CC BY
28
© Д.В. Мамаев, 2015
УДК 551.234+550.8.04 Д.В. Мамаев
ТЕПЛОВЫЕ РЕСУРСЫ КОШЕПЕВСКОЙ МАГМАТОГЕННОЙ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Представлен обзор результатов ранее выполненных геотермических исследований Кошелевской геотермальной системы. Ключевые слова: геотермальные ресурсы, Кошелевская магматоген-ная геотермальная система.
1
Геотермические исследования
Кошелевский вулканический массив принадлежит Паужетско-Камбально-Кошелевскому геотермальному району, входящему в состав Южно-Камчатской геотермальной провинции [1]. Вулканический массив приурочен к южной части Восточно-Камчатского вулканического пояса [7], сложен из пяти построек вулканов [8]: Древне-Кошелевского, Западного, Валентин, Центрального и Восточного (рис. 1 (см. стр. 330)).
На дневной поверхности Кошелевская геотермальная система проявляется разгрузкой на территории Нижне-Кошелевс-кого (западный склон вулкана Западный) и Верхне-Кошелевс-кого (кальдера вулкана Валентин) термальных полей и нескольких групп термальных источников: Сивучинские, Промежуточные, Кальдерные, Шумные, Сказка (рис. 1). В 1966 - 1967 и 2005 - 2008 годах была проведена термометрическая съемка площадей Нижне-Кошелевского и Верхне-Кошелевского термальных полей, измерены температуры газопаровых струй и термальных источников [2, 9].
Нижне-Кошелевское термальное поле находится в зоне отрицательной магнитной аномалии. По данным площадной магнитометрической съемки 2010 года [10] размеры магнитной аномалии значительно больше области температурной аномалии на дневной поверхности. В ходе работ 2005 - 2008 гг. [9] на термальных полях Кошелевского массива были отмечены изменения по сравнению с данными 1966 - 1967 годов [2]. По данным
Рис. 2. Схемы распределения температур на площадях термоаномалий: а, б - Нижне-Кошелевская: а - данные 1966 - 1967 гг. [2], б - данные 2007-2008 гг. [9]; в, г - Верхне-Кошелевская: в - данные 1966-1967 гг. [2], г - данные 2007-2008 гг. [9]
термометрической съемки на Нижне-Кошелевском термальном поле площадь прогрева грунтов по изотерме 20°С существенно увеличилась, появился новый крупный участок на севере аномалии (рис. 2). Участки с температурами грунтов более 50 и 90°С сохранились в прежних контурах и четко трассируют термовыводящий разлом вдоль оврага ручья Гремучий [9]. Наиболее высокотемпературные фумаролы имеют температуру до 127°С, более высокую по сравнению с данными [2].
На Верхне-Кошелевском термальном поле увеличилась площадь участков по изотермам 20 и 50°С (рис. 2). Обнаружен новый участок прогрева, на котором происходит разгрузка термальных вод с температурами 50-74°С [9]. Сравнение результатов двух экспедиций, состоявшихся с интервалом около 40 лет, свидетельствует об относительно большой скорости изменения конфигурации и внутренней структуры термальных полей [9].
2. Оценка тепловой мощности и прогнозные геотермальные ресурсы месторождения парогидротерм
По оценкам, произведенным по аналогии с пародоминирующими месторождениями Мацукава (Япония) и Гейзерс (США, Калифорния), Кошелевское месторождение способно обеспечить работу ГеоТЭС мощностью 87 МВт [13]. В 1966 -1967 годах выполнялось определение перспектив использования Кошелевских парогидротерм для целей геотермальной
энергетики, было проведено детальное изучение Верхне-Кошелевских и Нижне-Кошелевских термальных полей, а также ряда термальных источников [2]. Для оценки естественного выноса тепловой энергии были проведены работы по определению величины естественного выноса тепла газопаровыми струями, источниками и поверхностными водотоками, теплоотдачей поверхности грунта и поверхности кипящих водоемов. Оценки выноса тепла для Верхне-Кошелевского и Нижне-Кошелевского термальных полей по данным [2] приведены в табл. 1 и 2.
Авторы [2] отмечают относительно небольшую отдачу тепла с поверхности грунта. Общая величина естественного выноса тепловой энергии на Верхне-Кошелевском термальном поле составляет около 201 МВт, на Нижне-Кошелевском - около 105 МВт [2]. Величина выноса тепла может служить нижним пределом для оценки тепловой мощности термоаномалии или месторождения в целом.
В табл. 3 сведены оценки прогнозных геотермальных ресурсов Нижне-Кошелевского участка месторождения парогид-ротерм и Кошелевской геотермальной системы в целом по данным из различных литературных источников.
Как видно из табл. 3, оценки прогнозной электрической мощности по разным данным существенно отличаются.
3. Тепловое питание геотермальной системы
Вопрос о соотношении между гидротермальной и вулканической деятельностью рассматривался в [1, 3, 11]. Достоверных сведений об источнике теплового питания Кошелевской геотермальной системы нет. В пользу мантийного питания может свидетельствовать высокое изотопное отношение 3Не/4Не, одно из самых высоких среди исследованных флюидов Камчатки [13]. На Нижне-Кошелевском участке изотопное отношение 3Не/4Не составляет 0,87-10-5 - 1,07-10-5 [5], указывая на генетическую связь гидротермальной деятельности с дегазацией мантии [14]. Однако большинство исследователей на основании геологического строения и тектоники района в целом и вулканического массива в частности сходятся во мнении, что источником тепловой энергии является магматический очаг (или несколько), залегающий на относительно небольшой глубине [2, 4, 6, 12, 13]. В [17] на основе тепловых расчетов показано, что магматические очаги могут сохранять постоянные
аг
Итого Об < 50-90 20-50 Интервал температур на глубине 0,5 м, °С
1 11 880 8 900 12 650 Площадь участка термального поля, м2
1 2,093 0,126 1 Модуль парения, кВт/м2
1 1,256 0,419 0,167 Модуль теплоотдачи с поверхности, кВт/м2
25,96 24,87 1,13 1 Рассредоточенное парение Вынос тепла, МВт
20,73 14,91 3,73 2,09 Теплоотдача с поверхности
25,96 1 1 1 Мощные газопаровые струи с Т > 120 °С
87,92 1 1 1 Средние и слабые газопаровые струи с Т = 120-96 °С
22,19 1 1 1 Поверхность кипящих водоемов
10,01 1 1 1 Источники и ручьи
ся н
* о>
в о\
I а
О N
о с
3
I
I
I |
I
3
?3
Итого Об < 70-90 50-70 30-50 20-30 Интервал температур на глубине 0,5 м, °С
7 400 4 500 7 300 6 900 12 900 Площадь, м2
2,09 0,251 0,126 1 1 Модуль парения, кВт/м2
1,26 0,628 0,419 0,293 0,167 Модуль теплоотдачи с поверхности, кВт/м2
17,54 15,49 1,13 0,92 1 1 Рассредоточенное парение Вынос тепла, МВт
19,51 9,25 3,18 3,06 2,01 2,01 Теплоотдача с поверхности
4,61 Мощные газопаровые струи с Т > 97 °С
12,98 Средние и слабые газопаровые струи с Т < 97 °С
39,36 Поверхность кипящих водоемов
10,47 Источники и ручьи
8?
Б ^
о к
! 9
I
ся о ?!
0
1
8
з
I §
§ I
Таблица 3
Прогнозные геотермальные ресурсы
Литературный источник Естественный вынос тепла, МВт Прогнозная электрическая мощность, МВт
Кошелевская система в целом Нижне-Кошелевское месторождение
Кошелевская система в целом Нижне-Кошелевское месторождение По выносу тепла По тепловой энергии резервуара По выносу тепла По тепловой энергии резервуара
[2] 306 105 - - 30 -
[16] - - 144 215±64 48 100±30
[13] - - - 87 - -
[15] - - 943 - -
ю «5
размеры и температуру поверхности в течение продолжительного интервала времени - до 3-105 лет, обеспечивая геотермальную систему тепловой энергией.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аверьев В. В. Гидротермальный процесс в вулканических областях и его связь с магматической деятельностью. М.: Наука. - 1966. - С.118-129.
2. Вакин Е.А., Декусар З.Б., Сережников А.И., Спиченкова М.В. Гидротермы Кошелевского вулканического массива // Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток. - 1976. - С.58-84.
3. Кирюхин А.В. Теплогидродинамическая модель: гидротермальная система - неглубокозалегающий магматический очаг // Вулканология и сейсмология. - 1984. - №3. - С.25-33.
4. Кирюхин А.В., Сугробов М.В. Модели теплопереноса в гидротермальных системах Камчатки. М.: Наука. - 1987. - 152 с.
5. Кононов В.И. Геохимия термальных вод областей современного вулканизма. М.: Наука. - 1983. - 216 с.
6. Леонов В.Л. Структурные условия локализации высокотемпературных гидротерм. М.: Наука. - 1989. - 104 с.
7. Леонов В.Л. Региональные структурные позиции высокотемпературных гидротермальных систем на Камчатке // Вулканология и сейсмология. -2001. - №5. - С.32-47.
8. Литасов И.Е. Вулкан Кошелева // Действующие вулканы Камчатки. М: Наука. - 1991. - С.384-389.
9. Иуждаев А.А. Новые результаты изучения Верхне- и Нижне-Кошелевской термоаномалий (Южная Камчатка) // Материалы VI региональной молодежной научной конференции «Исследования в области наук о Земле». Петропавловск-Камчатский. - 2008.
10. Иуждаев И.А., Феофилактов С.О. Магнитометрические исследования в районе Нижне-Кошелевской термоаномалии // Материалы X региональной молодежной конференции «Природная среда Камчатки». 12-13 апреля 2011 г. Петропавловск-Камчатский: Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. - 2011. - С.119-129.
11. Пампура В.Д. Гидротермы долгоживущих вулканических центров. М.: Наука. - 1981. - 178 с.
12. Писарева М.В. Зона природного пара Нижне-Кошелевского геотермального месторождения // Вулканология и сейсмология. - 1987. - №2. - С.52-63.
13. Поздеев А.И., Иажалова И.И. Геология, гидродинамика и нефтега-зоносность Кошелевского месторождения парогидротерм, Камчатка // Вулканология и сейсмология. - 2008. - №3. - С.32-45.
14. Поляк В.Г., Толстихин И.И., Якуцени В.П. Изотопный состав гелия и тепловой поток — геохимический и геофизический аспекты тектогенеза // Геотектоника. - 1979. - №5. - С.3-23.
15. Сугробов В.М. Геотермальные энергоресурсы Камчатки и перспективы их использования // Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток. - 1976. - С.267-282.
16. Сугробов В.М., Кононов В.И., Постников А.И. Прогнозные геотермальные ресурсы областей современного вулканизма Камчатки и Курильских островов: научные и прикладные аспекты // Геотермальные и минеральные ресурсы областей современного вулканизма (Материалы международного полевого Курило-Камчатского семинара, 16 июля - 6 августа 2005 г.). Петропавловск-Камчатский: Оттиск. - 2005.
17. Федотов С.А. О входных температурах магм, образовании, размерах и эволюции магматических очагов вулканов // Вулканология и сейсмология. - 1980. - №4. - С.3-29. ЕЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Мамаев Дмитрий Викторович - научный сотрудник, [email protected], Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской академии наук.
UDC 551.234+550.8.04
HEAT RESOURCES OF THE KOSHELEV MAGMATOGENIC GEOTHERMAL SYSTEM
Mamaev D.V., Research Scientist, [email protected], Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, Russia.
A review of the results of earlier geothermal studies of the Koshelev geothermal system.
Key words: geothermal resources, Koshelev magmatogenic geothermal system. REFERENCES
1. Aver'ev V.V. Gidrotermal'nyj process v vulkanicheskikh oblastjakh i ego svjaz' s magmaticheskoj dejatel'nost'ju (Hydrothermal process in volcanic areas and its relationship with magmatic activity). Moscow: Nauka. 1966. pp.118-129.
2. Vakin E.A., Dekusar Z.B., Serezhnikov A.I., Spichenkova M.V. Gidrotermal'nye sis-temy i termal'nye polja Kamchatki (Thermal springs there Spichenkova Koshelevsky volcanic massif). Vladivostok. 1976. pp.58-84.
3. Kirjukhin A.V. Vulkanologija i sejsmologija (logenerirujushchej model: hydrothermal system naglalagay magmatic centre). 1984. No 3. pp.25-33.
4. Kirjukhin A.V., Sugrobov M.V. Modeli teploperenosa v gidrotermal'nykh sistemakh Kamchatki (Models of heat transfer in hydrothermal systems of Kamchatka). Moscow: Nauka. 1987. 152 p.
5. Kononov V.l. Geokhimija termal'nykh vod oblastej sovremennogo vulkanizma (Geochemistry of thermal waters the areas of modern volcanism). Moscow: Nauka. 1983. 216 p.
6. Leonov V.L. Strukturnye uslovija lokalizacii vysokotemperaturnykh gidroterm (Structural conditions of localization of high-temperature hydrothermal). Moscow: Nauka. 1989. 104 p.
7. Leonov V.L. Vulkanologija i sejsmologija (Regional structural positions of high temperature hydrothermal systems in Kamchatka). 2001. No 5. pp.32-47.
8. Litasov N.E. Dejstvujushhie vulkany Kamchatki (Vulkan Kosheleva). Moscow: Nauka. 1991. pp.384-389.
9. Nuzhdaev A.A. Materialy VI regional'noj molodezhnoj nauchnoj konferencii «Issle-dovanija v oblasti nauk o Zemle» (New results of studying the upper - and lower-Koshelevsky terminaali (southern Kamchatka)). Petropavlovsk-Kamchatskij. 2008.
10. Nuzhdaev I.A., Feofilaktov S.O. Materialy X regional'noj molodezhnoj konferencii «Prirodnaja sreda Kamchatki» (Magnetometric survey in the area of the Nizhne-Koshelevsky of terminaali). 12-13 aprelja 2011 g. Petropavlovsk-Kamchatskij: Institut vulkanologii i sejsmologii DVO RAN. 2011. pp.119-129.
11. Pampura V.D. Gidrotermy dolgozhivushhikh vulkanicheskikh centrov (Thermal springs of long-lived volcanic centers). Moscow: Nauka. 1981. 178 p.
12. Pisareva M.V. Vulkanologija i sejsmologija (Area a pair of natural lower-Koshelevsky geothermal fields). 1987. No 2. pp.52-63.
13. Pozdeev A.I., Nazhalova I.N. Vulkanologija i sejsmologija (Geology, hydrodynamics and hydrocarbon potential of the deposits after a while of paramerters, Kamchatka). 2008. No 3. pp.32-45.
14. Poljak V.G., Tolstikhin I.N., Jakuceni V.P. Geotektonika (Helium Isotope composition and heat flow, geochemical and geophysical aspects of tectogenesis). 1979. No 5. pp.3-23.
15. Sugrobov V.M. Gidrotermal'nye sistemy i termal'nye polja Kamchatki (thermal energy resources of Kamchatka and prospects of their use). Vladivostok. 1976. pp.267-282.
16. Sugrobov V.M., Kononov V.I., Postnikov A.I. Geotermal'nye i mineral'nye resursy oblastej sovremennogo vulkanizma (Inferred geothermal resources of the areas of modern volcanism of Kamchatka and the Kuril Islands: scientific and applied aspects) (Materialy mezhdunarodnogo polevogo Kurilo-Kamchatskogo seminara, 16 ijulja - 6 avgusta 2005 g.). Petropavlovsk-Kamchatskij: Ottisk. 2005.
17. Fedotov S.A. Vulkanologija i sejsmologija (The input magma temperature, formation, dimensions and evolution of magma chambers of volcanoes). 1980. No 4. pp.3-29.
