М.Сугробова (1966, 1978) предложена схема "артезианского склона Камбалъного хребта", которая учитывает питание гидротерм ішфильтрационшсж водами в приводораздельной части упомянутого выше хребта. Эта схема детализирует концепцию В.З.Аверь-еза (1961), предполагая наличие в бассейне внутренней границы с инфильтрациошшм питанием. Однако, название "артезианский склон" является в некотором смысле условным, так как Камбальнып хребет представляет собой цепочку вулканов плейстоценового возраста на приподнятом основании.
Коэффициенты водопроводшлости PCt v (фильтрации К) и пьезо-прозодности а на Паужетском геотермальном месторождении были впервые рассчитаны В.М.Сугробовым (1966,1976), по данным временного прослеживания во время опытных выпусков 1962-63 гг. им же была обоснована возможность применения гидродинамических методов расчета фильтрационных параметров.
