УДК 550.837
ТРЕХМЕРНАЯ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МУТНОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПАРОГИДРОТЕРМ
© 2010 г. А. Г. Нурмухамедов1, И. И. Чернев2, Д. А. Алексеев3,4, А. Г. Яковлев3,
1ОАО "Камчатгеология"
2ОАО "Геотерм" 3ООО "Северо-Запад"; 4Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, г. Москве E-mail: alexeevgeo@gmail.com Поступила в редакцию 26.02.2010 г.
В статье приводятся результаты интерпретации данных магнитотеллурического зондирования (МТЗ), полученных в районе Мутновского месторождения парогидротерм в период с 2004 по 2006 гг. Обсуждаются подходы к интерпретации магнитотеллурических данных в ситуации, характеризуемой существенными трехмерными искажениями и явлением берегового эффекта. Представлена результирующая ЗБ-геоэлектрическая модель. На основании анализа построенной геоэлектрической модели дается характеристика основных геоэлектрических горизонтов, включая такие их параметры, как интегральная проводимость и морфология геоэлектрических границ. Выделены области наиболее высоких значений электропроводности горизонта обводненных туфогенных отложений, а также зоны максимальных латеральных контрастов электропроводности, интерпретируемые как зоны разгрузки гидротерм. Приводятся результаты бурения, выполненного на основании данных магни-тотеллурического зондирования.
ВВЕДЕНИЕ
Освоение и использование геотермальной энергии является одним из приоритетных направлений современной энергетики во многих странах мира. В России геотермальные ресурсы разведаны на крайне ограниченном числе территорий. Камчатский регион является лидером по их использованию.
В 120 км к юго-западу от г. Петропавловск-Камчатский в основании склона Мутновского вулкана в труднодоступной пересеченной местности, на водоразделе рек Фальшивая и Жировая находится Мутновское месторождение парогидротерм. На территории месторождения введены в эксплуатацию Верхне-Мутновская и Мутновская геотермальные электростанции (ГеоЭС). Мутновская ГеоЭС находится в центральной части месторождения. Это — высокоавтоматизированная, наиболее современная и технологичная ГеоЭС в России, мощность которой по данным на 2007 г. составляет 50 МВтэ.
На основании разработанного Проекта дораз-ведки (геологического доизучения) Мутновского месторождения парогидротерм с целю обеспечения теплоносителем Мутновской ГеоЭС, в период с 2004 по 2008 гг. был выполнен большой объем электроразведочных работ методом магнитотеллуриче-ского зондирования (МТЗ) в районе Мутновского месторождения и на его флангах.
Основные задачи этих исследований состояли в уточнении геологического строения Мутновского
месторождения парогидротерм и выявлении зон распространения гидротерм. В настоящей статье приводятся результаты интерпретации данных МТЗ, описывается трехмерная (3Э) геоэлектрическая модель, отражающая распределение электропроводности в разрезе Мутновского месторождения парогидротерм до глубины 8 км.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ
И КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Существующие представления о структуре и гидрогеологических процессах, протекающих в зоне активного месторождения парогидротерм, схематично представлены на рис. 1. Согласно этой модели, метеорные воды из области питания проникают на значительную глубину в толщу осадочных или вулканогенно-осадочных пород и скапливаются в пределах геотермального резервуара, где происходит их разогрев, обусловленный присутствием глубинного источника тепла — магматического очага. Важной предпосылкой возникновения геотермального резервуара является наличие плохопроницае-мой покрышки, залегающей выше водонасыщен-ного горизонта. Естественная разгрузка гидротерм осуществляется по ослабленным трещиноватым зонам в пределах покрышки.
В табл. 1 и табл. 2. приводится классификация геотермальных месторождений по температурным
Область питания
WU
Область питания
шш
Геотермальный резервуар
mm
Глубинный теплоноситель Рис. 1. Схематическое изображение месторождения парогидротерм.
параметрам теплоносителя и дебиту продуктивных скважин [Берман, Маврицкий, 1978].
Мутновское месторождение парогидротерм относится к типу высокотемпературного теплоносителя и является высокодебитным.
ПРЕДПОСЫЛКИ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕТОДОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИЯХ ГИДРОТЕРМ
Накопленный опыт электромагнитных исследований, проводившихся с целью разведки геотерм, позволяет говорить об их высокой эффективности [Спичак, 1999; Malin et al., 2004].
Влияние температуры на удельное сопротивление горных пород, насыщенных флюидом (раствором), описывается выражением [Дортман, 1976]:
Pt =
P18
1 + в t - 18° C
где р( — удельное сопротивление раствора при температуре fС, р18 — удельное сопротивление раствора при температуре 18°С, р — температурный коэффициент, который для водных растворов приблизительно равен 0.026 1/°С. Заметим, что увеличение температуры на 200°С приводит к уменьшению удельного сопротивления в 6 раз.
Таким образом, наличие существенных контрастов электропроводности в области геотермального резервуара создает препосылки к использованию методов геоэлектрики при поисках и картировании гидротерм.
Таблица 1. Классификация теплоносителя по температуре на устье скважины
Тип теплоносителя Температура на устье скважины Области использования
низкотемпературный до 100°С коммунальное хозяйство, тепличное хозяйство, бальнеология
среднетемпературный 100—150°С коммунальное хозяйство, бинарные электростанции
высокотемпературный более150°С бинарные электростанции, геотермальные электростанции прямого действия (свыше 200°С)
АППАРАТУРА И МЕТОДИКА МТ-НАБЛЮДЕНИЙ НА ПЛОЩАДИ МУТНОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПАРОГИДРОТЕРМ
Работы методом МТЗ выполнялись аппаратурой, произведенной канадской фирмой "Phoenix Geophysics Ltd". Использовалось несколько измерительных модулей MTU-5, позволяющих регистрировать пять компонент (Ex, Ey, Hx, Hy, Hz) маг-нитотеллурического поля, а также MTU-2E, регистрирующих две горизонтальные компоненты электрического поля (Ex, Ey).
Измерительная система (станция) MTU включает автономный регистратор MTU-5 (MTU-2E) со встроенной GPS-системой, индукционные магнитные датчики МТС-50 (в случае измерения компонент магнитного поля регистратором MTU-5), электрические диполи длиной 80 м со слабополяри-зующимися электродами PE-2.
Азимуты датчиков поля составляли 30° и 120°, что соответствовало направлениям координатных осей y и x декартовой системы координат, к которой были приведены все данные при последующей интерпретации. Линии электрических датчиков выкладывались по буссоли. Магнитные датчики выкладывались по буссоли и выводились в горизонт по уровню. Ветровые помехи устранялись путем прикапывания электрических диполей и размещения индукционных датчиков в канавах, которые также прикапывались.
Перестановка станций в пределах площади исследований выполнялась дважды в сутки — утром и вечером (по местному времени). Записи, полученные разными станциями, были синхронизированы по времени (с использованием встроенных GPS). Длительность дневной записи МТ поля составляла порядка 8 часов, ночной — порядка 14 часов, что обеспечило частотный диапазон исследований от 400 до 0.001 Гц.
Перед началом полевых работ был выполнен комплекс регламентных мероприятий, а в ходе работ проводились контрольные измерения.
Полевые работы методом МТЗ выполнялись на территории Мутновского месторождения парогид-ротерм и сопредельных участков в течении четырех полевых сезонов — с 2004 по 2008 гг.
Наблюдения велись по сети 500 х 500 м и по сгущенной сети 250 х 250 м в центральной части площади месторождения. Кроме того, были проведены измерения по серии пересекающих площадь одиночных профилей длиной до 20—25 км с шагом, варьировавшим от 500 до 2000 м. Профильные наблюдения выполнялись с целью оценки характера фоновой (по отношению к площади месторождения) геоэлектрической ситуации, что необходимо с точки зрения последующей (в том числе трехмерной) интерпретации. Суммарный объем магнитотеллу-рических наблюдений за период с 2004 по 2008 гг. на
Таблица 2. Классификация геотермальных месторождений по производительности
Категория Производительность
месторождения одной скважины
малодебитное менее 1000 т/сут
среднедебитное 1000-3000 т/сут
высокодебитное более 3000 т/сут
рассматриваемой площади составил 360 пунктов МТЗ.
Следует отметить, что район исследований характеризуется высоким уровнем электромагнитных шумов, связанных с работой Мутновской ГеоЭС и существенно влияющих на качество проводимых наблюдений. Для повышения качества получаемых МТ-данных, синхронно с текущими наблюдениями, проводилась регистрация магнитных компонент МТ-поля в удаленной (базовой) точке. Использование технологии удаленной точки (remote reference) позволило повысить качество полученных данных в районе, непосредственно примыкающем к территории Мутновской ГеоЭС.
Средняя погрешность определения главных компонент составила около 4.2% для модуля и 2.1° для фазы, дополнительных компонент — 12.1% и 4.5° соответственно.
ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МТ-ДАННЫХ
Начальная обработка данных, полученных на площади Мутновского месторождения парогидро-терм, велась с использованием комплекса программ, разработанного компанией "Phoenix Geophysics Ltd" и ООО "Северо-Запад".
Обработка проводилась в два этапа. Сначала были обработаны данные регламентных работ и записи в пунктах измерений в режиме синхронной обработки. На втором этапе с использованием программы MT-Corrector (ООО "Северо-Запад") была выполнена сплайн-аппроксимация частотных зависимостей компонент тензора импеданса [Z] и получены кривые кажущегося сопротивления р , р^ и фазы импеданса ф^,, ф^.
Анализ данных площадных наблюдений МТЗ выполнялся в различных пространственных масштабах, что было необходимым с точки зрения разделения эффектов влияния региональных геоэлектрических структур и локальных неоднородностей (целевого объекта). Учитывая небольшие (по отношению к размерам региональных структур) размеры территории исследований, можно предполагать, что вклад региональных эффектов имеет сходный характер и близок в количественном выражении в пределах всего участка работ. Н
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.