Тепловое поле земли реферат

Обновлено: 05.07.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Министерство образования и науки

Российский Государственный Университет

нефти и газа имени И.М.Губкина

Кафедра геологии Курсовая работа

НА ТЕМУ: Геофизические поля Земли

тепловой поле магнитный зондирование

. Тепловое поле Земли

.1 Параметры теплового поля Земли

.2 Применение терморазведки

. Поле силы тяжести

.1 Параметр поля силы тяжести

.2 Интерпретация и задачи, решаемые гравиметрической разведкой

.3 Применение гравиметрической разведки

. Магнитное поле Земли

.1 О происхождении магнитного поля Земли

.2 Главные элементы магнитного поля

.3 Магнитометрическая, или магнитная, разведка

.4 Намагниченность горных пород и их магнитные свойства

.5 Применение магниторазведки для картирования, поисков и разведки полезных ископаемых

. Электромагнитное поле Земли

.1 Электромагнитные поля

.2 Электромагнитные свойства горных пород

.3 Электромагнитная разведка

.4Особенности применения электромагнитных зондирований

тепловой поле магнитный зондирование

Геофизика - комплекс наук, исследующих физическими методами строение Земли. Геофизика в широком смысле изучает физику твердой Земли (земную кору, мантию, жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро), физику океанов, поверхностных вод суши (озёр, рек, льдов) и подземных вод, а также физику атмосферы (метеорологию, климатологию, аэрономию).

К геофизическим полям относятся:

.Тепловое поле земли.

. Поле силы тяжести.

.Магнитное поле Земли.

.Электромагнитное поле Земли.

1. Тепловое поле Земли

Земля относится к группе холодных небесных тел. В космическое пространство она излучает меньше энергии, чем получает извне. На ее поверхность воздействует огромный энергетический поток, поступающий от Солнца. По данным М.Д.Хуторского, он составляет 5,5 *1024 Дж в год, что в 10 тыс. раз больше собственного теплового поля Земли. Около 40% этой энергии отражается в космическое пространство. Лишь 2% энергии идет на разрушение горных пород.

О том, что в недрах Земли температура значительно выше, чем в приповерхностном слое, ученые знали давно, основываясь на таких фактах, как вулканическая деятельность, наличие гидротермальных источников. Все это свидетельствует о собственных энергетических ресурсах Земли.

.1 Параметры теплового поля Земли

А) геотермический градиент.

Б) геотермическая ступень.

В) коэффициент теплопроводности.

Д) плотность теплового потока.

Е) величина теплогенерации.

Геотермический градиент характеризует изменение температуры горных пород на единицу расстояния. В зависимости от того, изменяется температура по площади или в вертикальном разрезе, выделяют горизонтальный и вертикальный геотермический градиент.

Величина обратная геотермическому градиенту называется геотермической ступенью. Она характеризует длину интервала пород, в пределах которого температура повышается на один градус.

По данным Б.Гуттенберга, геотермический градиент в разных точках земного шара отличается. Его максимальное значение более чем в 15 раз превосходит минимальное, что свидетельствует о различной эндогенной активности регионов и разной

Прикрепленные файлы: 1 файл

Физика Земли.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

Кафедра: Геофизические методы исследования скважин

Курс: Физика Земли

ТЕМА: Тепловое поле Земли и его параметры.

Студент гр. ГФ-11-01 Тимергалин А.Э. __________ (подпись)

Гарейшин З.Г. , доцент _________ (оценка) __________ (подпись)

Изучение теплового поля Земли в наше время весьма актуально, т.к. знание характеристик и поведения теплового поля позволяет использовать такой геофизический метод исследования скважин как терморазведка.

Геотермическая разведка (терморазведка) объединяет физические методы исследования естественного теплового поля Земли с целью изучения ландшафтов, термического режима земной коры и верхней мантии, выявления геотермических ресурсов, решения поисково-разведочных и инженерно-гидрологических задач. Меньшее применение находят методы искусственных тепловых полей. Тепловое поле определяется внутренними и внешними источниками тепла и тепловыми свойствами горных пород. При терморазведке регистрируют радиотепловое и инфракрасное излучение земной поверхности, измеряют температуру, ее вертикальный градиент или тепловой поток. Распределение этих параметров в плане и по глубине несет информацию о термических условиях и геологическом строении изучаемого района.

Основными задачами при изучении данной темы являются исследование основных источников теплового поля Земли и изучение его характеристик.

Источники теплового поля Земли.

Источники термического поля Земли делятся на внешние и внутренние. Внешним источником термического поля Земли является солнечная радиация. Хотя самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но лишь очень малая его часть проникает вглубь планеты. Остальная часть излучается обратно в пространство. Внешнее тепло проникает в тело Земли лишь на несколько метров. Внутренними источниками теплового поля Земли являются: распад радиоактивных изотопов U, Th, K; гравитационная дифференциация вещества; приливное трение; метаморфизм; фазовые переходы. По мнению большинства учёных основным источником внутреннего тепла Земли является распад радиоактивных элементов. Другие учёные считают основным источником гравитационную дифференциацию вещества.

Таблица. Энерговыделение на земле.

Упругая энергия землетрясений

Энергия, теряемая при замедлении вращения Земли

Тепло, выносимое при извержении вулканов

Характеристика теплового поля Земли.

Внутреннее тепловое поле отличается высоким постоянством. Оно не оказывает влияния на температуру вблизи земной поверхности или климат, так как энергия, поступающая на земную поверхность от Солнца, в 1000 больше, чем из недр. Вместе с тем среднее тепловое воздействие Солнца не определяет теплового состояния Земли и способно поддерживать постоянную температуру на поверхности Земли около 0º С. Фактически же благодаря изменению солнечной активности температура приповерхностного слоя воздуха, а с некоторым запаздыванием и температура горных пород изменяются.

Суточные, сезонные, многолетние и многовековые вариации солнечной активности приводят к соответствующим циклическим изменениям температур воздуха. Чем больше период цикличности, тем больше глубина их теплового воздействия. Например, суточные колебания температуры воздуха проявляются в почвенном слое глубиной 1 - 1,5 м. Это связано с переносом солнечного теплового потока за счет молекулярной теплопроводности пород и конвекции воздуха, паров воды, инфильтрирующихся осадков и подземных вод. Сезонные (годовые) колебания вызывают изменения температур на глубинах до 20 - 40 м. На таких глубинах теплопередача осуществляется в основном за счет молекулярной теплопроводности, а также движения подземных вод. На глубинах 20 - 40 м располагается нейтральный слой (или зона постоянных годовых температур). В нем температура остается практически постоянной и в каждом районе в среднем на 3,7º С выше среднегодовой температуры воздуха. Многовековые климатические изменения сказываются на вариациях температур сравнительно больших глубин. Например, похолодания и потепления в четвертичном периоде влияли на тепловой режим Земли до глубин 3 - 4 км.

Таким образом, если не учитывать многовековых климатических изменений, то можно считать, что ниже зоны постоянных температур (на глубинах свыше 40 м) влиянием цикличности солнечной активности можно пренебречь, а температурный режим пород определяется глубинным потоком тепла и особенностями термических свойств пород.

Ниже нейтрального слоя температура пород повышается в среднем на 3º С при погружении на каждые 100 м. Это объясняется наличием регионального теплового потока от источников внутреннего тепла Земли, поднимающегося к поверхности. Его величину принято характеризовать плотностью теплового потока (или просто тепловым потоком). Среднее значение теплового потока как на суше, так и в океанах одинаково и составляет 0,06 Вт/м², отклоняясь от него не более чем в 5 - 7 раз. Постоянство средних тепловых потоков суши и океанов при резком изменении мощностей и строения земной коры свидетельствует о различии в тепловом строении верхней мантии. Поэтому аномалии тепловых потоков, т.е. отклонения от установленных средних потоков, несут информацию о строении и земной коры, и верхней мантии.

Установлено, что основной источник тепла на континентах - энергия радиоактивного распада. Это объясняется большей концентрацией радиоактивных элементов в земной коре, чем в мантии. В океанах, где мощность земной коры мала, основным источником тепла являются процессы в мантии на глубинах до 700 - 1000 км. Радиогенное тепло является основным среди других видов тепловой энергии недр. За время существования Земли оно более чем в 2 раза превысило потери за счет теплопроводности.

Тепловой поток определяется не только природой и мощностью источников тепла, но и его переносом через горные породы. Тепло передается посредством молекулярной теплопроводности горных пород, конвекции и излучения. На больших глубинах (свыше 10 км) передача тепла осуществляется в основном за счет излучения нагретого вещества недр и конвекции, обусловленной движением блоков земной коры, расплавленных лав, гидротерм. На меньших глубинах перенос тепла связан с молекулярной теплопроводностью и конвекцией подземными водами.

Источники локальных тепловых потоков, вызывающих аномалии температур, разнообразны: наличие многолетнемерзлотных пород, т.е. мощных (до сотен метров) толщ с отрицательными температурами; присутствие пород и руд с повышенной радиоактивностью; влияние экзотермических (с поглощением тепла) и эндотермических (с выделением тепла) процессов, происходящих в нефтегазоносных горизонтах, залежах угля, сульфидных и других рудах; проявление современного вулканизма и тектонических движений; циркуляция подземных, в том числе термальных, вод и др. Роль каждого из этих факторов определяется геологогидрогеологическим строением. Локальные тепловые потоки, как и региональные, зависят не только от наличия источников, но и от условий переноса тепла за счет теплопроводности горных пород и конвекции почвенного воздуха и подземных вод.

Тепловое поле Земли доставляет информацию о глубинных температурах, об энергетическом балансе, фазовом состоянии и глубинах до различных горизонтов планеты в целом и её отдельных регионов, о формах теплопередачи внутри Земли. Объём тепловыделения теснейшим образом связан с содержанием радиоактивных элементов. Таким образом, изучение теплового поля Земли предоставляет важнейшую информацию для изучения состава горных пород.

Геотермия дает важнейшую количественную информацию для понимания и моделирования геодинамических процессов в геосферах и для оценки энергетики геолого-геофизических проявлений – в этом заключается фундаментальные аспекты изучения теплового поля.

4) Кононов В.И. Геотермальные ресурсы России и их использование. // Литология и полезные ископаемые. №2. - 2002.

Источниками теплового поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах, и тепловая энергия Солнца. К внутренним источникам тепла относят радиогенное тепло, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, калия и иных радиоактивных элементов, и тепло, обусловленное различными процессами, протекающими в Земле (гравитационной дифференциацией, плавлением, химическими реакциями с выделением или поглощением тепла, деформацией за счет приливов под действием Луны и Солнца и некоторыми другими). Тепловая энергия перечисленных источников, высвобождающаяся на земной поверхности в единицу времени, значительно выше энергии тектонических, сейсмических, гидротермальных процессов.

Файлы: 1 файл

реферат.docx

Возможности использования любой карты в научной или практической работе зависят от ее масштаба, легенды, степени достоверности, а также способа размножения. Особенно важная роль принадлежит легенде карты. Построение легенды тесно связано с требованиями, которые предъявляются к содержанию карты, и с категорией потребителей, на которых она рассчитана.

О том, какое значение имеют тематические карты в научной работе, уже рассказывалось. Было показано, что тематическая карта в руках исследователя выступает не только как простой регистратор явлений; с ее помощью получают п новые знания и даже делают прогнозы. Поэтому далее будут рассмотрены случаи использования тематических карт главным образом в практике хозяйственного строительства, в развитии производительных сил стран и районов.

Геологическая картография принимает самое широкое участие в геологическом изучении страны с целью создания прочной минерально-сырьевой базы и особенно топливно-энергетической. Разные по содержанию геологические карты используются для изучения размещения полезных ископаемых, подсчета их запасов, определения путей и методов их добычи, анализа экономической эффективности эксплуатации. Такие карты не только теоретически обобщают накопленные наукой материалы, но и становятся важным инструментом для решения прикладных задач. Интересны в этом отношении две тематические карты, изданные в последние годы. Одна из них — карта поверхностей выравнивания и кор выветривания территории СССР масштаба 1 : 2 500 000 — вышла в свет в 1972 г. Значение ее не ограничено чисто научной стороной дела. Установлено, что гипергенные концентрации ряда полезных ископаемых тесно приурочены к древним корам выветривания или их дериватам различного возраста и происхождения. Следовательно, эта карта представляет собой важное научное пособие для планирования и организации более целеустремленных геологоразведочных работ на целый ряд полезных ископаемых. А целенаправленное планирование — это и рациональное использование материальных и финансовых ресурсов.

Карту современных вертикальных движений земной коры Восточной Европы масштаба 1 : 2 500 000 (1973 г.) считают уникальным произведением. Ведь знание того, как ведет себя земная кора, очень важно при проектировании и строительстве крупных гидротехнических сооружений, нефте- и газопроводов, а также для решения задач, связанных с мелиоративными работами на обширных территориях, и др.

Важное значение в жизни и хозяйственной деятельности человека имеют знания о характере строения земной поверхности, ее рельефа. Они нужны и строителям железных дорог, каналов, гидростанций, и работникам сельского хозяйства в целях рационального использования земли; они необходимы при сооружении крупных промышленных и гражданских объектов. Такие сведения о рельефе дают геоморфологические карты. Но особенно велико значение геоморфологических карт при поисково-разведочных работах на россыпные полезные ископаемые. Не случайно геоморфологическое картографирование входит в качестве составной части в комплексные геологические исследования территории.

Почвенные карты возникли и развивались при самом непосредственном влиянии сельскохозяйственной практики. По почвенным картам производится учет земельных фондов, оценивается их качество, планируются работы по землеустройству, различные агротехнические и агромелиоративные мероприятия.

Среди многочисленной группы карт растительного покрова наибольшее значение для практики имеют те, на которых изображаются лишь отдельные категории растительного покрова, систематизированные по каким-либо частным признакам. Например, существует большая группа лесных карт, даже целые атласы — мировые, региональные и отдельных стран. Можно сказать, что в самой основе возникновения лесной картографии лежат практические запросы. Отсюда и содержание лесных карт обычно имеет прикладной характер — показ лесов по породам и запасам древесины па единицу площади, возрасту, лесистости и т. д. Каждая из этих особенностей имеет значение для правильного ведения лесного хозяйства. К примеру, показатель лесистости (% лесных площадей в общей площади) определяет меру и направление хозяйственного использования лесов. Так, при лесистости 20-25% возможно создание в этом районе местной деревообрабатывающей промышленности, а при лесистости 35-40% уже возможен вывоз лесоматериалов в другие районы. Лесистость в 5-10% нужна для того, чтобы смягчить местный климат, а лесистость в 25-30% имеет уже водоохранное значение. Все эти характеристики очень наглядно и просто показываются и анализируются при помощи карты. Практическое значение лесных карт возросло в последние годы, когда эксплуатация лесов приняла комплексный характер, а лесовосстановительные работы начали проводиться на плановой научной основе.

В связи с планированием и проведением заготовок дикорастущих лекарственных растений возникла еще одна группа тематических карт — лекарственных растений. Они по издаются большими тиражами. Однако в недрах соответствующих заготовительных организаций их накопилось такое количество, которое позволило составить Атлас дикорастущих лекарственных растений (1976 г.).

Основными элементами содержани я карт дикорастущих лекарственных растений являются: ареалы их географического распространения, районы возможных промышленных заготовок, численность па единицу площади, объем продукции и другие показатели.

Температура какой-либо точки на земной поверхности зависит главным образом от солнечной радиации, достигающей этой точки, и угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность. Следует учитывать также излучение, отдаваемое Землей обратно в пространство, и теплообмен посредством воздушных течений. Средний поток солнечного тепла, достигающий поверхности Земли на континентах, составляет по порядку величины 10-2кал/см2сек = 10 вт/см2. Поэтому поток тепла из недр Земли, составляющий около 10-6 кал/см2сек = 1 мвт/см2, по сравнению с ним пренебрежимо мал. Температура дна океанов определяется локальной температурой воды, которая в глубоких океанах близка к 0°.

Содержание

Общие сведения о тепловом балансе Земли
Определение теплового потока и геотермического градиентанаконтинентах и в океане
Связь теплового потока с основными структурами земной коры
Особенности тепловых полей перехода от континента к океану
Механизмы переноса тепла в Земле
Способы оценки температуры в земной коре
Температура в мантии
Температура в ядре Земли
Обобщенная температура по радиусу Земли

Работа состоит из 1 файл

титул.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОДОБЫЧИ

Кафедра Разведочной геофизики

тема: Тепловое поле Земли, результаты измерений теплового потока на суше и океанах, его график

Проверил: профессор, доктор г.-м. наук А.Н.Дмитриев

Общие сведения о тепловом балансе Земли
Определение теплового потока и геотермического градиентанаконтинентах и в океане
Связь теплового потока с основными структурами земной коры
Особенности тепловых полей перехода от континента к океану
Механизмы переноса тепла в Земле
Способы оценки температуры в земной коре
Температура в мантии
Температура в ядре Земли
Обобщенная температура по радиусу Земли

Общие сведения о тепловом балансе Земли

Средняя температура на земной поверхности изменяется приблизительно от 0 до - 40° С в районе Северного полюса и от -10 до -50° в районе Южного полюса и составляет около 26° на протяжении всего года в экваториальной зоне. Средняя температура всей земной поверхности около 15°, со средними колебаниями около 2° в течение года.

Температура какой-либо точки на земной поверхности зависит главным образом от солнечной радиации, достигающей этой точки, и угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность. Следует учитывать также излучение, отдаваемое Землей обратно в пространство, и теплообмен посредством воздушных течений. Средний поток солнечного тепла, достигающий поверхности Земли на континентах, составляет по порядку величины 10 -2 кал/см 2 сек = 10 вт/см 2 . Поэтому поток тепла из недр Земли, составляющий около 10 -6 кал/см 2 сек = 1 мвт/см 2 , по сравнению с ним пренебрежимо мал. Температура дна океанов определяется локальной температурой воды, которая в глубоких океанах близка к 0°.

Изучение тепловых процессов, протекающих в Земле, - один из самых умозрительных разделов геофизики. Объясняется это тем, что данные о наблюдаемом на поверхности тепловом потоке и температуре в недрах Земли можно интерпретировать многими различными способами. Для областей Земли глубже 100 км наши знания о распределении температуры весьма ненадежны, а расположение источников тепла и механизм его переноса неизвестны. Однако изучение теплового режима весьма важно, поскольку потеря тепловой энергии Землей может быть, прямо или косвенно, причиной большей части тектонических и магматических процессов.

Основные энергетические процессы, в которых участвует Земля, представлены табл. 1. Самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но значительная ее часть переизлучается обратно в пространство. Лишь малая доля солнечной энергии проникает в глубину, измеряемую метрами. В слоях, расположенных близко к поверхности континентов, все периодические изменения температуры убывают с глубиной по экспоненциальному закону. На глубине порядка 1 м от поверхности суточные изменения температуры становятся настолько малыми, что ими можно пренебречь. Так при среднем для поверхностных пород коэффициенте теплопроводности x≈0,01 см 2 /с, интервал изменения температуры в 20°С на поверхности Земли теоретически составит около 1,4° на глубине 30 м и менее чем 0°,004 на глубине 1 м. Изменение температуры на поверхности Земли на глубину 30 см передается примерно через 10 час. Лишь малая часть солнечной энергии проникает внутрь Земли на глубину, превышающую 30-40 м, где температура остается постоянной. Именно по этой причине начиная с этих глубин, как правило, в шахтах и производится измерение теплового потока.

Таблица 1. Основные составляющие энергетического баланса Земли

Эти расчетные значения, в основном, согласуются с наблюдениями. Поэтому солнечное излучение является основным источником энергии лишь для процессов, протекающих на поверхности твердой Земли и над ней. Влияние солнечной энергии на процессы в недрах Земли пренебрежимо мало по сравнению с той энергией, которая выделяется внутренними источниками тепла. Энергия, высвобождающаяся при землетрясениях, как и энергия приливного трения, замедляющего вращение Земли, также невелика по сравнению с геотермической потерей тепла.

В настоящее время принято считать, что основным источником современной тепловой энергии в недрах Земли является радиоактивный распад долгоживущих изотопов. На ранних этапах истории Земли существенную роль в тепловых процессах могла играть освобождающаяся гравитационная энергия. По мере рассеяния тепла малая доля потока Земли переходит в другие формы энергии, которые вызывают тектонические и магматические процессы, метаморфизм и создают магнитное поле Земли.

Тектономагматическая активность Земли связана с движениями земных масс и плавлением земного вещества. Проявляется эта активность в магматических внедрениях глубинного вещества в земную кору (например, в океанических рифтовых зонах Земли), в деформациях земной коры (например, в горных поясах Земли), во вторичном переплавлениикоровых пород (например, в зонах подвига или при образовании гранитных плутонов), при землетрясениях и во многих других случаях движения земного вещества. Однако, в конце концов, все эти перемещения земных масс приводят к преобразованию кинетической энергии движения вещества в тепло, которое с течением времени рассеивается в окружающем пространстве и теряется с тепловым излучением Земли. Поэтому естественным мерилом тектономагматической активности Земли является поступающий из мантии глубинный тепловой поток.

Магнитное поле Земли возбуждается эндогенными источниками энергии. Мощность такого поля сравнительно невелика и, по разным оценкам, заключена в пределах от 2·10 16 до 10 19 эрг/с. В настоящее время можно считать почти очевидным, что генерация геомагнитного поля связана с конвективными процессами, развивающимися в жидком и электропроводящем веществе внешнего (жидкого) ядра Земли.Ясно также, что магнитное поле Земли связано и с вращением Земли.

Основная сложность с разработкой теории геомагнитного поля, в соответствии с требованиями теории глобальной эволюции Земли, связана с тем, что в земном ядре отсутствуют заметные источники энергии, способные возбуждать это поле. Наиболее вероятными источниками энергии геомагнитного поля могут быть два процесса. Первый из них - это возможно продолжающееся остывание земного ядра после этапа его перегрева, связанного с формированием ядра в конце архея, в результате которого выделилось около 5,52·10 37 эрг кинетической энергии. Второй и более реальный механизм генерации геомагнитного поля может быть связан с возникновением на поверхности земного ядра струйных течений дезинтегрированного мантийного вещества. Такие течения, по сути, замыкают собой конвективные движения мантии в единые замкнутые структуры, с механической точки зрения дополняя модель конвекции, и позволяют связать такую модель с механизмом генерации геомагнитного поля.

Определение теплового потока и геотермического градиентана континентах и в океане

Температура внутренних частей Земли в настоящее время известна с очень малой точностью. Температура ее верхних частей до глубин 50 км известна несколько лучше. Мы располагаем следующими источниками сведений о температуре верхних частей Земли: данными геотермических измерений, данными о генерации тепла главными типами горных пород в результате распада радиоактивных элементов, данными о температурах изливающихся лав и данными об электропроводности.

Тот факт, что тепло повсеместно истекает из недр Земли в пространство, с очевидностью доказывается повышением температуры с глубиной в любой скважине или шахте; температурные градиенты, измеренные на разных объектах, изменяются от 25° до 40° С на 1 км. Следовательно, тепловой баланс может осуществляться только в том случае, если тепло поступает во внешнее пространство из недр Земли.

Тепловой поток определяется как произведение:

где х - коэффициент теплопроводности,дТ/дn - температурный градиент по нормали к поверхности Земли.

На континентах температурные градиенты определялись путем измерения температуры и коэффициента теплопроводности пород на различных глубинах в буровых скважинах. Обычно для этого применяются максимальные термометры, которые находятся нередко в воде, но часто в неподвижном воздухе. По возможности измерения проводятся в течение нескольких часов с помощью нескольких термометров одновременно. Перед измерениями необходимо выждать некоторое время, чтобы в скважине (или шахте) установилось тепловое равновесие. Это время должно быть в несколько раз больше времени, затраченного на бурение скважины. Затем значения, полученные в течение нескольких периодов измерений, осредняются.

Теплопроводность образцов горных пород из скважины измеряется или в лаборатории, или же непосредственно на месте.

На Камчатке оценка теплового потока проводилась по глубоким скважинам Богачевской структуры на Кроноцком полуострове; величина измеренного теплового потока составила 46±10 мВт/м 2 =1,11мккал/(см 2 с).

Геотермия является наукой, изучающей тепловое состояние земных недр. Она имеет ряд как теоретических, так и практических приложений. Температура повсеместно увеличивается с глубиной, достигая в ядре Земли по имеющимся оценкам около 6000 °С.

Рисунок – снижение геотермической активности при переходе от молодых к древним платформам.

Геотермическая активность недр снижается от молодых к древним платформам. Только в самой верхней части геологического разреза до глубины 40 – 100 м температура может, как увеличиваться (регистрация термограммы выполнена в зимнее время), так и уменьшаться г глубиной (измерения выполнены летом). Расссмотрим это на примере термограммы скважины Булавки 41, расположенной в районе Полоцка.

Геотермия относится к сравнительно молодым наукам, так, первые измерения температуры в скважине Pregny вблизи Женевы были выполнены в 1832 г., а первое определение плотности теплового потока на основе измерения распределения температуры в скважине и коэффициента теплопроводности в лаборатории – только в предвоенные годы прошлого столетия. Первое же измерение температуры на забое скважины, пробуренной на территории Беларуси (г. Минск), было выполнено в 1928 г., а первая термограмма опубликована только через четверть века – в 1954 г М.Ф. Беляковым.

В 60-х годах прошлого века зародилась теория тектоники плит, стимулировавшая изучение теплового потока на континентах и в океанах. В этот же период были начаты систематические геотермические исследования в мире, в том числе и в Беларуси. Дальнейшее стимулирование исследований по тепловому состоянию недр Земли произошло в 70-х годах в связи с энергетическим кризисом и значительным развитием работ по практическому использованию тепла земных недр, поддержанное ООН.

↑ Геотермическая изученность территории Беларуси

Тепловое поле геологических структур во многом определяется историей их геологического развития и тесно связано с эволюцией региона. В отличие от других геофизических полей (например, гравитационного и магнитного), детальность изучения геотермического поля ниже. Для регистрации термограммы обязательным условием является наличие скважины, доступной для термометрических измерений. Разбуренность же геологических структур Беларуси весьма неравномерна. Плотная сеть скважин имеется в пределах месторождений полезных ископаемых, и весьма редкая – в пределах территорий, на которых не выявлено залежей полезных ископаемых. Исключение составляют мелкие скважины для питьевого водоснабжения. Накопление кондиционных термограмм и сбор производственного термокаротажа скважин, начатые с 1964 года Л.А. Цыбулей и П.П. Атрощенко в Лаборатории геохимических проблем АН БССР, продолжаются до настоящего времени. По состоянию на 2008 год накоплено около 1000 термограмм разного качества и выполнено более 500 определений плотности теплового потока. Геотермическая изученность территории Беларуси показана на двух следующих рисунках.

Рисунок – Схема расположения основных изученных в геотермическом отношении скважин (показаны кружками) в пределах Беларуси.

↑ Надежность термограмм скважин

Рисунок – Глубина скважин, изученных в геотермическом отношении.

Обозначения: 1 и 2 – границы главных положительных и отрицательных структур.

Влияние выстойки скважины перед измерениями

Рисунок – Термограммы скважин Смоленск 1 и Смоленск 2

Стационарная термограмма представляет собой гладкую кривую. По мере увеличения глубины и приближения к забою расхождение постепенно уменьшается. Это объясняется тем, что время циркуляции раствора при бурении скважин у забоев было значительно меньшим по сравнению с верхними интервалами, и нарушение стационарного поля температуры в массиве горных пород в нижней части вскрытого бурением разреза было также меньшим.

Погрешности, связанные с самоизливом подземных вод показано на термограммах скважин Копаники 2б и Брюзги 29/8 (Белорусская антеклиза), расположенных на небольшом расстоянии в районе Гродно. Скважина Копаники 2б находилась в покое около 3 лет после завершения бурения, в скважине Брюзги имел место самоизлив воды в ходе выполнения измерений.

Рисунок– Термограммы скважин Копаники 2б и Брюзги 29/8 (Белорусская антеклиза).

В верхней части в интервале 0 – 280 м расхождение между двумя термограммами увеличивается с уменьшением глубины. Эта разница превышает 4°С на глубине 20 м. Если продлить термограмму скважины Копаники 2, поскольку в ней измерения были выполнены только до глубины 260 м, то в своей нижней части обе термограммы практически совпадают. Для скважины Брюзги 29/8 из термограммы видно что на глубине 280 м из водоносного пласта происходит самоизлив.

Влияние восходящей и нисходящей фильтрации подземных вод на вид термограмм. Нисходящая фильтрация подземных вод в районе скважины отражается в виде вогнутой кривой на термограмме, тогда как восходящая фильтрация приводит к выпуклой форме кривой, как показано на рисунке.

Рисунок – Вид термограмм при наличии инфильтрации (1), восходящей фильтрации (3) и при отсутствии фильтрации (2) для однородной толщи отложений. Вектор V изображает направление и скорость фильтрации флюида

Направление инфильтрации V показано стрелкой вниз, а восходящей фильтрации – стрелкой вверх. Термограмма в виде прямой линии соответствует однородной толще отложений в случае отсутствия вертикальной компоненты фильтрации ( V = 0). На этом рисунке рассмотрен идеальный случай, когда скважина вскрыла однородную толщу пород с неизменным коэффициентом теплопроводности, а ствол скважины находился в тепловом равновесии с массивом горных пород перед началом измерений.

Одним и тем же глубинам D 1 и D 2 соответствуют температуры Т1 и Т2 на вогнутой термограмме (наличие инфильтрации), а Т3 и Т4 – для выпуклой кривой (случай восходящей фильтрации). Очевидно, что и значения разности температуры и геотермический градиент для интервалов D 1 - D 2 будут разными. Более низкие значения геотермического градиента в верхней части геологического разреза будут соответствовать вогнутой термограмме, а более высокие – выпуклой кривой. В нижней же части разреза ситуация будет иной. Одним и тем же глубинам D 3 и D 4 соответствуют температуры Т5 и Т6 на вогнутой термограмме (наличие инфильтрации), а Т7 и Т8 – для выпуклой термограммы (случай восходящей фильтрации). Очевидно, что и значения температуры и геотермический градиент для интервала D 3 – D 4 будут снова разными. Однако теперь более низкие значения геотермического градиента в нижней части геологического разреза будут соответствовать выпуклой термограмме, а более высокие – вогнутой кривой.

Искажения, вызванные расположенной рядом с измеряемой скважиной другой действующей скважины.

Пример влияния действующей скважины виден на отдельных интервалах термограмм представлен на рисунке. Формы термограмм скважины Елизово 4 (северный склон Бобруйского погребенного выступа) имеет более сложный вид. Она расположена на действующем водозаборе. В интервале глубин 95 – 140 м отмечены колебания измеренных значений температуры на коротких интервалах. В интервале 105 – 120 м температура даже незначительно убывает с ростом глубины. Участок с извилистой кривой отражает эксплуатируемый водоносный горизонт. Аналогичная ситуация имеет место в скважине Жабинка 1, где эксплуатируется водоносный горизонт на глубине 175 – 210 м.

Рисунок – Термограммы скважин с выраженной циркуляцией подземных вод: 1 – Елизово 4, циркуляция в интервале 95 – 140 м, 2 – Жабинка 1, циркуляция в интервале 25 – 210 м и 3 – Жабинка 1 с ненарушенным тепловым режимом.

Читайте также: