Термічні методи вивчення гірських порід або геотерморозвідка
Термо- або геотерморозвідка – це геофізичні методи дослідження природного теплового поля Землі. Під час терморозвідки реєструють радіотеплове й інфрачервоне випромінювання земної поверхні, вимірюють температуру, її вертикальний градієнт або тепловий потік.
Для досліджень використовують такі прилади: тепловізори та електричні термометри. Всередині тепловізора розташований кристал, температурою мінус 203°, поміщений в охолоджуючий пристрій на рідкому азоті або гелії. Він реєструє радіотеплове й інфрачервоне випромінювання порід. Дані перетворюються на електричний сигнал і передаються на монітор, де спеціаліст виконує геологічну інтерпретацію. Електричні термометри – високоточні прилади, похибка температур яких не повинна перевищувати 0,01°. На їхній основі побудовані тепломіри – прилади для вимірювання теплових потоків у земній корі.
Головний параметр у терморозвідці – теплопровідність, яка характеризує здатність порід передавати тепло. Магматичні та метаморфічні породи мають теплопровідність R = 0,3 Вт/м ∙ град; осадові 0,125 (0,03-0,5); нафтоі газонасичені 0,05 Вт/м ∙ град. Зі зростанням глибини теплопровідність порід знижується, на глибинах понад 10 км починає зростати, а на глибинах понад 100 км – різко збільшується завдяки теплообміну в астеносфері. На теплопровідність найбільше впливають пористість, водонасиченість порід і тиск, під яким вони перебувають. Зі збільшенням тиску, водонасиченості і щільності (а отже, зниженні пористості) теплопровідність порід зростає [9].
Теплові властивості порід визначають у лабораторних умовах. Надалі ці дані порівнюють із результатами термометрії свердловин і донних осадів, глибинних геотермічних досліджень, розвідки різних корисних копалин.
Термічні методи використовують для:
- вивчення теплових потоків у земній корі;
- виявлення запасів газу, нафти чи місць їхнього притоку;
- пошуків покладів вугілля і деяких рудних корисних копалин;
- виявлення запасів підземних прісних вод та оконтурення їхніх басейнів;
- дослідження пористості та фільтраційних властивостей порід;
- місць відтоку підземних вод із гідроінженерних споруд;
- з’ясування границь поширення мерзлих порід.
Одним із аспектів терморозвідки є вивчення теплових потоків Землі. Досліджено, що мінімальні теплові потоки (0,02-0,04 Вт/м2) характерні для платформ, максимальні (0,2-04 Вт/м2) – для серединно-океанічних хребтів, рифтових зон і вулканічних областей. У складчастих зонах значення теплових потоків зростають від крайових прогинів до ділянок активного орогенезу і від давніх до молодих областей горотворень. Також у складчастих зонах спостерігається різниця вертикальних і горизонтальних градієнтів температур.
Терморозвідка часто спрямована на вивчення глибинного земного тепла як джерела енергії. Ділянки підвищених значень теплових потоків (вище 0,1 Вт/м2) характерні для районів термальних вод, парогідротерм чи прогрітих порід, які перебувають на глибині більше 1-3 км. Їх можна використовувати для теплофікації, електроенергії тощо.
Поширені методи штучних теплових полів, які полягають в тому, що у свердловину закачують підігріту або охолоджену бурову рідину. Періодично вимірюють температуру, доки не стане нормальною. Деякі породи мають більшу теплопровідність, рідина у них довше остигає, в інших – швидше. Так виявляють аномалії теплопровідності, порівнюючи їх із лабораторними даними. Глибина досліджень – 10-30 м [6].
Особливо цікаво цими методами вивчати швидкості фільтрації підземних вод, які використовують для з’ясування місць відтоку підземних вод із водосховищ, каналів, рік, стволів свердловин. Води підігрівають штучним електричним способом, визначають місця її витікання і міграції. Надалі проводять інженерні заходи для ліквідації фільтрації.