lecture09 (1185072)
Текст из файла
Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)9. Тепловой режим земной коры. Источники геотермального тепла.9.1. Тепловой режим земной корыПод геотермикой (от греческих слов «гео» – земля и «термо» – тепло)понимается наука, изучающая тепловое состояние земной коры и Земли в целом, его зависимость от геологического строения, состава горных пород,магматических процессов и целого ряда других факторов.Критерием теплового состояния земного шара является поверхностныйградиент температуры, позволяющий судить о потерях тепла Земли. Экстраполируя градиент на большие глубины, можно в какой-то степени оценитьтемпературное состояние земной коры.
Величина, соответствующая углублению в метрах, при котором температура повышается на 1° С, называетсягеотермической ступенью.В связи с изменением интенсивности солнечного излучения тепловойрежим первых 1,5-40 м земной коры характеризуется суточными и годовымиколебаниями. Далее имеют место многолетние и вековые колебания температуры, которые с глубиной постепенно затухают.
На любой глубине температура горных пород ( T ) приближенно может быть определена по формулеT = tв +(H + h ) ,σ(9.1.1)где t в – средняя температура воздуха данной местности; H – глубина, длякоторой определяется температура; h – глубина слоя постоянных годовыхтемператур; σ – геотермическая ступень.Средняя величина геотермической ступени равна 33 м, и с углублениемот зоны постоянной температуры на каждые 33 м температура повышаетсяна 1 °С.Геотермические условия чрезвычайно разнообразны.
Это связано сгеологическим строением того или иного района Земли. Известны случаи,когда увеличение температуры на 1° С происходит при углублении на 2-3 м.©Кафедра теплоэнергетических систем, 20041Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)Эти аномалии обычно находятся в областях современного вулканизма. Наглубине 400-600 м в некоторых районах, например Камчатки, температурадоходит до 150-200 °С и более.В настоящее время получены данные о довольно глубоком промерзании верхней зоны земной коры. Геотермические наблюдения в зоне вечноймерзлоты позволили установить, что мощность мерзлых горных пород достигает 1,5 тыс.
м. Так, в районе реки Мархи (приток Вилюя) на глубине 1,8тыс. м температура составляет всего лишь 3,6 °С. Здесь геотермическая ступень составляет 500 м на 1 °С. На отдельных платформенных частях территории (на Русской платформе) температура с глубиной примерно следующая:500 м – не выше 20° С, 1 тыс. м – 25-35° С; 2 тыс. м – 40-60° С; 3-4 тыс. м –до 100° С и более.9.2. Подземные термальные воды (гидротермы)В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкийэнергоноситель – вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхнихгеосфер.
Вода насыщает все породы осадочного чехла. Она содержится в породах гранитной и осадочной оболочек, а вероятно, и в верхних частях мантии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при температуре около 700 °С вода находится исключительно в газообразном состоянии.На глубине 50-60 км при давлениях около 3·104 атм исчезает граница фазовости, т.е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода.В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород,содержащие термальные воды (гидротермы).
В связи с этим в земной кореследует выделять еще одну зону, условно называемую «гидротермальнойоболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару только на разной глубине. В районах современного вулканизма гидротермальнаяоболочка иногда выходит на поверхность. Здесь можно обнаружить не толь©Кафедра теплоэнергетических систем, 20042Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)ко горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и парогазовые струи стемпературой 180-200° С и выше.Температура подземных вод колеблется в широких пределах, обусловливая их состояние, влияя на состав и свойства. В соответствии с температурой теплоносителя все геотермальные источники подразделяют на эпитермальные, мезотермальные и гипотермальные.К эпитермальным источникам обычно относят источники горячей воды с температурой 50-90 °С, расположенные в верхних слоях осадочных пород, куда проникают почвенные воды.К мезотермальным источникам относят источники с температуройводы 100-200 °С.В гипотермальных источниках температура в верхних слоях превышает 200 °С и практически не зависит от почвенных вод.Происхождение термальных вод может быть связано с деятельностьютепловых очагов, но чаще всего вода, тем или иным способом попадая впласт породы, совершает долгий путь, пока не приходит в контакт с тепловым потоком или постепенно разогревается, отбирая тепло у пород.Жидкая фаза воды и тепло могут происходить из одного источникалишь в том случае, если таковым является остывающий магматический расплав.
Перегретая вода в виде паровых струй выделяется из расплава вместе сгазами и легколетучими компонентами, устремляясь в верхние, более холодные горизонты. Уже при температурах 425-375 °С пар может конденсироваться в жидкую воду; в ней растворяется большинство летучих компонентов– так появляется гидротермальный раствор «ювенильного» (первозданного)типа. Под термином «ювенильные» геологи подразумевают воды, которыеникогда прежде не участвовали в водообороте; такие гидротермы в прямомсмысле слова являются первичными, новообразованными.
Полагают, что подобным образом сформировалась вся поверхностная гидросфера морей иокеанов в эпоху молодой магматической активности планеты, когда только©Кафедра теплоэнергетических систем, 20043Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)только зарождались твердые консолидированные «острова» материковыхплатформ.Прямой противоположностью «ювенильных» вод являются воды инфильтрационного происхождения. Если «ювенильные» воды, отделяясь отмагматического расплава, поднимаются к поверхности, то преобладающеедвижение инфильтрационных вод – от поверхности вглубь. Источник водэтого типа представляет собой атмосферные осадки или вообще поверхностные водотоки.
По поровому пространству пород или трещинным зонам этиводы проникают (инфильтруются) в более глубокие горизонты. По путидвижения они насыщаются различными солями, растворяют подземные газы,нагреваются, отбирая тепло у водопроводящих пород.В зависимости от глубины проникновения инфильтрационных вод онистановятся более или менее нагретыми. При средних геотермических условиях для того, чтобы инфильтрационные воды стали термальными (т.е. с температурой более 37 °С), необходимо их погружение на глубину 800-1000 м.Инфильтрационные гидротермы способны изливаться на поверхность ввиде горячих источников, если существует возможность разгрузки воды наповерхность по разломам, выклиниваниям слоев, что происходит в болеенизких относительно области питания участках. Причем, чтобы вода оставалась термальной, подъем ее к поверхности должен происходить очень быстро, например, по широким трещинам разломов.
При медленном подъеме гидротермы остывают, отдавая аккумулированное тепло вмещающим породам.Однако, если пробурить скважину на глубину 3-4 тыс. м и обеспечить быстрый подъем воды, можно получить термальный раствор с температурой до100 °С. Все это касается областей со средними геотермическими показателями и не относится к вулканическим районам или зонам недавнего горнообразования.Вулканический тип термальных вод следует выделить особо. Как уже©Кафедра теплоэнергетических систем, 20044Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)говорилось, горячие источники вулканических районов нельзя целиком считать «ювенильными», т.
е. магматическими. Опыт исследований показывает,что в подавляющем случае вода вулканических терм имеет поверхностноеинфильтрационное происхождение. Помимо гейзеров вулканический типгидротерм включает грязевые грифоны и котлы, паровые струи и газовыефумаролы.Все перечисленные типы термальных вод имеют разнообразнейшийхимический и газовый состав. Их общая минерализация колеблется от ультрапресных категорий (менее 0,1 г/л) до категорий сверхкрепких рассолов(более 600 г/л).
Гидротермы содержат в растворенном состоянии различныегазы: активные (агрессивные), такие, как углекислота, сероводород, атомарный водород, и малоактивные – азот, метан, водород.В геотермальной энергетике могут быть использованы практически всевиды термальных вод: перегретые воды – при добыче электроэнергии, пресные термальные воды – в коммунальном теплообеспечении, солоноватыеводы – в бальнеологических целях, рассолы – как промышленное сырье.9.3. Запасы и распространение термальных водК областям распространения месторождений термальных вод относятся: вулканическое кольцо бассейна Тихого океана, Альпийский складчатыйпояс, рифтовые долины континентов, срединно-океанические хребты, платформенные погружения и предгорные краевые прогибы (рис.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
