Введение к работе
)дним из наиболее доступних способов получения геоэлектрическои
шергии является использование високотемпературних гидротермаль
jux оистем (Солее 160) в районах современного вулканизма. Ропо
те проблеми освоения высокотемпературных гидротерм тесно сопри
вэно о пониманием механизма процессов теплопереноса в високотем
іературних гидротермальных резервуарах (ВГР),выявлением и диаг-
юстикой ВРР в пределах конкретных гидротермальных систем и повы-
зонием надежности моделей,использующихся для прогнога режима их
эксплуатации, ,
Актуальность исследований. Эффективность освоения высокотемпературных геотермальних месторождений во многом снижается из-за от-:утствия методов оперативной диагностики ВГР на основе данных,получаемых в процессе разведочных работ и недостаточной обоснованности прогнозных моделей теплопереноса,использующихся для оценки эксплуатационных еапасов. Неоправданное увеличение объемов разве-цочных работ,нерациональные режимы эксплуатации ВГР -наносят 5олыаой экономически и экологический ущерб. Кроме того, в последние годы накоплены новые фактические данные по разведке и эксплуатации высокотемпературных геотермальных месторождений в областях зовремешюго вулканизма в СССР и за рубежом, эти данные нуждаются в анализе и обобщении в связи с обоснованием рациональнцх методов освоения геотермальной энергии.
Цель работы. Заключалась: 1. в развитии и углубленик представлений о механизме теплопереноса в гидротермальных системах и условиях формирования ВГР,2. в совершенствовании методов диагностики ВГР г прогноза их эксплуатации.
Задачи исследований: 1. Анализ структурно- гидрогеологических условий Формирования ВГР в областях современного вуліанизма; 2. Анализ достоверности и надежности моделей различного типа для описания процессов теплопереноса в ВГР; 3. Исследование термогидродинамического режима восходящей фильтрации теплоносителя в гидротермальных
- 4 -системах на основе численного моделирования^. Разработка методов диагностики БГР по эанным эксплуатационно-разведочных работ;5. Совершенствование методов прогноза термогидродинамичеокого режима эксплуатации БГР.
Методика исследований. Решение поставленных эадач основано на сочетании различных методов исследований: научном обобщении опубликованных данных по ВГР мира;анализе общих фигико-штештических моделей теплопереноса в ВГР;численном моделировании и вычислительных экспериментах с применением ЭВМ;натурных исследованиях -трассериых наблюдениях и специальных гидрогеологических сьемках в пределах ВГР.
Научная новизна. В работе получен ряд нових научных результатов, имеющих как теоретическое и методическое,так и практическое значение:
обобщены структурно-гидрогеологические условия формирования ВГР в областях современного вулканизма,
обоснованы области применения различных классов моделей тепло-переноса в связи с изучением ВГР,
установлены предельные термогидродинамические режимы восходящей фильтрации теплоносителя в гидротермальных системах,
обоснован комплексный метод диагностики ВГР в гидротермальных системах областей современного вулканизма,
обоснованы методы прогнозирования паропроизводительности геотермальных скважин в процессе эксплуатации ВГР.
Защищаемые положения.
1.Установлены основные структурно-гидрогеологические закономерности формирования высокотемпературных гидротермальных резервуаров (ВГР) в областях современного вулканизма. ВГР формируются в формациях неоген-четвертичного возраста сопряженных с плиоцен-плейстоценовыми интрузиями ..обеспечивающими формирование про-ницаемых резервуаров в прилегающих к контакту с вмеа^ющими породами областях,!! с верхнеплейстоцен-голоценовыми интрузиями ,обес- эчивампими эти резервуары тепловой энергией.
-
В результате анализа различных подходов к построению численных моделей теплопереноса в ВГР обоснован принцип применения моделирования для проверки гипотез и получения информации о ВГР: установлено «что ГП-модели(с распределенными параметрами) могут бить использованы в качестве инструмента для проверки концептуальных представлений о процессах теплопереноса в ВГР и для обоснования СП-моделей (моделей с сосредоточенными параметрами), которые легче обеспечить необходимыми исходными данными для получения количественной информации о ВГР.
-
На основе разработанной численной модели теплопереноса в ВГР гидротермальной системы в области современного вулканизма обоснован!» достаточные термогидродинамические условия формирования ВГР и диапазон предельных термогидродинамических характеристик потоков теплоносителя в ВГР. В частности установлено,что для возникновения ВГР достаточно существования неглубокозалегащзго горячего ( магматического ) тела при определенных соотношениях геометрических и фильтрационных характеристик вмедаюящ пород , расход и температура восходящего потока теплоносителя - ограничены.
-
Разработан метод комплексной диагностики ВГР в областях современного вулканизма по данным эксплуатационно-разведочных работ, включающий оценку трехмерного распределения термогидрод'инамических параметров, тепловых и массовых потоков в пределах ВГР. Метод основан на сочетании независимых, дополняющих друг друга подходах : а. картировании трехмерных геотермальных (структурных,температурных, гидробарических) полей, О. интерпретации опытно-эксплуатационных выпусков и эксплуатации на основе СП-моделей, в. трассерних и гидрохимических исследованиях, г. моделировании естественного состояния БГР на осноье РП-модели теплопереноса.
!5. Разработан метод прогноза паропроизюдительности энепдуатацюн-1шх скваяин, основанный на численном моделировании системы сопряженных уравнений "резервуар пароводяная скважина ",с учетом результатов диагностики ВГР. Метод включает следующие элементы: а. калибровку РИ- модели теплопереноса естественного состояния ВГР по данным ош.тно эксплуатационного выпуска, б. прогноз термогидро-динамического режима эксплуатационных скважин на заданный срок для рааличнмх вариантов эксплуатации.
Д)стовордасть научных положений и рекомендаций работы подтверждается анализом литературных данных по ВГР мира,сходимостью результатов численного решения тестовых вадач с известными аналитическими и экспериментальными данными,в т. ч. полученными в производственных условиях. Собранные автором пробы анализировались в лабораториях ИВ ДВО АН ССОР.ИВП АН СССР, ВСЕГИНГЕО, ЛГИ. Численное моделирование осуществлялось на ЭШ E010G1 в ВЦ ИВ ДЮ АН СССР ,на ІШ РСУАТ286, РС386,РС45б,и на суперкомпьютере CRAY-X-W В Лоуронсов-ской Беркелевской Лаборатории Министерства энергетики США(ЬВЬ DOI USA).
Практическая ценность работы состоит в обосновании методики диагностики ЕГР по данным эксплуатационно-разведочных работ и методи ки прогнозирования паропроизводительнооти геотермальных скважин і процессе их эксплуатации. В результате анализа и обобщения струк турно-гидрогеологических условий формирования ВГР выявлен ряд за кономерностей их распространения,которые можно использовать пр разведке геотермальных месторождений.
Реализация. Исследования проводились в рамках теми общесоюзно программы 0.01.08 (задание 07.01.Т9 в соответствии с постановле нием ГКНТ N 635 от 31.12.85) и в соответствии с постановление Президиума АН СССР N 466 от 16. Об. 89.
Результаты научных разработок используются при проведении эгсеп луатаадюнно- разведочиых работ на Мутновском,Паужетском,Кошелевс ком. Океанском, Ь. Шратунском, Иеткунсвом геотермальных месторожне киях Курило-Камчатского региона
Апробация работы и публикация полученных'результатов. Основные пс ложения работы докладывались на научных семинарах и копФерении; з Петропавловске-Камчатском(190Ь),Иркутске( 1980.1989).Москве(1 Of , Киеве( 1090), Ассамблеях международной Ассоциации вулканологии геохимии недр Яемли - в Рекья»ике( Исландия, 1982). Cai та-<1чз(США, 10&0), на.Международном вулканологическом конгрессе Оі'лендс (Новая Зеландия, 1986),на Международных геологических кої Грсссах в Москве (1984),в ' !їшіи!ігтоне(СІІІЛ.19«1).в Киото (Ни<
- 7 -ния,1992) ,на Первом советско-американском симпозиуме по гидроге ологии в Ленинграде (1990),на семинаре в Лоуренсовской Беркелевс-кой Лаборатории Министерства энергетики США( 1991). По теме диссертации опубликовано 35 научных работ,из них две монографии и одно учебное пособие.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения. пяти глав, Заключения,списка использованной литературы,включающей 240 наименований,в том числе 153 на иностранных языках и Приложения. Обьем работы 306 стр машинописного текста,который иллюстрируется 70 рисунками и б таблицами.