Геотермальные исследования
Основными характерными факторами для существования геотермальной системы являются: повышенная температура, наличие зон трещиноватости и миграция флюидов по ним. Среди геофизических методов, применяемых для изучения геотермальных систем, наиболее эффективными считаются электромагнитные методы, особенно магнитотеллурические (МТЗ) и частотное зондирование (CSEM).
Согласно уравнению Арчи, УЭС пород с относительно малым содержанием глины прямо пропорционально УЭС порового флюида. Последнее, в свою очередь, уменьшается с понижением температуры, при β, близким к 0.02. Так, повышение температуры до 200°С приводит к понижению сопротивления примерно в 6 раз, что повышает эффективность электромагнитных методов при геотермальных исследованиях.
Магматические интрузии или любые другие высокотемпературные области (например, частичного плавления), а также зоны разгрузки (повышенная трещиноватость, высокая температура и минерализация флюидов) характеризуются пониженным удельным сопротивлением (рис. 1). Часто гидротермальные процессы приводят к образованию глинистых покрышек, обладающих так же низким УЭС. Это делает геотермальные системы идеальными объектами для применения электромагнитных методов, которые стали промышленным стандартом для разведки геотермальных систем во многих странах.
Рис. 1. Модель идеальной геотермальной системы (www.geothermal-energy.org)
Полуостров Камчатка, Россия
Полуостров Камчатка расположен на Дальнем Востоке России. Камчатка знаменита своими вулканами: на небольшой площади полуострова находится более 300 вулканов. Центральная долина Камчатки окаймлена крупными вулканическими поясами, содержащими около 160 вулканов, 29 из которых являются действующими. Таким образом, Камчатка является естественной лабораторией для изучения вулканов и связанных с ними вулканических явлений. Энергетическая система региона изолирована, около 20% электроэнергии на Камчатке поступает из геотермальных источников. Камчатка является лидером геотермальной энергетики в России и имеет хорошие возможности для развития, первая из которых связана с возможностью строительства новых блоков на Мутновском геотермальном месторождении с крупнейшей (50 МВт) геотермальной электростанцией в России.
Электромагнитные исследования в районе Мутновкской геотермальной электростанции проводились компанией Nord-West в несколько этапов с 2004 по 2014 год (рис. 2). Исследования включали как профильную, так и площадную AMTЗ и MTЗ съемку. Так же в меньшем объеме выполнялись работы методом ЧЗ .
В 2018 году на Озерновском участке были проведены МТ-исследования, целью которых была оценка геотермальных перспектив участка и предложения по размещению новых участков разведочных скважин. Глубина исследования составила около 1 км, основными целями были зоны низкого удельного сопротивления.
В 2016-2018 годах выполнялись работы методом МТЗ также в окрестностях Авачинского вулкана. Это исследование было частью большого комплексного исследования, направленного на оценку перспектив Авачинского гидротермального поля. Конкретными целями исследования были (1) выяснение геологической структуры и выявление гидротермальных систем; (2) изучение предполагаемой зоны взаимодействия глубинного термального источника и приповерхностного водоносного горизонта; (3) построение модели удельного сопротивления на глубины до 10 км; (4) предложение по расположению разведочных скважин и (5) предварительная оценка возможности и целесообразности разработки геотермальных ресурсов в районе исследования.
Полуостров Камчатка расположен на Дальнем Востоке России. Камчатка знаменита своими вулканами: на небольшой площади полуострова находится более 300 вулканов. Центральная долина Камчатки окаймлена крупными вулканическими поясами, содержащими около 160 вулканов, 29 из которых являются действующими. Таким образом, Камчатка является естественной лабораторией для изучения вулканов и связанных с ними вулканических явлений. Энергетическая система региона изолирована, около 20% электроэнергии на Камчатке поступает из геотермальных источников. Камчатка является лидером геотермальной энергетики в России и имеет хорошие возможности для развития, первая из которых связана с возможностью строительства новых блоков на Мутновском геотермальном месторождении с крупнейшей (50 МВт) геотермальной электростанцией в России.
Электромагнитные исследования в районе Мутновкской геотермальной электростанции проводились компанией Nord-West в несколько этапов с 2004 по 2014 год (рис. 2). Исследования включали как профильную, так и площадную AMTЗ и MTЗ съемку. Так же в меньшем объеме выполнялись работы методом ЧЗ .
В 2018 году на Озерновском участке были проведены МТ-исследования, целью которых была оценка геотермальных перспектив участка и предложения по размещению новых участков разведочных скважин. Глубина исследования составила около 1 км, основными целями были зоны низкого удельного сопротивления.
В 2016-2018 годах выполнялись работы методом МТЗ также в окрестностях Авачинского вулкана. Это исследование было частью большого комплексного исследования, направленного на оценку перспектив Авачинского гидротермального поля. Конкретными целями исследования были (1) выяснение геологической структуры и выявление гидротермальных систем; (2) изучение предполагаемой зоны взаимодействия глубинного термального источника и приповерхностного водоносного горизонта; (3) построение модели удельного сопротивления на глубины до 10 км; (4) предложение по расположению разведочных скважин и (5) предварительная оценка возможности и целесообразности разработки геотермальных ресурсов в районе исследования.
Рис. 2. Местоположение участков работ на Камчаетке, Россия. 1 - Мутновская геотермальная станция, 2 - Авачинский вулкан, 3 - Озерновский.
Мутновская геотермальная область
Совместная интерпретация данных МТЗ и каротажа позволила построить принципиальную модель по одному из профилей (рис. 3). В центральной части модели
в верхней части субвертикальной зоны разгрузки в интервале глубин от 300 до 1200 м была выделена небольшая высокоомная зона. Существование этой зоны было подтверждено бурением. Высокоомная зона соответствует гидротермально измененным силицифицированным породам, которые действуют как покрышка, препятствующая выходу тепловых флюидов на поверхность. Модель подтверждается отсутствием поверхностных проявлений гидротермальной активности в этом районе. В то же время продуктивные интервалы в скважине, расположенной за высокоомной зоной, находятся на глубине от 1600 до 2200 м, а в другой скважине, расположенной рядом (650 м к юго-востоку), продуктивный интервал располагается на глубине 700 м. Примерно на этой же глубине выявлена проводящая линза. Ее толщина достигает 250 м, а ширина - около 1200 м. Согласно комплексной интерпретации геологических, геофизических и каротажных данных, это природный резервуар горячей воды. Верхний слой представляет собой последовательность терригенных и вулканических отложений.
Было предложено несколько мест расположения новых разведочных скважин, и наша модель была подтверждена бурением. Одна скважина в настоящее время используется Мутновской геотермальной электростанцией в коммерческих целях.
Совместная интерпретация данных МТЗ и каротажа позволила построить принципиальную модель по одному из профилей (рис. 3). В центральной части модели
в верхней части субвертикальной зоны разгрузки в интервале глубин от 300 до 1200 м была выделена небольшая высокоомная зона. Существование этой зоны было подтверждено бурением. Высокоомная зона соответствует гидротермально измененным силицифицированным породам, которые действуют как покрышка, препятствующая выходу тепловых флюидов на поверхность. Модель подтверждается отсутствием поверхностных проявлений гидротермальной активности в этом районе. В то же время продуктивные интервалы в скважине, расположенной за высокоомной зоной, находятся на глубине от 1600 до 2200 м, а в другой скважине, расположенной рядом (650 м к юго-востоку), продуктивный интервал располагается на глубине 700 м. Примерно на этой же глубине выявлена проводящая линза. Ее толщина достигает 250 м, а ширина - около 1200 м. Согласно комплексной интерпретации геологических, геофизических и каротажных данных, это природный резервуар горячей воды. Верхний слой представляет собой последовательность терригенных и вулканических отложений.
Было предложено несколько мест расположения новых разведочных скважин, и наша модель была подтверждена бурением. Одна скважина в настоящее время используется Мутновской геотермальной электростанцией в коммерческих целях.
Рис. 3. Модель УЭС (сверху) и принципиальная модель (снизу) геотермальной области. 1 - положение точек МТЗ, 2 - продуктивные и "пустые" скважины, 3 - неогеновые вулканические и терригенные отложения, 4 - области пониженных сопротивления и гидротермально измененных пород, 5 - гранулитовая интрузия, 6 - канал маиграции горячего флюида и возможная зона частичного плавления, 7 - предполагаемые пути миграции флюида: голубой - нисходящие пути холодного флюида, красный - восходящие пути горячего флюида.
Участок Озерновский
Наблюдаемая структура удельного сопротивления состоит из однородного верхнего слоя, соответствующего четвертичным терригенным и вулканическим отложениям с удельным сопротивлением около 300-400 Ом·м и мощностью от 60 до 200 м. Второй слой характеризуется низким удельным сопротивлением около 1-30 Ом·м и мощностью от 250 до 330 м и соответствует трещиноватым и гидротермально измененным неогеновым породам. Более высокоомные (> 500 Ом·м) и неоднородные неогеновые отложения, залегающие глубже, связаны с основными системами гидротермальной циркуляции. В зоне трещиноватости явно выделяются проводящие зоны (< 20 Ом·м) на интервале глубин от 400 до 800 м.
Большой контраст удельного сопротивления между трещиноватыми гидротермально измененными породами и вмещающими породами позволяет более качественно провести интерпретацию данных МТЗ. Анализ данных показал, что вытянутая низкоомная аномалия, идущая с юго-запада на северо-запад, делит площадь исследования на зоны, соответствующие интрузиям. В северной части участка была обнаружена изометричная проводящая аномалия. Обе аномалии соединены относительно узким проводящим каналом.
Предложенная пространственная структура аномальных зон подтверждается геологическими данными. Глубокая субвертикальная проводящая зона представляет собой путь горячих флюидов, а две низкоомные зоны соответствуют вышеупомянутым трещиноватым и гидротермально измененным терригенным и вулканическим неогеновым породам (рис. 4). Было предложено несколько мест расположения новых разведочных скважин на периферийных частях контуров аномальной зоны, так как самое низкое сопротивление обычно соответствует глинистой пробке за коллектором.
Наблюдаемая структура удельного сопротивления состоит из однородного верхнего слоя, соответствующего четвертичным терригенным и вулканическим отложениям с удельным сопротивлением около 300-400 Ом·м и мощностью от 60 до 200 м. Второй слой характеризуется низким удельным сопротивлением около 1-30 Ом·м и мощностью от 250 до 330 м и соответствует трещиноватым и гидротермально измененным неогеновым породам. Более высокоомные (> 500 Ом·м) и неоднородные неогеновые отложения, залегающие глубже, связаны с основными системами гидротермальной циркуляции. В зоне трещиноватости явно выделяются проводящие зоны (< 20 Ом·м) на интервале глубин от 400 до 800 м.
Большой контраст удельного сопротивления между трещиноватыми гидротермально измененными породами и вмещающими породами позволяет более качественно провести интерпретацию данных МТЗ. Анализ данных показал, что вытянутая низкоомная аномалия, идущая с юго-запада на северо-запад, делит площадь исследования на зоны, соответствующие интрузиям. В северной части участка была обнаружена изометричная проводящая аномалия. Обе аномалии соединены относительно узким проводящим каналом.
Предложенная пространственная структура аномальных зон подтверждается геологическими данными. Глубокая субвертикальная проводящая зона представляет собой путь горячих флюидов, а две низкоомные зоны соответствуют вышеупомянутым трещиноватым и гидротермально измененным терригенным и вулканическим неогеновым породам (рис. 4). Было предложено несколько мест расположения новых разведочных скважин на периферийных частях контуров аномальной зоны, так как самое низкое сопротивление обычно соответствует глинистой пробке за коллектором.
Рис. 4. 2D модель УЭС по поперечному профилю. 1 - положение точек МТЗ, 2 - трещинноватые и геотермально измененные неогеновые породы, 3 - высокоомные интрузии, 4 - консолидированные неогеновые породы, 5 - возможный тепловой поток, 6 - пути миграции геотермальных флюидов.