Методы изучения и оценки геотермальных ресурсов

Геолого-гидрогеологическая съемка в зависимости от размеров и сложности изучаемых объектов выполняется в масштабах 1:50 000 – 1:10 000 (в ряде случаев 1:5000), главным образом, при поисках месторождений трещинно-жильного типа. Цель съемки – изучение геологического строения, геотермических и гидрогеологических условий месторождения и прилегающих к нему участков, оконтурирование наиболее продуктивных участков. Особое внимание следует уделять изучению условий разгрузки термальных и холодных вод, парогазовых струй, прогретых площадок и зон измененных пород, а также выделению зон тектонических нарушений.

 
Специальные съемки проводятся, как правило, в комплексе с геолого-гидрогеологической съемкой, либо как самостоятельный вид работ на стадии поисков (обычно когда геолого-гидрогеологическая съемка проведена ранее). Задачи этих съемок – картирование отдельных (или комплекса) параметров, являющихся прямыми или косвенными поисковыми показателями (критериями): температуры, компонентов химического и изотопного состава газов, подземных и поверхностных вод. эти исследования реализуются путем проведения термометрических (шпуровых или в неглубоких скважинах), аэрокосмических (ИК-съемка) и газогидрохимических съемок (опробирование всех паро-, газо- и водопроявлений, отбор проб подпочвенного газа и др.).

Рекогносцировочное обследование участков разведки выполняется, главным образом, в начале разведочных работ (застроенность, залесенность, проходимсоть, наличие коммуникаций, энергообеспеченность и т.д.).

Буровые работы включают в себя бурение поисковых, разведочных, разведочно-эксплуатационных, наблюдательных и (при необходимости) нагнетательных скважин. Основным видом исследований с целью получения информации, необходимой для оценки эксплуатационных запасов теплоносителя, являются специальные опытно-фильтрационные работы. Методика проведения этих работ определяется их целевым назначением, стадийностью исследований, сложностью гидрогеологической и гидрогеотермической обстановок. Опытно-фильтрационные работы по способу их проведения подразделяются на выпуски, осуществляемые за счет использования упругой энергии пласта (трещинной зоны), термолифта (парлифта), газлифта, откачки, выполняемые с применением специального водоподъемного оборудования, и нагнетания.

В зависимости от целевого назначения выпуски (откачки) подразделяются на пробные, опытные и опытно-эксплуатационные.

Пробные выпуски (откачки) производятся на стадии поисковых работ; в отдельных случаях – на стадиях предварительной и детальной разведки. На поисковой стадии задачей пробных выпусков (откачек) является получение предварительной информации о фильтрационных и емкостных свойствах пород, их водообильности, качестве и температуре термальных вод, пароводяных смесей и пара. 

Опытные выпуски (откачки) проводят на стадиях предварительной и детальной разведки и подразделяют на одиночные, кустовые и групповые. Задачами их являются: определение расчетных гидрогеологических параметров продуктивных горизонтов и фильтрационных особенностей трещинных зон, выявление закономерностей их изменения в плане и разрезе; установление зависимости между расходом скважин и понижением уровня воды; определение величин срезок уровней при оценке запасов гидравлическим методом и др.
Опытно-эксплуатационные выпуски (откачки) проводятся на месторождениях трещинно-жильного типа с целью получения исходной информации для оценки эксплуатационных запасов термальных вод гидравлическим методом. Основная задача сводится к выявлению зависимости снижения уровня во времени при заданном проектном расходе. Они проводятся до получения устойчивых закономерностей изменения уровней и (или) качества воды в наблюдательных скважинах во времени, позволяющих осуществить прогноз сработки их на конец расчетного срока эксплуатации месторождения (участка).

Перед проведением пробных, опытных и опытно-эксплуатационных выпусков (откачек) обязательно замеряют положения уровней подземных вод в естественной обстановке (или пластовые и избыточные давления), температуру воды в устье скважины и в пластовых условиях и отбирают пробы воды на общий анализ.

Гидрологические исследования проводятся при поисках и разведке месторождений термальных вод трещинно-жильного типа, находящихся в той или иной степени в связи с поверхностными водами. В процессе исследований должны быть получены данные о режиме стока, уровенном, температурном и химическом режиме рек, холодных источников на площади месторождения и на примыкающих участках выше и ниже по течению водной артерии. 

Стационарные наблюдения за естественным режимом термальных вод ведутся как на скважинах, так и на источниках термальной воды. Они включают наблюдения за режимом расходов источников, парогазовых струй, химического (в том числе газового) состава и температуры. Задачи: 
уточнение условий взаимосвязи подземных термальных и поверхностных холодных вод; 

определение сезонных и многолетних изменений родникового стока термальных вод;

изучение характера изменения минерализации, химического и газового состава, температуры термальных вод в годовом и многолетнем разрезах;

определение параметров взаимосвязи термальных вод отдельных трещинных зон.

Наблюдения за нарушенным режимом термальных вод в районах действующих водозаборных сооружений должны включать в себя наблюдения за уровнями воды в эксплуатационных и специально оборудованных наблюдательных скважинах, за химическим и газовым составом термальных вод, за температурой вод, а изливе и по стволу скважин, дебитом водозаборных скважин.

Специальные методы исследований (гидрогеохимические, геотермические, изотопные, ядерно-физические) предназначены для выяснения условий формирования эксплуатационных запасов термальных вод, выявления и локализации областей питания и разгрузки, изучения условий взаимодействия между водоносными горизонтами через разделяющие слабопроницаемые слои и взаимодействием между трещинными зонами, а также для изучения процессов продвижения закачиваемых вод в пласты, его охлаждения и др. Сюда же относятся и геоботанические исследования, которые проводятся на поисковой стадии на месторождениях трещинно-жильного типа. Они заключаются в изучении растительных сообществ, которые используются для выявления и оконтурирования площадей прогрева и скрытых термопроявлений.

Геофизические методы. При изучении месторождений термальных вод применяются практически все виды геофизических методов: скважинные, наземные, аэрографические и др. С их помощью уточняется геологическое строение изучаемой территории (особенно глубинное), осуществляются гидрогеологическая стратификация и корреляция разрезов, изучаются гидрогеодинамические, гидрогеохимические и гидрогеотермические характеристики исследуемых толщ.

Наземные, аквальные (морские) и аэрографические методы обеспечивают практически сплошное изучение территории. Они включают электро-, сейсмо-, грави- магниторазведку, радио- и термометрию, наиболее часто выполняются в наземном варианте, но могут производится на дне водоемов или с водной поверхности: эти же методы, за исключением сейсморазведки, реализуются с помощью летательных аппаратов. Как и геофизические исследования скважин (ГИС), наземные и аэрографические работы осуществляются путем постановки специальных полевых наблюдений, либо на основе повторной интерпретации имеющихся разноцелевых материалов. 

Ландшафтно-индикационные методы по отношению к объекту исследований подразделяют на наземные и дистанционные.

Наземные методы используют при геотермических исследованиях весьма ограниченно, лишь для геологической привязки и расшифровки аномалий, выявленных дистанционными методами. При этом решаются задачи общего геолого-гидрогеологического плана и специального геотермического направления.

При поисках термальных вод и других видах геологических работ широко используются дистанционные (аэрокосмические) методы. С их помощью производят съемку земной поверхности, регистрируя световые, инфракрасные и дециметровые электромагнитные поля, т.е. имеющие длину от 0,3 мкм до 1,0 м. современные дистанционные методы представляют собой по существу комплекс методов электроразведки, термометрии, ландшафтоведения, использующих как перечисленные методы, так и визуальные наблюдения. 

При дистанционном изучении поверхности Земли используют как воздушные аппараты (самолеты, вертолеты), так и космические (пилотируемые космические корабли, искусственные спутники Земли, орбитальные научные станции). Высота аэронаблюдений варьирует от нескольких десятков метров до нескольких километров, а космических – от 300 до 3000 км.

Особенно важное значение при прогнозировании, поисках и разведке термальных вод имеют аэрокосмофотосъемка (АФС и КФС) и ИК-съемка.

Аэрокосмофотосъемка является в настоящее время основным видом дистанционных наблюдений. При съемках с космических аппаратов охватывается огромная площадь -
измеряемая сотнями тысяч квадратных километров, в то время как с самолетов – лишь десятками квадратных километров. В целом АФС и КФС позволяют решить серию геологических и гидрогеологических задач, однако для гидрогеотермических исследований этой информации не всегда достаточно.

Инфракрасная съемка основана на способности природных тел испускать ИК-лучи. Интенсивность их определяется температурой и излучательной способностью этих тел. ИК-съемка является наиболее важным дистанционным методом при геотермических исследованиях, особенно при изучении вулканизма гидротермальной деятельности, проявляющейся в приповерхностной части разреза. В условиях дымки и туманов ИК-съемка имеет существенное преимущество перед АФС и КФС и позволяет получить изображение хорошего качества. С помощью ИК-съемки можно решить серию гидрогеологических задач: оценить влажность грунтов, определить уровень грунтовых вод, выявить зоны разгрузки подземных вод в пределах акваторий, проследить обводнены тектонические нарушения, оконтурить таликовые зоны, обнаружить разогретые участки земной поверхности, выявить выходы термальных вод. 

4. Геотермальная станция в Беларуси.

В республике обнаружены две территории в Гомельской и Брестской областях с запасами геотермальных вод плотностью более 2 т усл. т./м²  и температурой 50°С на глубине 1,4-1,8 км и 90-100°С на глубине 3,8-4,2 км. Но температурные условия недр территории республики изучены недостаточно. Большая глубина залегания термальных вод, сравнительно низкая их температура, высокая минерализация и низкий дебет скважин (100-1150 куб.м/сутки) не позволяют в настоящее время рассматривать термальные воды республики в качестве заслуживающего внимания источника энергии.

На Брестском предприятии в феврале 2010 г. запущена первая в Беларуси геотермальная станция.

Дан старт работе первой в стране геотермальной станции. Пилотный проект осуществлен тепличным комбинатом "Берестье". По сути это новое слово в использовании альтернативных источников энергии.

На территории комбината пробурили скважину глубиной 1520 метров, где температура воды превышает 40 градусов. Правда, объем источника оказался небольшой. В процессе дальнейшей работы было установлено, что на глубине 1000-1100 метров имеются очень мощные пласты достаточно теплой, около 30 градусов, воды, пригодной для промышленного использования. Она несоленая, высокого качества. Следующим этапом стала покупка тепловых насосов и другого специального оборудования.

Геотермальная станция - это электронно-механическая система, которая позволяет, условно говоря, из 1000 литров воды при температуре 30 градусов получить, например, 300 литров воды с температурой 65 градусов и 700 литров – с температурой 4 градуса. Горячая вода идет для обогрева теплиц. А холодная, согласно проекту, будет очищаться и поставляться в питьевую сеть города в пределах полутора тысяч тонн в сутки. Ее будут бутилировать и продавать.

Система пока обеспечивает 1,5 гектара теплиц и завязана в общий цикл с котельным хозяйством. Природное тепло распределяется на часть площадей, занятых цветами, салатной линией, огурцами и томатами. Сделано так, что, если температура воздуха резко снизится, сразу подключится центральная котельная. По расчетам, в год заменится 1 миллион кубических метров газа, а это экономия более 200 тысяч долларов. Для примера, сэкономленным топливом можно обогреть более полутора сотен двухэтажных коттеджей. Мощность станции – одна гигакалория в час. Станция дает тепла больше, чем рассчитано по проекту.

Вся система управления работает в автоматическом режиме, и все нужные параметры выводятся на монитор в центральную котельную.

Основная сложность была и еще остается в том, что практически нет специалистов по проектированию и наладке таких систем.

Бурение скважины производила Белгеология с целью поиска нефти, газа и других полезных ископаемых. Работы финансировало Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды РБ. Два мощных тепловых насоса стоят около 100 тысяч евро. Помогал облисполком, использовали собственные средства. По большому счету, проект обошелся недорого. К тому же он должен окупиться за 5 лет.

Если вода откачивается из глубины, то там ни в коем случае не создается вакуум. Пласты песка, насыщенные водой, постоянно возобновляются. А обогрев идет за счет температуры земли.

Заключение

Геотермальные ресурсы - количество теплоты, содержащееся в литосфере или ее участках, до глубины, технически достижимой средствами бурения на прогнозируемый период.

Основными этапами изучения геотермальных ресурсов недр являются:

- региональное геологическое изучение недр;

- поиск геотермальных ресурсов недр и оценка месторождения;

- разведка геотермальных ресурсов недр (включая пробную эксплуатацию месторождений углеводородов или отдельных буровых скважин), подготовка месторождения для разработки.

Основными видами полевых работ являются: геолого-гидрологическая съемка, специальные съемки (геотермическая, газогидрохимическая и др.), рекогносцировачное обследование участка разведки, бурение и термогидродинамические исследования скважин, геофизические и гидрологические работы, стационарные наблюдения за естественным и нарушенным режимами термальных и холодных вод, обследование ранее пробуренных глубоких скважин и действующих водозаборных сооружений, отбор проб воды и кернового материала, специальные виды исследований (геофизические, гидрогеохимические, геотермические, изотопные, ядерно-физические и др.).

Температурные условия недр территории Республики Беларусь изучены недостаточно. Большая глубина залегания термальных вод, сравнительно низкая их температура, высокая минерализация и низкий дебет скважин (100-1150 куб.м/сутки) не позволяют в настоящее время рассматривать термальные воды республики в качестве заслуживающего внимания источника энергии.

 

Список используемой литературы:

1. А.А.Шпак, И.М. Мелькановицкий, А.И. Сережников «Методы изучения и оценки геотермальных ресурсов». М.: Недра, 1992. – 316 с.

2. Кодекс Республики Беларусь о недрах.

3. www.baltfriends.ru

4. www.news.tut.by

2