1. Геотемпературное поле Земли и геотермические условия России

Критерием теплового состояния земного шара является поверхностный градиент температуры, позволяющий судить о потерях тепла Земли.

Температуры термальных вод в верхних частях земной коры распределяются неравномерно.

Величина, соответствующая углублению в м, при которой температура повышается на 1°С называется геотермической ступенью.

На любой глубине Н температура горных пород приближенно может быть определена по формуле:

Т = Т₀ + (Н- Н₀)/G,

где средняя температура воздуха данной местности;

глубина слоя постоянных годовых температур;

геотермическая ступень.

Средняя величина G=33 м, т.е. на каждые 33м температура повышается на 1°С.

В геологии часто используется еще одно понятие – геотермический градиент – величина повышения температуры на каждые 100м.

Нормальное геотемпературное поле первых десятков километров земной коры характеризуется довольно быстрым ростом температуры пород с глубиной (рис. 1.1-а).

Участки земной коры с резко повышенной концентрацией или, наоборот, деконцентрацией тепловой энергии характеризуются положительной или отрицательной термоаномалиями.

Положительная аномалия (б и в – близко вулканический очаг).

г – участки парогидротермальных месторождений, прогретые поступающими с больших глубин высокотемпературными флюидами.

Геотермические условия России очень разнообразны (см. табл. 1.1).

Таблица 1.1. Значения геотермических ступеней

Район	G,
Северный Кавказ (Грозный)	12,0
Дагестан	21,4
Нижнее Поволжье	49,5
Башкирия	82,6
Приуралье	88,2

Аномалии обычно находятся в областях современного вулканизма. В некоторых районах Камчатки температура доходит до 150-200°С на глубине 400-600м, но это не значит, что на глубине 1000м температура будет 500°С.

В то же время получены данные о довольно глубоком промерзании верхней зоны земной коры в Якутии. Мощность мерзлых горных пород здесь равна 1500м, а на глубине 1800м температура равна 3,6°С.

Максимальная температура 253°С зафиксирована на глубине 1200м на Камчатке. А в Калифорнии в скважине «Ривер-Рэнг» на глубине 2469м отмечена рекордная температура 371°С.

2. Технология извлечения тепла Земли

   1. Способы и системы разработки геотермальных месторождений

Тепловую энергию недр можно рассматривать как своеобразное полезное ископаемое.

В таблице 1.2 дана общая характеристика геотермальных ресурсов.

Таблица 1.2. Общая характеристика геотермальных ресурсов

Тип ресурсов	Вид ресурсов	Распространение рудного теплоносителя	Преобладающий тип теплоносителя	Темп-ра (°С) на глубине 3-4км
Гидротер мальные	трещинно-жильные месторождения (глубина <3км)	локальное	паротермальные воды	до 300
	артезианские бассейны	региональное		до 150
Петрогео термаль ные	магматические очаги (глубина >4км)	локальное	расплавы	до1200
	зоны термоаномалий		твердые горные породы	до 400
	районы повышенного геотермического градиента	региональное		до 150
	область развития осадочного чехла	глобальное		до 100

Следует отметить важное различие между геотермальными и минеральными ресурсами – тепловую энергию нельзя экономично транспортировать на большие расстояния.

Природная геотермальная система трещинно-жильного типа может рассматриваться как перспективное месторождение только при наличии или возможности строительства поблизости предприятия-потребителя.

Развитие технологии освоения тепла Земли возможно двумя путями.

1. Предполагается превращение энергии природных теплоносителей в другие виды энергии непосредственно в недрах. Если разместить полупроводниковые батареи в магматическом расплаве (рис. 1.2-а) или в потоке высокотемпературного флюида (рис. 1.2-б).

Однако эти способы получения электроэнергии еще плохо разработаны и судить об их перспективности - рано.

2. Предполагается извлекать из недр теплоносители для последующего их использования при выработке электроэнергии, в различных технологических процессах или системах теплоснабжения.

Способы извлечения теплоносителя при разработке геотермальных месторождений различны (рис. 1.3).

а - фонтанный способ (наиболее простой и распространенный) с самоизливом;

б – способ откачки насосами, когда недостаточно;

в – способ гидродинамического подпора с нагнетанием отработанного теплоносителя;

г – способ стимуляции коллектора, т.е. повышение его проницаемости (обработки пластов);

д – двухконтурный способ разработки с нагреванием рабочего теплоносителя природным флюидом в погружном теплообменнике;

е – способ, разработанный в лаборатории Сандия (США). Теплоноситель получают в специальном теплообменнике, погружаемом непосредственно в магматический расплав. Нагнетаемая с поверхности вода (или низкокипящая жидкость) нагревается за счет теплообмена с горячими горными породами.