CC BY
24
© Р.И. Пашкевич, Е.Ю. Попов, Е.Г. Савельев, Р.А. Ромушкевич, К.А. Павлов, 2015
УДК 536.2+536.631
Р.И. Пашкевич, Е.Ю. Попов, Е.Г. Савельев, Р.А. Ромушкевич, К.А. Павлов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ ПОРОД АВАЧИНСКОЙ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ, КАМЧАТКА
Приведены результаты измерений комплекса тепловых свойств (теплопроводность, объемная теплоемкость, коэффициент тепловой анизотропии) образцов пород Авачинской геотермальной системы при атмосферных термобарических условиях в двух состояниях насыщения образцов: сухом и водонасыщенном.
Ключевые слова: горные породы, теплопроводность, объемная тепло-емкость, коэффициент тепловой анизотропии, метод оптического сканирования, Авачинская геотермальная система.
Определение значений тепловых свойств пород геотермальных систем необходимо для оценки тепловых ресурсов, а также для получения достоверных результатов термогидродинамического моделирования геотермальных месторождений [1, 2]. Ранее в [2] были представлены результаты измерений тепловых свойств пород геотермальных месторождений Камчатки при нормальных и пластовых термодинамических условиях по методам [3] и [4]. В данной работе представлены результаты измерений тепловых свойств образцов пород Ава-чинской геотермальной системы на Камчатке, как в сухом, так и в водонасыщенном состояниях, при атмосферных термобарических условиях. Исследованы образцы керна пород, полученные при бурении термометрических скважин в южной части Авачинской геотермальной системы [5]. Измерения были выполнены на современной аппаратурно-методической базе [6].
Для измерений теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости водонасыщенных и сухих образцов пород при атмосферных условиях применялся неразру-шающий, бесконтактный, прецизионный метод оптического сканирования [4, 7].
Метод оптического сканирования позволяет определять главные значения тензора теплопроводности X, температуропроводности а, коэффициент тепловой анизотропии К и объемную теплоемкость С, и степень тепловой неоднородности в (представляющую собой коэффициент вариации теплопроводности вдоль линии сканирования) горных пород непосредственно на полноразмерном или стандартном керне.
Принцип метода оптического сканирования основан на нагреве плоской или цилиндрической поверхности изучаемого образца концентрированным источником тепловой энергии и регистрации температуры нагреваемой поверхности инфракрасными датчиками температуры, двигающимися вместе с источником нагрева относительно изучаемых образцов пород с одинаковой и постоянной скоростью [4, 7].
Метод измерений реализован в лабораторной установке оптического сканирования для измерений на полноразмерном керне и штуфных образцах [6].
Перед измерениями тепловых свойств образцы распиливались с целью подготовки плоской поверхности и высушивались при комнатной температуре в течение 15 дней. После измерений на образцах в сухом состоянии, перед последующими измерениями, образцы насыщались дистиллированной водой с добавлением соли ИаС1 (18 г/л) под вакуумом в соответствии с ГОСТ 26450.1-85 [8].
В ходе теплофизических измерений для каждого образца стандартного керна определялись:
• теплопроводность X// вдоль линии параллельной направлению выбуривания керна (линия 1);
• теплопроводность Х± в направлении перпендикулярном направлению выбуривания керна (линия 2);
• объемная теплоемкость С;
• коэффициент тепловой неоднородности в// вдоль линии 1;
• коэффициент тепловой неоднородности в± вдоль линии 2;
• коэффициент тепловой анизотропии К.
Измерения проводились на плоских поверхностях образцов по двум взаимно-перпендикулярным направлениям. Одна линия совпадала с направлением оси керна, другая - перпендикулярна к оси керна. Сканирование вдоль двух взаимно-
перпендикулярных направлений применяли для охвата большего объема изучаемых образцов и получения более представительных результатов измерений, а также для оценки анизотропии.
Оценка анизотропии и определение главных значений тензора теплопроводности проводились для образцов, на которых было возможно определить направление выбуривания керна или выделить визуально направление ориентированной трещи-новатости/пористости. Определение пористости образцов проводилось весовым методом по ГОСТ 26450.1-85 [8].
Полная погрешность однократного измерения составляла ±3,5 % для теплопроводности и ±6 % для объемной теплоемкости (для доверительной вероятности 0,95).
Восемь образцов коллекции были распилены таким образом, что удалось провести измерения на двух получившихся частях образца. Лабораторные номера этих образцов содержат в номере обозначение «_1», табл. 1. Таким образом, общее количество образцов составило 57.
Для получения информации по тепловой анизотропии плоскость разреза выбиралась таким образом, чтобы она была параллельна цилиндрической образующей керна. В случае невозможности определения ориентации образца по образующей или по напластованию, плоскость распиливания выбиралась так, чтобы получить максимально возможную площадь для проведения измерений. Для образцов без определенной пространственной ориентации тепловая анизотропия не оценивалась.
Для образцов, где не удалось определить направление выбуривания или трещиноватости, две взаимноперпендикулярные линии сканирования выбирались из условия их максимальной длины.
На рис. 1 приведен профиль теплопроводности для одного образца с коэффициентом неоднородности, полученным в ходе измерений в сухом состоянии.
Часть измерений была проведена на образцах (12 шт.) с линейными размерами менее 40 мм в длину и ширину, не соответствующим требованиям оборудования к размерам образцов, т.е. образцы были на 4—7 мм меньше требуемых размеров (табл. 1). Измерения на этих образцах были проведены для получения более полной информации по тепловым свойствам
2.5
Б о
X
5
■ 1.5
0.5
в = 0,29
ч у
20 30
Расстояние, мм
Рис. 1. Профиль теплопроводности для образца № 81 в сухом состоянии. Пунктирная линия - линия сканирования
2
1
0
0
образцов коллекции. Погрешности измерений теплопроводности и объемной теплоемкости, связанные с небольшими размерами образца, оцениваются в 6-7 % в сторону занижения результатов.
Общее количество образцов, для которых было определено направление выбуривания керна составило 31 шт. Для них было установлено, что разница между значениями теплопроводности, измеренными в сухом состоянии по двум взаимно-перпендикулярным направлениям, обусловлена существенной неоднородностью образцов коллекции. Наличие незначительной тепловой анизотропии обнаружено на шести образцах -лабораторные номера 27, 31, 32, 33, 48. Сопоставление результатов измерений для сухих и водонасыщенных образцов показало, что водонасыщение образцов привело к уменьшению коэффициента анизотропии, что позволяет сделать вывод о том, что анизотропия пород обусловлена, главным образом, ориентированной микротрещинноватостью.
В табл. 1 приведены результаты измерений. Для изотропных образцов проводилось усреднение значений коэффициента теплопроводности по результатам измерений вдоль двух линий сканирования (1 и 2).
Таблица 1
Результаты измерений комплекса тепловых свойств пород
№ п/ п Лаб. № образца № образца Глубина отбора керна, м Горная порода1 Пористость, % Сухие образцы Водонасышенные образцы
я,,.2 Вт/ (м-К) Р,,.2 Я-х, Вт/ (м-К) Рх.2 С, 106 Дж/(м3К) К а,,.2 Вт/ (м-К) Р,,.2 Вт/(м-К) Рх. 2 С, 106 Дж/ (м3-К) К
1 1 6_10м 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, средне-мелкопорфи-ровый, мелкопористый 10.6 1.11 0.11 1.85 1.00 1.70 0.07 2.49 1.00
2 2 5 6_5м 5 Андезито-базальт средне мелкопорфировый 29.7 0.49 0.27 1.08 1.00 1.15 0.11 2.26 1.00
3 З4 2_03Ш_5 м 5 Андезито-базальт (андезит?) массивный, крупнопорфировый 15.1 0.83 0.07 1.68 1.00 1.52 0.08 2.47 1.00
4 4 5 2 ОЗШ 1 Ом 10 Андезито-базальт плотный, мелкопорфировый 14.6 0.90 0.28 1.63 1.00 1.54 0.13 2.33 1.00
5 5 5 3_07_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, среднепорфировый, пористый 11.8 0.89 0.16 1.77 1.00 1.57 0.07 2.57 1.00
6 б5 3_07_10м 10 Андезито-базальт мелкопористый, мелкопорфировой структуры 15.9 0.89 0.15 1.63 1.00 1.74 0.06 2.68 1.00
7 6_15 15.9 0.87 0.12 1.60 1.00 1.71 0.05 2.59 1.00
8 7 5 2А_03_5м 5 Андезито-базальт массивный, равномерно-среднепорфировый 3.7 1.36 0.12 2.05 1.00 1.83 0.08 2.25 1.00
9 7_1 5 4.0 1.40 0.06 2.05 1.00 1.84 0.09 2.04 1.00
ю Продолжение табл. 1
№ п/ п Лаб. № образца № образца Глубина отбора керна, м Горная порода1 Пористость, % Сухие образцы Водонасышенные образцы
А,,.2 Вт/ (м-К) Р,,.2 Вт/ (м-К) Рх.2 С, 106 Дж/(м3-К) К А,,.2 Вт/ (м-К) Р,,.2 Я.х,2 Вт/(м-К) Р±. 2 С, 106 Дж/ (м3-К) К
10 8 5_5м 5 Андезито-базальт мелкопорфировый, пористый 15.5 0.84 0.27 1.66 1.00 1.49 0.08 2.67 1.00
11 9 4 5_10м 10 Андезит (?) мелкопористый 17.9 0.82 0.11 1.63 1.00 1.73 0.05 1.00
12 10 5 3_5м 5 Андезито-базальт псевдо-брекчиевидный, пироксен-плагиоклазовый 19.5 0.91 0.57 1.69 1.00 1.61 0.18 2.55 1.00
13 10 1 4,5 22.2 0.89 0.56 1.63 1.00 1.68 0.10 2.42 1.00
14 II4 3_10м 10 Андезит(?) массивной текстуры 15.8 0.92 0.12 1.71 1.00 1.77 0.07 2.25 1.00
15 12 5 ЗРИ 0,2-0,6м 0,2-0,6 Андезито-базальт мелкопорфировый, с незначительным (до 5 %) количеством пор 19.1 0.76 0.12 1.53 1.00 1.38 0.05 2.43 1.00
16 13 4 ЗРИ_5м 5 Андезит (?) массивной текстуры 3.8 1.54 0.12 2.18 1.00 1.74 0.05 2.49 1.00
17 14 5 ЗРИ 5,6-5,9м 5,6-5,9 Андезито-базальт (андезит?) массивный 2.8 1.62 0.06 2.22 1.00 1.86 0.04 2.42 1.00
18 15 ЗРИ_10м 10 Андезит(?) массивной текстуры 7.2 1.43 0.09 1.96 1.00 1.82 0.08 2.12 1.00
19 16 5 2РК 4,7-5,0м 4,7-5 Андезито-базальт пироксен-амфиболовый, мелкопорфировый, пористый. Поры вытянуты в одном направлении без заполнения 12.1 0.97 0.22 1.81 1.00 1.52 0.09 2.36 1.00
20 17 4,5 2РИ_5м 5 Андезито-базальт порфировой структуры, пористый. Поры различной формы, часто объединяются, образуя вытянутые пустоты. Размер пор от 0,5 мм до 5x8 мм 11.2 1.02 0.13 1.80 1.00 1.73 0.07 2.46 1.00
21 18 5 2РИ_10м 10 Андезито-базальт (базальт?) плотный, массивной текстуры, мелкопорфировой, ближе кафиро-вой структуре 3.7 1.46 0.07 2.14 1.00 1.71 0.08 2.39 1.00
22 181 5 3.8 1.47 0.05 2.13 1.00 1.70 0.07 2.29 1.00
23 19 4 2_10м 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, порфировой структуры. Пористость - до 10 % объема 24.0 0.73 0.08 1.56 1.00 1.43 0.07 1.00
24 20 1_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, ноздреватый 9.4 1.33 0.08 2.01 1.00 1.65 0.06 2.38 1.00
25 21 1_10м 10 Андезит (?) порфировой структуры. Пористость составляет около 15 % 13.8 0.82 0.20 1.72 1.00 1.51 0.09 2.24 1.00
26 22 4 1 7,0-7,2м 7-7,2 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, массивный, средне-крупнопорфировый 8.8 1.10 0.10 2.05 1.00 1.52 0.06 2.51 1.00
27 231 10,2-0,8 0,2-0,8 Андезито-базальт (андезит?), массивный, плотный, порфировой структуры 3.0 1.55 0.10 2.29 1.00 1.80 0.12 2.21 1.00
28 2 32 3.7 1.55 0.08 2.28 1.00 1.87 0.06 2.21 1.00
29 24 4 01_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, ноздреватый 25.5 0.61 0.15 1.37 1.00 1.35 0.06 2.62 1.00
30 25 01_10м 10 Андезит(?) мелкопорфировый 8.9 1.10 0.05 1.96 1.00 1.85 0.06 2.22 1.00
^ Продолжение табл. 1
№ п/ п № образца г Горная порола1 Сухие образцы Водонасышенные образцы
Лаб. № образца Глубина отбора керна Пористость, % А,,.2 Вт/ (м-К) Р,,.2 А.х,2 Вт/(м-К) Рх,2 С, 106 Дж/(м3К) К А,,.2 Вт/ (м-К) Р,,.2 А.х,2 Вт/(мК) Рх. 2 С, 106 Дж/ (м3К) К
31 26 03Ш_5м 5 Андезито-базальт (андезит?) массивный, средне-крупнопорфировый 8.7 1.17 0.14 1.94 1.00 1.93 0.04 2.54 1.00
32 27 3'5 03Ш_5,2-5,4м 5,2-5,4 Андезито-базальт (базальт?) массивный, афиро-вой структуры 4.1 1.60 0.11 1.50 0.14 2.32 1.07 2.08 0.07 1.88 0.12 2.18 1.11
33 28 4 03Ш_10м 10 Андезито-базальт (базальт?) массивный, афиро-вой структуры 8.8 1.26 0.07 2.02 1.00 1.69 0.05 2.10 1.00
34 29 5 04Ш_5м 5 Андезито-базальт (андезит?) порфировой структуры. Поры приблизительно одинаковой размерности от 0,5 мм до 1,5 мм, равномерно распределены по всей породе, на сколе наблюдается некоторая «сухаристость» 13.4 0.93 0.14 1.83 1.00 1.70 0.07 2.59 1.00
35 30 04Ш_10м 10 Андезито-базальт, средне-крупнопорфировый. Поры различной формы и размеров: от долей мм до 3x5 мм 8.4 1.26 0.39 2.16 1.00 1.62 0.12 2.33 1.00
36 31 3'5 04Ш 8,8-9,1м 8,8-9Д Андезито-базальт (базальт?) массивный, афиро-вой структуры 1.9 1.75 0.12 1.65 0.11 2.14 1.06 1.89 0.10 1.93 0.07 2.45 1.00
37 32 3,5 1РИ_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, порфировой структуры. Поры разнообразной формы, боле^менее равномерно распределены по всей площади породы, размером от 0,5 до 5 мм 11.6 0.99 0.19 0.95 0.25 1.85 1.04 1.65 0.09 1.75 021 1.00
38 33 1 3,5 1РИ_10м 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, массивной текстуры, крупнопорфировый 2.0 1.40 0.08 1.25 0.15 2.22 1.12 1.55 0.05 1.53 0.07 2.43 1.02
39 33 2 3,5 2.2 1.44 0.09 1.36 0.17 2.17 1.05 1.49 0.07 1.58 ою 2.18 1.00
40 34 З'ь 421_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, массивный, порфировой структуры 9.9 0.95 0.19 0.89 0.21 1.78 1.07 1.46 0.06 1.32 025 2.42 1.11
41 35 5 4_21_10м 10 Андезито-базальт пирок-сен-амфиболовый, порфировой структуры 10.0 1.16 0.20 1.92 1.00 1.70 0.07 2.47 1.00
42 36 4_5_5м 5 Андезито-базальт (андезит?) плотный, мелко-среднепорфировый 8.4 0.90 0.30 1.74 1.00 1.37 0.16 2.44 1.00
43 37 451 Ом 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, пористый, средне- и мелкопорфировый . Наблюдается линейность в расположении пор 8.0 1.02 0.13 1.86 1.00 1.43 0.09 2.41 1.00
44 38 5 4 7 5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый. Поры вытянуты в цепочки, выстраиваются в параллельные линии относительно друг друга 3.1 1.19 0.11 2.05 1.00 1.70 0.09 2.27 1.00
45 381 5 2.4 1.24 0.11 2.10 1.00 1.63 0.13 2.11 1.00
Окончание табл. 1
№ п/ п Лаб. № образца № образца Глубина отбора керна, м Горная порола1 Пористость, % Сухие образцы Водонасышенные образцы
А,,-2 Вт/ (м-К) Р,,-2 Вт/ (м-К) Рх.2 С, 106 Дж/(м3К) К А,,-2 Вт/ (м-К) Р,,-2 А.х,2 Вт/(м-К) Рх. 2 С, 106 Дж/ (м3-К) К
46 39 4_7_10м 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, массивный, порфировой структуры 26.1 0.52 0.17 1.15 1.00 1.11 0.08 2.12 1.00
47 40 4.5 4_3_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, сред-н е-круп н оп ор фировы й 8.1 1.13 0.13 1.92 1.00 1.64 0.06 2.28 1.00
48 41 ь 4 3 Юм 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, массивный, средне-крупнопорфировый 10.0 1.10 0.14 1.82 1.00 1.78 0.11 2.29 1.00
49 411 10.5 1.07 0.18 1.87 1.00 1.68 0.10 2.64 1.00
50 42 4 3_02_5м 5 Андезито-базальт порфировой структуры, мелкопористый 19.8 0.97 0.21 1.78 1.00 1.15 0.14 2.22 1.00
51 СО 3_02_10м 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, сред-не-крупнопорфировый, массивный 6.2 0.95 0.17 1.73 1.00 1.86 0.10 2.56 1.00
52 44 4_12_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый сред-н е-круп н оп ор фи р овой структуры 16.7 0.66 0.45 1.44 1.00 1.23 0.09 2.63 1.00
53 45 4_12_10м 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый сред-не-мелкопорфировый, 3.9 1.10 0.11 2.08 1.00 1.88 0.10 2.43 1.00
пористый. Пустоты разме-ром 0,1-1,0 мм различно ориентированы, равномерно распределены по всей породе, не заполнены
54 46 5 4_15_5м 5 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, порфировой структуры 15.7 0.79 0.18 1.62 1.00 1.32 0.07 2.35 1.00
55 47 5 29,810, 1м 9,8-10,1 Андезито-базальт порфировой структуры, с незначительным количеством пор. Поры мелкие, размером от долей мм до 1 мм 17.9 0.79 0.13 1.62 1.00 1.46 0.07 2.41 1.00
56 48 3'5 4А_02_5м 5 Андезито-базальт пироксен-плагиоклазовый, средне порфировый, на отдельных участках переходящий в мелкопорфировый. Пустоты размером 1-2 мм составляют около 10 %; линейности, вытянугости пор не наблюдается, по форме они боле^менее изомегричны, без заполнения 15.0 0.93 0.13 0.82 0.29 1.73 1.13 1.52 0.08 1.56 0.0 6 2.25 1.00
57 49 5 4А0210 м 10 Андезито-базальт пирок-сен-плагиоклазовый, сред-н^крупнопорфировый. Незначительная пористость, поры разноориенти-рованы, имеют разнообразную форму 12.4 0.93 0.09 1.70 1.00 1.37 0.08 2.32 1.00
Примечание: 1 по данным [9]; 2 - параллельное и перпендикулярное к оси керна направление сканирования только для образцов, с установленной ориентацией к оси керна; 3 - образцы с выявленной тепловой анизотропией; 4 - образец с размерами ниже требуемых; 5 - ориентация оси керна определена.
Измерения тепловых свойств были проведены на коллекции из 57 образцов. Коллекция представлена, в основном, андезито-базальтами, редко базальтами и андезитами [9]. Основная масса пород стекловатая, во вкрапленниках преобладает плагиоклаз, присутствуют фенокристаллы пироксена. Структура пород порфировая (от мелкопорфировой до крупнопорфировой), редко афировая, текстура массивная. Пористость пород изменяется в широком диапазоне, поры, в основном, равномерно распределены в породе, в единичных образцах отмечается ориентированное расположение пор. Подробное микроскопическое описание образцов и анализ минерального состава приведены в [9].
Исследованные породы характеризуются широкими вариациями тепловых свойств (табл. 2), что, в основном, обусловлено, как было установлено в [10, 11], широким диапазоном пористости (1,88-29,7 %). Об этом свидетельствуют высокие коэффициенты корреляции между теплопроводностью и теплоемкостью пород в сухом состоянии и, с другой стороны, пористостью (рис. 2, 3), а также степень изменения тепловых свойств пород при водонасыщении образцов. Так, среднее значение теплопроводности пород при водоносыщении увеличивалось на 50 %, теплоемкости на 29 %, коэффициента тепловой неоднородности на 30-50 %. Подобная зависимость теплопроводности и теплоемкости пород от их пористости была ранее также установлена для пород геотермальных месторождений Камчатки [2].
Изученные образцы пород в тепловом отношении, в основном, изотропны, тепловая анизотропия - с коэффициентом анизотропии до 1,13, у отдельных образцов пород, обусловлена направленной микротрещиноватостью/пористостью.
Влияние минерального состава и структурных особенностей на тепловые свойства пород тесно увязаны с пористостью: так, окварцованные разности характеризуются повышенными значениями теплопроводности как в сухом (1,43-1,62) Вт/(м-К), так и водонасыщенном (1,74-1,86) Вт/(м-К) состояниях, теплоемкость этих разностей также характеризуется повышенными значениями — (1,96-2,28) МДж/(м3-К), (1,96-2,28) МДж/(м3-К), в, соотвественно, сухом и водонасыщенном состояниях. Установлена невысокая пористость для этих разностей пород (3-7 %). Породы с афанитовой структурой также имеют повышенные значения теплопроводности и теплоемкости, и низкие значения пористости (2-7 %).
Таблица 2
Статистические характеристики тепловых свойств пород
Сухие Водонасышенные
Параметры Л, Вт/(м К) К Р с, МДж/ (м3К) Я, Вт/(м К) К р с, МДж/ (м3К) Пористость, %
>11 II ± 1ц II ±
Максимальное 1,75 1,65 1,13 0,57 0,29 2,32 2,08 1,93 1,11 0,18 0,25 2,68 29,7
Минимальное 0,49 0,82 1,00 0,05 0,11 1,08 1,11 1,32 1,00 0,04 0,06 2,04 1,88
Среднее 1,08 1,20 1,01 0,16 0,19 1,85 1,62 1,65 1,00 0,08 0,12 2,38 11,2
Среднеквадра-тическое отклонение 0,24 0,27 0,02 0,07 0,05 0,21 0,17 0,17 0,01 0,02 0,06 0,13 5,51
0,7
• О 1| _ - у = -0,01 Э3> - ^ = 0 • 1,5359 4202
« О V« • П<Х • О ' 0 Со" ч • ч.л •■ • •
о * о Ч о1'- ТР-Я... о О .......I ° ^ о • »
- 0,7607 ° о О
10 15
Псристость. %
Рис. 2. Зависимость теплопроводности пород от пористости для сухих (белые точки) и водонасышенных (черные точки) образцов. Приведены уравнения регрессии и данные о коэффициенте корреляции
3.2
£
"к 2.7 |
£
¡5 2.2
1,2
1 у- 0.0055* +2.3157 = 0,0543
-V.С: - ^ •
Щ- * • 35* + 2,2494 = 0,8407 С
° о 0
10 15
Пористость, %
Рис. 3. Зависимость теплоемкости пород от пористости для сухих (белые точки) и водонасышенных (черные точки) образцов. Приведены уравнения регрессии и данные о коэффициенте корреляции
Приведенные в статье результаты получены в ходе исследований [6], выполненных Сколковским институтом науки и технологий на основе «Протокола об организации работ по совместным исследованиям тепловых свойств образцов пород Авачинской геотермальной системы на Камчатке» между Федеральным государственным бюджетным учреждением науки На-
учно-исследовательским геотехнологическим центром Дальневосточного отделения Российской академии наук и Сколковским институтом науки и технологий, ноябрь 2015 г.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пашкевич Р. И. Влияние свойств горных пород на результаты численного моделирования эксплуатации геотермальных систем // ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка» (специальный выпуск). - 2014. - С. 175 — 182.
2. Пашкевич Р.И., Попов Е.Ю., Тарелко Н.Ф., Чернев И.И., Павлов К.А., Муратов П.Б. Новые данные о тепловых свойствах пород геотермальных месторождений Камчатки // ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка» (специальный выпуск). - 2014. - С. 36 — 46.
3. Бертоградский Б.А., Попов Ю.А., Миклашевский Д.Е. Метод и установка для измерений теплопроводности горных пород при высоких давлениях и температурах. Известия высших учебных заведений, серия «Геология и разведка». С. 47-51 (2003).
4. Popov Y, Pribnow D., Sass J., Williams C, and Burkhardt H. Characterisation of rock thermal conductivity by high-resolution optical scanning. Geother-mics, №28, pp. 253-276 (1999).
5. Пашкевич Р.И., Горбач Б.А., Павлов К.А., Шадрин А.Б. Термометрическая съемка участка Авачинской геотермальной системы // ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2», 2015, с. 24-34.
6. Спасенных М.Ю., Попов Ю. А., Ромушкевич Р. А., Попов Е. Ю., Га-бова А. Б., Савельев Е. Г. Экспериментальные исследования тепловых свойств пород Авачинской геотермальной системы Камчатки. Отчет о научно-исследовательской работе. Сколковский институт науки и технологий. -М., 2015. - 26 с.
7. Попов Ю.А. Теоретические модели для определения тепловых свойств горных пород на основе подвижных источников тепловой энергии. Известия вузов, серия «Геология и разведка», Статья 1, №9, С. 97-105 (1983); Статья 2, №2, С. 83-91 (1984).
8. ГОСТ 26450.1-85. Породы горные. Метод определения открытой пористости жидкостенасыщением.
9. Пашкевич Р.И., Таранов С.Р., Кунгурова Б.Е. Состав пород участка Авачинской геотермальной системы // ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2», 2015, с. 86-107.
10. Popov, Y. Tertychnyi, V.V., Romushkevich, R.A., Korobkov, D.A. and Pohl, J. Interrelations between thermal conductivity and other physical properties of rocks: experimental data. Pure and Appl. Geophys. 160, pp. 1137-1161 (2003).
11. Popov, Y., Romushkevich, R., Korobkov, D., Mayr, S., Bayuk, I., Burkhardt, H., and Wilhelm, H. Thermal properties of rocks of the borehole Yax-copoil-1 (Impact Crater Chicxulub, Mexico). Geophys. J. Int., 184, pp. 729-745 (2011). S2S
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Пашкевич Роман Игнатьевич - доктор технических наук, директор, [email protected], Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, Попов Евгений Юрьевич - старший инженер, [email protected], Сколковский институт науки и технологий,
Савельев Егор Геннадьевич - студент, [email protected], Российский государственный геологоразведочный университет «МГРИ» им. Серго Орджоникидзе, Ромушкевич Раиса Андреевна - научный сотрудник, [email protected], Сколковский институт науки и технологий,
Павлов Кирилл Алексеевич - научный сотрудник, [email protected], Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.
UDC 536.2+536.631
EXPERIMENTAL STUDY OF AVACHA GEOTHERMAL SYSTEM ROCKS THERMAL PROPERTIES, KAMCHATKA
Pashkevich R.I., Doctor of Technical Sciences, Director, [email protected], Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Russia,
Popov E.Yu., Chief engineer, [email protected], Skolkovo Institute of Science and Technology,
Savelyev E.G., Student, [email protected], Russian State Geological Prospecting University N.A. Sergo Ordzhonikidze (MGRI-RSGPU),
Romushkevich R.A., Research scientist, [email protected], Skolkovo Institute of Science and Technology,
Pavlov K.A., Research scientist, [email protected], Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences.
Results of measurements of Avacha geothermal system rocks thermal properties complex (thermal conductivity, bulk heat capacity, thermal anisotropy factor) are presented. The measurements are conducted under normal conditions and two types of saturation: dry and water saturated.
Key words: rocks, thermal conductivity, bulk heat capacity, thermal anisotropy factor, method of optical scanning, Avacha geothermal system.
REFERENCES
1. Pashkevich R.I. Vliyanie svojstv gornykh porod na rezul'taty chislennogo modeliro-vaniya ehkspluatatsii geotermal'nykh sistem (Influence of rock properties on the results of numerical modeling of exploitation geothermal systems). GIAB OV 2, «Kamchatka» (special issue), 2014, pp.175—182.
2. Pashkevich R.I., Popov E. Yu., Tarelko N. F., Chernev I.I. Pavlov K.A., Muratov P.V. Noviye dannye o teplovyh svojstvah porod geotermalnyh mestorojdeniy Kamchatki (New data on thermal rock properties geothermal fields of Kamchatka), GIAB OV 2, «Kamchatka» (special issue), 2014, pp.36—45.
3. Vertogradskij V.A., Popov Yu.A., Miklashevskij D.E. Metod i ustanovka dlya iz-merenij teploprovodnosti gornyx porod pri vysokix davleniyax i temperaturax (Method and apparatus for measuring the thermal conductivity of rocks at high pressures and temperatures). Izvestiya vysshix uchebnyx zavedenij, seriya «geologiya i razvedka». pp. 47-51 (2003).
4. Popov Y., Pribnow D., Sass J., Williams C, and Burkhardt H. Geothermics, №28, pp. 253-276 (1999).
5. Pashkevich R.I., Gorbach V.A., Pavlov K.A., Shadrin A.V. Termometricheskaya cjemka uchastka Avachinskoy geotermalnoy sistemy (Thermometric survey of the area of the Avacha geothermal system) // GIAB № 11, Special issue № 63 «Kamchatka-2», 2015, pp. 24-34.
6. Spasennyh M.Yu., Popov Yu.A., Romushkevich R.A., Popov E.Yu., Gabova A.V. Experimentalniye issledovaniya teplovykh svojstv porod Avachinskoy geotermalnoy sistemy Kamchatki (Experimental study of thermal properties of rocks of Avachinsky geothermal systems of Kamchatka). Otchet o nauchno-issledovatel'skoj rabote. Skolkovo Institute of Science and Technology. Moscow, 2015. 26 pp.
7. Popov Yu.A. Teoreticheskie modely dlya opredeleniya teplovih svoystv gornykh porod na osnove podviznykh istochnikov teplovoy energii (A theoretical model for determining thermal properties of rocks on the basis of movable sources of thermal energy). Izvestiya vuzov, seriya «Geologiya I razvedka», Statya 1, No9, pp. 97-105 (1983); Statya 2, No2, pp. 83-91 (1984).
8. GOST 26450.1-85. Porody gorniye. Metod opredeleniya otkritoy poristosty jidkos-tenasysheniem.
9. Pashkevich R.I., Taranov S.R., Kungurova V.E. Sostav porod uchastka Avachinskoy geotermalnoy sistemy (The composition of the rocks of Avachinsky area of the geothermal system) // GIAB No 11, Special issue No 63 «Kamchatka-2», 2015, pp. 86-107.
10. Popov Yu.A. Tertychnyiy V.V., Romushkevich R.A., Korobkov D.A. and Pohl J. Pure and Appl. Geophys. 160, pp. 1137-1161 (2003).
11. Popov, Y., Romushkevich, R., Korobkov, D., Mayr, S., Bayuk, I., Burkhardt, H., and Wilhelm, H. Geophys. J. Int., 184, pp. 729-745 (2011).
