ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
GEOTHERMAL ENERGY
О НЕКОТОРЫХ АСПЕКТАХ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МУТНОВСКОГО ГЕОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (ЮЖНАЯ КАМЧАТКА, РОССИЯ)
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ УДК 550:38+550.34+550.065
Ю. А. Кугаенко, Д. В. Мельников*
Камчатская опытно-методическая сейсмологическая партия Геофизической службы РАН бульвар Пийпа, 9, г. Петропавловск-Камчатский, 683006, Россия Тел.: (415-22) 5-86-84; факс: (415-22) 5-88-98; e-mail: ku@emsd.ru
* Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН бульвар Пийпа, 9, г. Петропавловск-Камчатский, 683006, Россия Тел.: (415-22) 5-95-12; факс: (415-22) 5-47-23; e-mail: dvm@kcs.iks.ru
Кугаенко Юлия Александровна
Кугаенко Ю. А.
Сведения об авторе: кандидат физ.-мат. наук, ученый секретарь Камчатского филиала Геофизической службы РАН.
Образование: Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет (1985 г.).
Область научных интересов: геофизика, сейсмология, эмиссионная томография, сейсмический мониторинг гидротермальных месторождений.
Публикации: более 40 научных работ.
Мельников Дмитрий Владимирович
Мельников Д. В.
Сведения об авторе: старш. науч. сотрудник Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. Образование: Камчатский государственный педагогический институт, историко-географичес-кий факультет (1998 г.).
Область научных интересов: вулканическая геоморфология, гидротермальные системы, дистанционное зондирование Земли, географические информационные системы. Публикации: более 20 научных работ.
In given report man-caused phenomena in area of high-temperature Mutnovsky hydrothermal field (South Kamchatka, Russia) are shown. Two geothermal power plants (Verkhne-Mutnovsky, 12 MW and Mutnovsky, 50 MW) began to work here in 1999 and 2002. Data about shallow earthquakes appearance, the change of hydrotherms parameters, hydrothermal explosion and new surface thermal manifestation are present. All these events are important ecological consequence of deposits exploitation.
Введение
Вопрос изучения, индустриального освоения и комплексного мониторинга гидротермальных месторождений становится все более актуальным на фоне топливно-энергетических проблем современного мира. По всем существующим, иногда
противоречивым, прогнозам энергетического развития человечества вклад возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в производство электричества и тепла будет неуклонно возрастать. Уже сейчас вклад геотермальной энергетики превышает 60 % применяемых ВИЭ.
Статья поступила в редакцию 22.04.2005. The article has entered in publishing office 22.04.2005.
Рис. 1. Схема Мутновского геотермального месторождения (слева) и его космоснимки (спутник Terra, сенсор ASTER) в тепловом диапазоне спектра (справа): квадраты — геотермальные электростанции (МГеоЭС — Мутновская, ВМгеоЭС — Верхне-Мутновская), стрелка — место гидротермального взрыва и образовавшееся в результате этого новое термопроявление. На схеме кружками отмечены естественные термопроявления: 1 — активная воронка кратера Мутновского вулкана; 2 — Донное поле кратера Мутновского вулкана; 3 — Северо-Мутновские западные; 4 — Северо-Мутновские восточные; 5 — Дачные; 6 — Верхне-Мутновские
'/ / ''I Г ' 'Л \ 1 '
■ k i ¡у"1—i , i/,,1 ^--'J-—-'Л
рЩЩШ!
М^ш К ТI г ^«ífe^Sé
ВМГеоЭС
\
1 ^ítfllS
¿Л\ V Чх\
штш
«ш
> 7¡
Ii'1
т4 OS?
Y
-Гч
BV^ssji
¡mßmmmi
^ржаи) я;('}//, щ^а-ц. шжт
Мутновское месторождение теплоэнергетических вод (Южная Камчатка, рис. 1), в соответствии с принятой в России классификацией, относится к типу высокотемпературных месторождений парогидротерм с двухфазной паро-конденсат-ной зоной. На космоснимках более светлый цвет соответствует большей температуре. Термальные аномалии пронумерованы в соответствии с естественными термопроявлениями Мутновского геотермального месторождения. Верхний снимок сделан до взрыва, нижний — после.
В статье представлены данные о техногенных явлениях в районе Мутновского месторождения, где в 1999 г. введена в эксплуатацию Верхне-Мутновская (12 МВт) и в 2001 г. — Мутновская (50 МВт) геотермальные электростанции (ГеоЭС). Рассматривается появление поверхностных землетрясений, изменение параметров гидротермальной системы, гидротермальный взрыв и возникновение нового поверхностного термо-
проявления. Эти события относятся к важным экологическим последствиям разработки месторождения.
Строительство геотермальных станций позволяет частично заместить традиционную выработку электроэнергии на экологически чистую. В 2004 г. в РАО «ЕС России» определены стратегические направления в развитии камчатской энергетики, главное из которых - переход на энергоресурсы полуострова. Сейчас камчатские геотермальные станции несут уже около четверти нагрузки по производству местной электроэнергии. Проблемы воздействия на окружающую среду, возникающие при эксплуатации ГеоЭС, важны для районов, где тепло Земли может с успехом заменить дорогостоящее привозное топливо, — для Камчатки, Чукотки, Курильских островов [1, 2].
Планируемая мощность Мутновского геоэнергетического комплекса 300 МВт, в ближай-
шие годы эксплуатация месторождения будет интенсифицирована. Это ведет к дальнейшему нарушению естественного равновесия среды в области гидротермальной системы, развитию опасных эндогенных процессов и выдвигает на первый план проблему организации комплексного мониторинга месторождения.
Общие сведения о Мутновском гидротермальном месторождении
Современные термопроявления пространственно связаны с областями молодого и современного вулканизма, что свидетельствует о тесной связи магматизма и гидротерм. Месторождения гидротерм молодого и современного вулканизма чрезвычайно сложны. Обычно пористость толщ вмещающих пород мала, поэтому в большинстве случаев условия для локализации подземных вод имеются лишь в секущих эти структуры трещинных зонах. Источники тепла и горячих водных масс связывают с внедрением в водоносные слои глубинного теплоносителя — магмы или надкритического флюида. В настоящее время на Камчатке известны более 150 групп термопроявлений, среди которых около 100 имеют температуру на глубине до 1500 м свыше 60 °С, а 17 — свыше 90 °С. Наиболее доступным для эксплуатации природного теплоносителя и перспективным по ресурсам и тепловым параметрам является Мутновс-кое месторождение парогидротерм.
На территории Мутновского геотермального района расположены два действующих вулкана — Мутновский и Горелый, сохраняющие активность и в настоящее время, с молодыми шлаковыми конусами и множеством выходов на поверхность термальных вод. Области разгрузки гидротермальных систем в виде выходов пара и горячих вод находятся на площади около 60 км2. Мутновское месторождение парогидро-терм расположено на высоте 800-900 м на участке пересечения крупного тектонического шва северо-восточного простирания и широкого грабена, образованного системой субмеридиональных сбросов. Здесь же проходят разломы северо-западного простирания и неявно выраженная на местности система широтных нарушений. Этот уникальный по сложности дробления блоковый узел создает условия, благоприятные для локализации парогидротерм.
Главной отличительной особенностью паро-гидротерм является двухфазное (пар и вода) состояние теплоносителя в очаге разгрузки. Перегретые воды вскипают на глубине. На уровне вскипания происходят пароотделение, дегазация, резкое падение температуры. Деятельность па-рогидротерм сопровождается сложными физико-химическими процессами. Ниже зоны вскипания происходит ощелачивание гидротерм, а выше образуется «паровая шапка», в которой идут
процессы формирования кислых агрессивных вод. Характер циркуляции теплоносителя тре-щинно-жильный на всю исследованную глубину месторождения, при этом наиболее обводненные участки связаны с зонами повышенной тектонической трещиноватости.
<
Согласно карте общего сейсмического райо- <ё нирования территории Российской Федерации * ОСР-97 [3, 4], Мутновское месторождение нахо- 1 дится в 9-балльной зоне. Для района ГеоЭС веро- д ятность сотрясений с интенсивностью >9 бал- -§
си
лов, согласно ОСР-97, в течение 50 лет состав- ^ ляет 10 %. £
.а
Буровые работы на Мутновском месторож- ^ дении ведутся с 1978 г., пробурено около 90 § скважин глубиной от 250 до 2500 м. Они вскры- ® вают двухфазный теплоноситель с температурой до 200-250 °С и зону перегретых теплоносителей с температурой до 230-320 °С. Отбор теплоносителя обеспечивает функционирование двух ГеоЭС общей мощностью 62 МВт.
Экологический аспект нарушения состояния гидротермальной системы
Экономическая эффективность и надежность, наряду с экологической безопасностью, — главные факторы, благодаря которым геотермальная энергетика получает все более широкое применение во многих странах. В настоящее время Мутновская ГеоЭС считается лучшей геотермальной станцией в мире по уровню автоматизации и экологическим параметрам. Можно говорить о практически полной экологической чистоте Мутновского геоэнергетического комплекса относительно атмосферы и естественных водоемов: применяемая технология такова, что почти полностью исключает контакт теплоносителя с окружающей средой. Но не стоит забывать и о других сторонах воздействия аналогичных индустриальных объектов на окружающую среду. Обычно к экологическим последствиям разработки гидротермальных ресурсов относят [5, 6]:
- выпуск в атмосферу пароводяной смеси;
- загрязнение естественных водоемов вслед- <с ствие сброса отработанных термальных вод; $
- понижение гидростатического уровня во- ь доносного комплекса, что ведет к ослаблению и ^ даже исчезновению естественных поверхностных |
си
проявлений (что уже наблюдалось на Камчатке § на Паужеском и Налычевском месторождениях); н
с
- оседание земной поверхности; |
- карст; *
1Т.
- появление (активизация) наведенной сейс- § мичности. о
На Мутновском геоэнергетическом комплексе отработанный теплоноситель закачивается обратно в недра для сохранения ресурсов месторождения. При этом происходит и захоронение вредных компонент теплоносителя: сероводорода, бора, мышьяка, ванадия, хрома, содержа-
ние которых превышает преде
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.