2.3 Петротермальная энергия
Еще не налажено практическое использование залежей «сухого» тепла, аккумулированных в горячих горных породах, так называемых петротермальной энергии. Между тем это наиболее крупные и широко распространенные источники энергии, потому что горячие скальные породы, залегающие, правда, на разных глубинах, есть повсюду.
Промышленное использование петротермальной энергии будет налажено прежде всего в местах с повышенным температурным градиентом, т.е. там, где на глубине не более 2 км температура 80-100°С. Такие зоны обнаружены в Дагестане, Армении, Западной Украине - районах, где потребности в энергии очень велики[22]. Проведенные оценки показали экономическую целесообразность строительства здесь электростанций.
Так, по прогнозным оценкам, на термоаномальных площадях только европейской части России с глубинными температурами до 150-170°С можно соорудить геотермальные электростанции общей мощностью до 160 млн. кВт.
Утилизация «сухого» глубинного тепла могла бы открыть для энергетики поистине неисчерпаемые возможности. Когда бурение на 8-10 км станет делом технологически освоенным и экономичным, ГеоТЭС можно будет сооружать в любой географической точке, где возникнет надобность в энергетике. Особенно нужной петротермальная энергия может оказаться в районах освоения Сибири и Севера [23].
Суть проблемы здесь примерно та же, что и в солнечной энергетике: чтобы повысить единичную мощность станции, собирать тепло с как можно большей площади. Есть проекты по созданию больших подземных полостей или разветвленных систем трещин в горных породах обычными или ядерными взрывами. Но для этого требуется тщательно изучить массу вопросов, прежде всего выяснить, не вызовет ли наша столь активная деятельность нежелательных изменений в тектонике земной коры.
2.4 Геотермическая съемка
Термин «геотермосъемка» был принят на VII Всесоюзной научно-технической геофизической конференции, состоявшейся в ноябре 1972 г. во Львове, где обсуждалась эффективность подготовки нефтегазоносных структур к разведке различными геолого-геофизическими поисковыми методами, в том числе и методом геотермосъемки.
До этого в течение нескольких лет Украинский научно-исследовательский геологоразведочный институт проводил геотермосъемочные полевые работы на территории Крыма и Присивашья, затем Институт геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР проводил аналогичные работы на территории Внешней зоны Предкарпатского прогиба и примыкающей части Волыно-Подольской плиты. В результате этого была разработана аппаратура и усовершенствована методика полевых геотермосъемочных исследований.
Материалы, полученные в процессе опытных съемок, оказались полезными для производственных организаций и используются геологоразведочными трестами при выборе рациональных направлений разведки на нефть и газ [24].
Ознакомление специалистов с геологической информативностью геотермических карт, снятых с поверхности Земли, со способами получения этой информации в полевых условиях, с аппаратурой, необходимой для полевых измерений, геотермическим режимом поверхности Земли и тепловым полем Земли вообще будет, на наш взгляд, способствовать рациональному использованию и более широкому внедрению в производство нового полезного геолого-поискового метода [25].
Тепловое поле Земли формируется под влиянием множества факторов. Оно зависит от мощности и распределения внутренних источников тепла, теплофизических свойств горных пород, геоструктурных форм складчатости, тектонических движений, распределения интрузивных тел в недрах Земли и т. д. Кроме того, тепловое поле обладает также свойством «тепловой памяти», сохраняя продолжительное время сведения о термической истории Земли. В нем содержится многосторонняя геологическая информация, расшифровка которой будет, бесспорно, полезной для изучения земных недр. Попытки использования теплового поля в геологии предпринимались уже давно[26].
От первых единичных измерений температуры в глубоких скважинах, произведенных еще в начале XX ст., геотермия развилась в самостоятельную науку с собственной теоретической базой и огромным объемом данных о температурном режиме различных геоструктурных единиц на материках, в морях и океанах.
Достаточно полное представление о современном состоянии изученности теплового поля Земли дает вышедшая в 1972 г. монографин Г. А. Череменского «Геотермия» [27]. В связи с этим мы ограничимся здесь в основном лишь освещением особенностей приповерхностного поля Земли, прямо относящихся к геологической интерпретации результатов полевой геотермической съемки.
На тепловой режим поверхности Земли, кроме глубинных факторов, существенно влияют внешние, не имеющие ничего общего с глубинным геологическим строением Земли, а именно: солнечная радиация, вращение Земли вокруг собственной оси с суточным периодом, орбитальное движение Земли вокруг Солнца с годовым периодом, прецессия оси вращения Земли с периодом порядка 26000 лет, в результате которых колебания температуры поверхности Земли приводят к периодическим изменениям климата, периодам обледенений и пр [28]. Вместе с тем на температуру поверхности Земли влияют факторы случайной продолжительности и интенсивности - облачность атмосферы, атмосферные осадки, а также постоянно действующие внешние факторы (например, рельеф местности, качество покрова Земли, влажность грунта и пр.). Поэтому среди большинства геологов-геотермистов утвердилось мнение о том, что температурное поле приповерхностного слоя Земли совершенно непригодно для геологических целей.
По общепринятому мнению, температурное поле содержит геологическую информацию только на таких глубинах, на которых внешние температурные возмущения становятся незаметными. Это предопределило общее направление развития геотермии. Глубинная геотермия хотя и дает менее искаженную внешними помехами информацию, однако возможности ее получения с больших глубин весьма ограничены числом и местоположением пробуренных скважин. Кроме того, естественное тепловое поле вокруг ствола скважины искажается как в процессе бурения, так и вследствие наличия металлической обсадной колонны в скважине.
К тому же сведения о температурах в стволе скважины поступают лишь после ее бурения, что, пожалуй, является главным препятствием для использования глубинной геотермии в качестве поискового метода, опережающего бурение скважин[29].
Такие поисковые методы, как сейсморазведка, гравиметрия, различные виды электроразведки и прочие, отличаются обычно неограниченными возможностями получения геологических данных определенного вида прямо с поверхности Земли при незначительных затратах средств и времени, причем обязательно с опережением разведочного бурения.
Полученные таким образом сведения используются для оценки перспективных площадей на определенные виды полезных ископаемых. Эти особенности не присущи глубинной геотермии, по крайней мере, до сих пор. Требования, предъявляемые к геолого-поисковым методам, может удовлетворять в принципе лишь геотермическая съемка прямо с поверхности Земли.
Однако влияние атмосферных условий на температурный режим поверхности Земли требует разработки достаточно совершенной методики съемки температурного поля, а также способов исключения внешних температурных помех и методов геологической интерпретации температурных карт. Наиболее серьезной оказалась проблема исключения влияния солнечной радиации, которая по своей мощности в тысячи раз сильнее глубинных тепловых потоков Земли. От удовлетворительного решения этой проблемы зависела дальнейшая судьба метода поверхностной геотермической съемки[30].
Глубокий математический анализ возмущенного температурного поля в приповерхностном слое Земли показал, что не только влияние солнечной радиации, но и влияние всех периодических и сезонных колебаний атмосферной температуры исключается автоматически и полностью в случае одновременного измерения температур во всех точках заданного профиля дистанционными датчиками температуры, погруженными в однотипный грунт на одинаковую глубину при условии одинакового наклона поверхности Земли в пределах снимаемого температурного профиля.
Снятый таким образом температурный профиль отображает влияние только глубинного тепла Земли, т. е. он не зависит от времени года, погоды или времени проведения съемки, что было подтверждено полевыми испытаниями на нескольких опытных профилях, снимаемых многократно днем и ночью, летом и зимой.
Конфигурация температурного профиля сохранялась при этом неизменной на всех съемках (сдвигается при этом только температурная привязка профиля), что наглядно показывает независимость полученных таким путем данных от колебаний атмосферной температуры и открывает для метода полевой геотермосъемки широкую перспективу.
Независимо от наших работ все чаще в зарубежной печати стали появляться сообщения об удачных результатах температурных исследований в приповерхностном слое Земли, на основании которых были обнаружены погребенные соляные купола, тектонические нарушения, глубинные структуры, месторождения сульфидных руд и т. д[31].
Выяснилось, что нефтяные и газовые залежи выделяются на региональном геотермическом поле локальными температурными аномалиями, которые выражаются повышением температур и более высокими геотермическими градиентами в аналогичных литологических комплексах горных пород над продуктивной зоной месторождений.
Геотермические измерения на разных глубинах показывают, что превышение температуры над залежами сохраняется вплоть до поверхности Земли и может быть обнаружено без предварительного бурения геотермических скважин. Величина температурной аномалии зависит также от запасов углеводородов в залежах.
Кроме этого установлено, что в пределах нефтяных и газовых месторождений на температурной карте четко фиксируется форма залежи, газо-нефте-водяные контакты, наиболее высокопродуктивные участки и глубинные тектонические нарушения, разбивающие месторождения на отдельные блоки[32].
В результате опытно-поисковых геотермических работ на малоизученной территории юго-западной части Керченского полуострова, проведенных работниками Украинского научно-исследовательского геологоразведочного института в 1968 - 1971 гг. обнаружена система древних разломов и связанные с ней положительные структуры, существование которых впоследствии подтвердилось сейсморазведкой.
Эта территория стала перспективной площадью на нефть и газ. Аналогичные работы на территории Внешней зоны Предкарпатского прогиба проводились сотрудниками Института геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР в 1972 г. Было подтверждено наличие положительных температурных аномалий на поверхности Земли над газовыми залежами, оконтурено валообразное поднятие в северной части Волыно-Подольской плиты, что стало основой для корректировки направления разведочного бурения на этом участке.
Положительные результаты геотермосъемочных работ, полученные на суше, дают основание предполагать перспективность описываемого метода и для шельфовых зон морей, поскольку морское дно на глубинах свыше 40 - 60 м надежно защищено от влияния солнечной радиации и атмосферных температурных помех.
Например, в результате геотермических работ, проведенных в 1973 г. группой УкрНИГРИ в прибрежных районах Черного моря, выделено локальную температурную аномалию на дне моря, которая интерпретируется как глубокопогруженная антиклинальная структура, перспективная для разведочного бурения на газ.
|
