Методы геотермических исследований

Геотермический градиент — это изменение температуры с глубиной. Его измерение осуществляется в буровых скважинах с помощью термозондов. Различают:

Стабильный (естественный) геотермический градиент, регистрируемый через значительное время после прекращения бурения.
Нестабильный градиент, искажённый циркуляцией бурового раствора и теплопереносом.

Измерения производятся многоточечно, обычно через каждые 10–50 метров глубины, и строится температурная кривая.

Типичные значения градиента варьируются от 10 до 40 °C/км в зависимости от региона.

Тепловой поток

Тепловой поток (q) определяется по формуле:

$$ q = -\lambda \cdot \frac{dT}{dz} $$

где λ — теплопроводность, $\frac{dT}{dz}$ — температурный градиент.

Для его оценки важно одновременное определение теплопроводности пород и температурного профиля. Геотермические скважины, оборудованные термозондами, обеспечивают высокоточную регистрацию.

Методы термометрии

Контактные методы — используют платиновые или терморезистивные термометры, опущенные в скважину.
Бесконтактные методы — основаны на регистрации инфракрасного излучения или акустических характеристик, изменяющихся с температурой.

Современные термозонды снабжены памятью и автономным питанием, что позволяет регистрировать температурные данные в процессе спуска и подъёма.

Геотермическая модель недр

На основе данных о геотермическом градиенте, теплопроводности и глубинных аномалиях строятся геотермические модели, отражающие распределение температуры в разрезе. Они включают:

Модели проводниковые, учитывающие теплоперенос за счёт теплопроводности.
Конвективные модели, учитывающие движение флюидов.
Радиогенные модели, включающие вклад тепла от радиоактивного распада в недрах.

Эти модели используются для прогноза месторождений нефти, газа, геотермальных источников, а также при инженерном освоении подземного пространства.

Термальные аномалии

Локальные отклонения от регионального геотермического поля могут свидетельствовать о:

присутствии глубинных разломов,
зонах повышенного радиогенного тепловыделения,
наличии геотермальных водоносных горизонтов,
магматической активности.

Их регистрация осуществляется с помощью сети скважин и тепловизионного мониторинга.

Геотермометрия

Позволяет оценить максимальные температуры, которым подвергались породы в прошлом. Используются:

Минеральные геотермометры — соотношение между различными минералами (например, хлоритом и биотитом) указывает на температурный режим.
Изотопные методы — основаны на равновесном распределении изотопов (например, кислорода-18 и кислорода-16) между минералами.

Геотермометрия применяется в палеотермальных реконструкциях и при поиске термальных источников.