Региональные геотермические исследования

Региональные термические исследования сводятся к высокоточному (погреш- ность не более 0,01°С) неоднократному измерению температур, их приращений в глу- боких скважинах, горных выработках и донных осадках озер, морей и океанов. Чтобы исключить влияние сезонных колебаний температур, замеры на суше ведут на глубинах свыше 50—100 м, а на водных акваториях — на глубине свыше 300 м.

При бурении скважин нарушается температурное равновесие, которое зависит от времени и способа бурения, условий циркуляции промывочной жидкости или проду- ваемого воздуха во время бурения. В среднем время восстановления температуры до

первоначальных значений превышает 10-кратное время бурения скважины. Поэтому термические измерения проводят после установления температур, т. е. через несколько месяцев (иногда – лет) после бурения глубоких скважин и через несколько недель или дней после бурения скважин или шпуров в горных выработках.

Графики и карты температур (или градиентов температур) используют для расче- тов геотермических градиентов, тепловых потоков. Тепловой поток рассчитывают по известному геотермическому градиенту Г и теплопроводности λТ горных пород, опре- деляемой на образцах горных пород и донных осадков или с помощью специальных термометров [см. выражения (6.1), (6.2)].

В результате многолетних тепловых съемок Земли накоплены некоторые сведе- ния об особенностях ее теплового поля. Геотермическая ступень (величина, обратная геотермическому градиенту) составляет на кристаллических щитах около 100 м/град, на платформах — около 30 м/град, в складчатых областях — 10—20 м/град, в областях новейшего вулканизма — 5—20 м/град. Минимальные тепловые потоки (0,02— 0,04

Вт/м2) наблюдаются на платформах и особенно на докембрийских щитах, в глубоко- водных впадинах, максимальные — на срединно-океанических хребтах, в рифтовых зонах и участках современного вулканизма (0,2—0,4 Вт/м2). Тепловой поток увеличи- вается в направлении от древних к молодым областям складчатости, а в каждой из них наблюдается возрастание потоков от предгорных прогибов к участкам активного оро- генеза. В тектонически активных областях наблюдается резкая дифференциация тепло- вых потоков, например, возрастание втрое от краевых прогибов к областям кайнозой- ской складчатости. Несмотря на существующее примерное равенство тепловых пото- ков в океанических и континентальных областях, а также в регионах разновозрастной складчатости, их различия обусловливают существование не только вертикальных, но и горизонтальных градиентов температур.

Для океанских плит наблюдается закономерное уменьшение средних значений теплового потока с увеличением расстояния от срединно-океанских хребтов и, соответ- ственно, – с увеличением возраста океанской литосферы. Эта закономерность описы- вается теоретической зависимостью Склейтера-Сорохтина

q = 473,5

1 , (6.4)

T

где q – тепловой поток в мВт/м2; Т – возраст океанской литосферы в млн. лет. Данная зависимость достаточно удовлетворительно соответствует наблюдаемым значениям теплового потока для диапазона Т от 5 до 70 млн. лет.

Измерения температур в структурных и разведочных (на нефть и газ) скважинах по- зволяют рассчитать геотермические градиенты и их изменения с глубиной и по площа- ди. Так, например, в породах Украинского щита геотермический градиент очень мал:

0,010— 0,015 °С/м, а в Ставропольском крае высок—0,032—0,067 °С/м. По нефтяным

скважинам Краснодарского края геотермический градиент имеет промежуточные зна-

чения — 0,020— 0,046 °С/м.

Региональные термические исследования служат для выявления термического режима и состояния недр Земли, что является важным источником информации для геофизики и теоретической геологии. Практически эти исследования направлены на изучение геотермических ресурсов и выявление участков, перспективных на использо- вание глубинного тепла в качестве источника энергии. Эти участки располагаются в районах с повышенным тепловым потоком (свыше 0,1 Вт/м2) и геотермическим гради- ентом (5—20° на 100 м). В таких районах на глубинах свыше 1—3 км могут находиться скопления либо парогидротерм, либо термальных вод, либо прогретых пород. В на- стоящее время используют не только парогидротермы и термальные воды, но и под-

земные тепловые котлы, т. е. зоны разрушенных перегретых пород, куда можно закачи- вать воду и после ее нагрева использовать для получения электроэнергии, теплофика- ции и других целей.