ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ

1

Рис.1 Карта прогнозных геотермальных ресурсов Камчатки (Сугробов и др., 2005).

Изучению современных гидротермальных систем, разведке и эксплуатации геотермальных месторождений уделяют большое внимание во многих странах мира: Италии, Новой Зеландии, Исландии, Индонезии, Филиппинах, США, Никарагуа, Японии и др. В последние годы проблему извлечения тепловой энергии из трещиноватых горных пород, залегающих на больших глубинах,  решают в Германии, Швейцарии, Франции и др. странах . В целом, данное направление фундаментальной науки и техники — изучение и использование геотермальных ресурсов, включая аккумулированное тепло неглубокозалегающих магматических очагов вулканов – приобретает все большую социальную и экономическую перспективу во всем мире.

3

Фото 2. Мутновская геотермальная станция. Фото С.Н. Рычагов

2

Фото 1. Верхне-Мутновская геотермальная станция. Фото С.Н. Рычагова.

Россия имеет значительный опыт исследования гидротермальных систем и использования геотермальных месторождений: на Кавказе, Камчатке и Курильских островах разведаны близповерхностные низкотемпературные термы (используются для теплоснабжения, в бальнеологических целях, пищевой промышленности)  и месторождения парогидротерм (построены  Паужетская, Верхне-Мутновская – Фото 1, и Мутновская ГеоЭС – Фото 2, доразведуется  Мутновская геотермальная площадь), выполнено обоснование возможности использования тепла магматического очага Авачинского вулкана для тепло-электрооснабжения г. Петропавловска-Камчатского [Федотов С.А., Сугробов В.М. и др., 2007]. Тем не менее, эксплуатация  геотермальных месторождений в России до настоящего времени находится на уровне опытно-промышленного производства и испытывает большие трудности на всех этапах работ. На Камчатке, например, установленная мощность ГеоЭС составляет 11 % минимальной возможной электрической мощности (550 МВт), рассчитанной по величине  прогнозных ресурсов высокотемпературного теплоносителя (Рис. 1).
Ранее изучались только близповерхностные гидротермальные системы и геотермальные месторождения с невысокими Р-Т параметрами. Месторождения  имеют ограниченные ресурсы, а теплоноситель часто обладает агрессивными свойствами. Это вынуждает исследовать глубокие горизонты гидротермальных систем.

r2

Рис.2 Бурение глубокой скважины на вулкане и геотермальном месторождении Какконда (Kakkonda, Japan) в рамках проекта “Deep-Seated Geothermal Resources Survey”.

Такие работы ведутся в Японии, где пробурено несколько структурных скважин глубиной до 4000 м  (проект “Deep-Seated Geothermal Resources Survey”); в Новой Зеландии (работы научно-производственной компании  “SINCLAR  KNIGHT  MERZ”);  в Италии (проект глубокого бурения на геотермальном поле Larderello-Travale), Рис. 2. Однако,  исследования, как правило, проводятся специализированно, отдельно в области изучения структуры, гидрохимии, минералогии, петрологии, геохимии, что не дает возможность создать комплексную модель эволюции такой сложной природной системы как гидротермальная система и определить физические, физико-химические и термодинамические характеристики геотермальных месторождений. Это один из принципиальных и не решенных до настоящего времени вопросов.
Другая проблема в области изучения геотермальных ресурсов состоит в разработке новых подходов к исследованию структур, контролирующих или (и) генерирующих геотермальную энергию, и в разработке критериев количественной оценки энергетического потенциала геологических структур различного ранга. В последние годы нами показано, что геотермальные ресурсы областей современного вулканизма  приурочены к иерархической системе геологических структур: геотермальные провинции – геотермальные районы – гидротермально-магматические системы – геотермальные месторождения – резервуары. Геотермальные провинции на Камчатке представляют собой геологические структуры типа грабен-синклиналей.

r3

Рис. 3 Южно-Камчатская геотермальная провинция и геотермальные районы (с севера на юг): Паратунско-Большебанный, Мутновско-Жировской, Паужетско-Камбально-Кошелевский.

Размеры таких структур составляют до 200-250 кмпо простиранию и до 60-70 кмв поперечном сечении. Глубина заложения структур оценивается по геофизическим данным в 3.5 – 4.5 кмили более. Геотермальные районы отождествляются с длительноживущими вулканогенно-рудными центрами (центрами эндогенной активности), выраженными на дневной поверхности овально-кольцевыми мегаструктурами диаметром от 18-24 до ≥ 40 км, Рис. 3. Гидротермально-магматические системы являются сквозькоровыми осесимметричными геологическими структурами, такими как крупные вулкано-тектонические структуры размером в плане до ≥ 18-24 км. Гидротермально-магматические системы развиваются за счет образования в пределах данной геологической структуры самоизолирующейся конвективной ячейки [Geothermal …, 2005]. Геотермальные месторождения представляют собой систему сопряженных приподнятых и опущенных тектонических блоков  мощностью до n x100 м, контролирующих локальные потоки восходящих флюидов и нисходящих инфильтрационных вод, а также области их смешения. Геотермальные резервуары, как правило, контролируются отдельными блоками разуплотненных пород, проницаемыми горизонтами, системой трещинно-брекчиевых тел и т.п.

3
Фото 3. Верхне-Кошелевская термоаномалия мощностью 50 Гкал/сек (по: Вакин и др., 1976). Суммарная мощность термоаномалий Кошелевского массива сопоставима с мощностью Долины Гейзеров на Камчатке.

Выделение и детальное изучение комплексом методов иерархической системы геотермальных структур (провинций – районов – систем – месторождений — резервуаров) обеспечит построение концептуальных, численных термогидродинамических моделей геотермальных объектов и в дальнейшем – выбор оптимального направления геологических исследований на геотермальных площадях. Реальность количественных оценок геотермальных ресурсов, по нашему мнению, прямо зависит от точности определения границ и строения геологических структур, объемов и свойств водовмещающих и водоупорных комплексов, строения и динамики конвективных потоков флюидов. В частности, изучение геологического строения и свойств системы «водоупор – проницаемый горизонт» создает предпосылки для разработки технологии рационального извлечения геотермального теплоносителя. В целом, такой подход обеспечивает экономическую целесообразность постановки поисково-разведочных работ, извлечения и использования геотермальных ресурсов областей современного вулканизма и поэтому может лежать в основе подготовки крупных инвестиционных проектов по электро- и теплоснабжению регионов. Как правило, геотермальные провинции обладают и богатейшими запасами различных видов минерального сырья, необходимость извлечения которого неизбежно приводит к  росту потребления и геотермальной энергии (фото 3).

r4

FEGR_2007 - Материалы Первого Европейского Геотермального Конгресса

r5

SEGR_2010 - Первый циркуляр Второго Европейского Геотермального Конгресса

Запись опубликована в рубрике VIDEO. Добавьте в закладки постоянную ссылку.