научная статья по теме ПОСТРОЕНИЕ ГЛУБИННОГО РАЗРЕЗА ТЕМПЕРАТУРЫ В ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ТРАВАЛЕ (ИТАЛИЯ) С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ГЕОТЕРМОМЕТРА Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПОСТРОЕНИЕ ГЛУБИННОГО РАЗРЕЗА ТЕМПЕРАТУРЫ В ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ТРАВАЛЕ (ИТАЛИЯ) С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ГЕОТЕРМОМЕТРА»

ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 1, с. 90-97

УДК 550.837+550.361

ПОСТРОЕНИЕ ГЛУБИННОГО РАЗРЕЗА ТЕМПЕРАТУРЫ В ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ТРАВАЛЕ (ИТАЛИЯ) С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ГЕОТЕРМОМЕТРА

© 2015 г. В. В. Спичак, О. К. Захарова

Центр геоэлектромагнитных исследований ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, г. Троицк

E-mail: v.spichak@mail.ru Поступила в редакцию 29.07.2013 г.

С помощью технологии электромагнитного геотермометра построен двумерный разрез температуры до глубины 10 км в геотермальном регионе Травале (Италия). Его совместный анализ с построенной ранее моделью удельного сопротивления позволяет предположить, что в геотермальной системе Травале тепло переносится перегретыми паро-газообразными, а не жидкими, флюидами, как это считалось ранее на основании интерпретации модели удельного сопротивления. Другой важный вывод состоит в том, что вместо двух геотермальных резервуаров, о которых предположительно говорили ранее на основании интерпретации электромагнитных и сейсмических данных, по-видимому, следует говорить об одном глубинном резервуаре, имеющем приповерхностное ответвление. Из построенной модели температуры видно, что температуры на глубинах больше 4 км превышают 500°С, что говорит о целесообразности бурения на такие глубины с целью последующей эксплуатации этого геотермального резервуара.

Ключевые слова: электромагнитный геотермометр, модель температуры, электромагнитные зондирования, геотермальная область, Травале.

DOI: 10.7868/S0002333715010147

ВВЕДЕНИЕ

Геотермальные месторождения являются идеальными объектами для исследования электромагнитными методами, поскольку они создают заметные вариации электрического сопротивления в геологической среде. Но если высокие температуры являются необходимым условием для поиска геотермального резервуара, то низкие или высокие удельные сопротивления сами по себе не позволяют говорить ни о наличии резервуара, ни о характере флюидов (жидкие/газообразные), циркулирующих в системе.

Между тем, во многих работах, посвященных поиску геотермальных резервуаров по наземным геофизическим, в частности электромагнитным, данным (см., например, обзор Спичака [2008] и ссылки в нем), интерпретация глубинных разрезов удельного сопротивления строится, главным образом, с позиций поиска хорошо проводящих участков, которые затем рассматриваются как геотермальные резервуары или пути циркуляции жидких геотермальных флюидов. Характерным примером может служить интерпретация магнитотеллуриче-ских данных в геотермальной области Травале (Италия), выполненная в работе [Мап2еПа й а1., 2006].

Травале является частью всемирно известного геотермального района Лардерелло (Италия) (см. его расположение на рис. 1а). Здесь эксплуатируются два геотермальных бассейна, характеризующихся очень высокими температурами и выпуском пара: неглубокий резервуар на уровне катакла-стических горизонтов карбонатных эвапоритовых отложений Тосканского комплекса и более глубинный и обширный резервуар в трещиноватых метаморфизованных породах на глубинах более 2 км [Barelli et al., 2000].

Для того чтобы сузить область неопределенности и проводить интерпретацию геофизических данных в геотермальных терминах, было бы желательно анализировать геоэлектрический разрез совместно с температурным (см., например, [Spichak et al., 2013]). Проблема, однако, в том, что по данным термограмм его можно построить лишь до глубин 2—3 км, а с помощью моделирования тепловых потоков — лишь в региональных масштабах (см., например, [Khutorskoi et al., 2008; Ollinger et al., 2010; Limberger and Van Wees, 2013]), при которых теряется необходимая точность.

Между тем, в работах [Спичак и др., 2007; Спи-чак, Захарова, 2008] был предложен новый метод косвенной оценки температур земных недр в масштабах геотермальных резервуаров по данным

(а)

(б)

43°16'00"

11°05'00"

(I) Осадочные породы Неогена; (2) Лигурский комплекс (Юра—Олигоцен); (3) Тосканский комплекс: поздний Триасс—ранний Миоцен чередование осадков; (4) Тосканский комплекс: поздний Триасс, сложенный эвапоритами; (5) топография (м над у.м.); (6) Сброс; (7) Минирализованный сброс; (8) АМТ-данные; (9) МТ-данные; (10) МПП-данные

Рис. 1. Упрощенная тектоническая схема региона и его расположение (а); упрощенная геологическая карта, на которую нанесены пункты измерения МТ-данных (треугольники) и секущий профиль А—А' (б) [Вгс^1 й а1., 2003; МамеПа ег а1., 2006].

электромагнитных зондирований. С его помощью были построены двумерные и трехмерные модели температуры известных геотермальных зон Сульц-су-Форе (Франция) [Спичак, Захарова, 2011] и Хенгидль (Исландия) [8ркИак е! а1., 2013]. В настоящей работе на примере геотермальной области Травале мы исследуем возможность поиска геотермальных резервуаров и оценки типа носителя тепла (жидкие/газообразные флюиды) с помощью совместного анализа разреза удельного сопротивления и разреза температуры, построенного с помощью этого подхода.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ

В рассматриваемой области выделяются следующие тектоно-стратиграфические комплексы (рис. 1б) [Вгс§1 е! а1., 2003; Ве11аш е! а1., 2004]:

(1) миоцен-плиоценовые и четвертичные осадочные отложения, заполняющие протяженные тектонические прогибы;

(2) Лигурийский комплекс, включающий в себя юрские офиолиты, покрывающие их юрско-ме-ловые осадки и меловые-олигоценовые флишевые породы;

(3) Тосканский комплекс, состоящий из осадочных пород, меловых и олигоценовых эвапори-товых и карбонатных пород до поздне-олигоце-новых-ранне-миоценовых турбидитов;

(4) подстилающая толща, выявленная по геотермальному бурению, которая включает две пачки: верхняя пачка относится к породам формации Монтичьяно-Роккастрада, сложенным, в основном, триассовыми кварцитами и филлитами (группа Верручано), палеозойскими филлитами и слюдяными сланцами; нижняя пачка соответствует гнейсовому комплексу. Верхняя пачка несет на себе отпечатки Апеннинского орогенеза, в то время как в гнейсовом комплексе признаки таких изменений отсутствуют, что может свидетельствовать о том, что эти породы являлись частью фронтальной области коры, лежащей впереди Апеннинского орогена.

После стадий конвергенции и коллизии (поздний мел—ранний миоцен), которые определяли структурное развитие северных Апеннин, в районе Лардерелло произошли три эпизода тектонического растяжения. Первое и второе события имели место в миоцене и привели к наложению Лигурийского комплекса на триассовые эвапори-ты, группу пород Верручано и палеозойские филлиты вдоль пологих сбросов. Последний эпизод (плиоцен и до настоящего времени) характеризуется развитием сбросов, круто падающих в СВ направлении. В этой области поверхностный тепловой поток имеет максимальные значения (превышающие 500 мВт/м2) вдоль некоторых сбросовых разломов [Ве11аш е! а1., 2004]. Этот факт был ин-

ЮЗ

* 2

св Я

!3

к1

к2

к3

СВ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Расстояние, км

16

Рис. 2. Геологический разрез вдоль профиля А—А', показанного на рис. 6.1б в [Ве11аш е! а1., 2004].

терпретирован как следствие движения флюидов в локализованных зонах деформации, соответствующих основной области сдвига. Этот процесс происходит и по сей день и может быть связан как с жидкими, так и с перегретыми парообразными геотермальными флюидами.

Тектонические растяжения в Тоскане сопровождались магматизмом кислых пород. В районе Лардерелло бурением вскрыты множественные кислые дайки и гранитоиды с возрастом остывания 2.25—3.80 млн лет, которые пронизывают палеозойские слюдяные сланцы и гнейсовый комплекс. Внедрение этих магматических тел в некоторых местах привело к наложению контактно-метаморфических минеральных ассоциаций на предшествующие минеральные ассоциации.

Глубинную структуру района Лардерелло можно проследить по данным метода отраженных сейсмических волн. По сейсмическим профилям выявляется отчетливое различие между слабо-отражающей верхней корой и сильно-отражающей средней и нижней корой. На основе сейсмических данных и результатов бурения авторы работы [Вго§1 е! а1., 2003] предположили, что позднейшие крутопадающие разломы представляют собой поверхностные проявления сдвиговых растяжений, которые имеют тенденцию выполаживаться с глубиной.

Глубинные структуры в геотермальном поле Травале определяются поведением так называемых Н- и К-горизонтов, расположенных на глубинах 1—2 и 5—6 км соответственно (см. их расположение на рис. 2). Оба горизонта характеризуются повышенными амплитудами отраже-

ния сейсмических волн и прерывистостью их распределения по латерали [ВегИш е! а1., 2005]. При этом Н-горизонт является более прерывистым, чем расположенный ниже К-горизонт. Скважины, пронизывающие этот горизонт, показали, что он представляет собой заполненную паром трещиноватую зону вблизи верхней части гранитной интрузии.

По всей вероятности, интервалы пониженных амплитуд на фоне, в основном, высокоамплитудных отражений, являются порождениями паро-газообразных флюидов, пронизывающих трещиноватые массивы [СареШ е! а1., 2005]. Скважин-ные измерения на этой площади подтверждают соответствие между аномальным отражением и производством пара.

МОДЕЛЬ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Электромагнитные данные

Магнитотеллурические (МТ) данные в регионе Травале были измерены в 59 пунктах (см. их расположение на рис. 1б) в частотном диапазоне 0.001—360 Гц. Площадь исследованной области составляет примерно 4 х 4 км2. С проблемой помех удалось справиться с помощью удаленной базы на острове Сардиния. Для устранения проблемы статического смещения кривых МТ-зондиро-вания в восьми пунктах проводились измерения методом становления поля. Помимо этого, для устранения статического смещения использовалась также геологическая информация, полученная из обнажений пород и соответствующих значений удельного сопротивления. Принимая во

0

1

4

5

0

ЮЗ

к1 V

к2 V

к3 V

к4 V

к5 V

б2 Г4 е4 с7 V V V V

СВ

а8 V

м 4

с«1 Я К

I5 6

8 9 10

0

1

2

3

4

5

14

!Ом м

5000.0 2108.5 889.1 374.9 158.1 66.7 28.1 11.9 5.0

6 7 8 9 10 11 12 13 Расстояние, км

Рис. 3. Разрез удельного сопротивления вдоль профиля АА', наложенный на геологический разрез

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»