Геофизические методы исследования земной корыГлава 5. Терморазведка
- 13. Физико-геологические основы теории терморазведки
- 13.1. Тепловое поле Земли и его параметры
- 13.1.1. Общая характеристика теплового поля Земли
- 13.1.2. Региональный тепловой поток в земной коре
- 13.1.3. Локальный тепловой поток
- 13.2. Принципы теории терморазведки
- 13.3. Тепловые и оптические свойства горных пород
- 14. Методы терморазведки
Основными методами терморазведки являются: радиотепловые (РТС) и инфракрасные (ИКС) съемки; региональные термические исследования на суше и акваториях; локальные поисково-разведочные термические исследования, направленные на выявление и изучение месторождений полезных ископаемых; инженерно-гидрогеологические термические исследования, предназначенные для изучения мерзлотных условий и движения подземных вод; термический каротаж, который служит для документации разрезов скважин по теплопроводности вскрытых горных пород; методы искусственных тепловых полей при работах на акваториях и в скважинах.
13. Физико-геологические основы теории терморазведки
13.1. Тепловое поле Земли и его параметры
Теория терморазведки построена на основе математического и физического моделирования, натурных наблюдений и установления связей с другими полями Земли. Благодаря этому удается получить гипотетическое изменение температур недр Земли.13.1.1. Общая характеристика теплового поля Земли.
Источниками теплового поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах, и тепловая энергия Солнца. К внутренним источникам тепла относят радиогенное тепло, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, калия и иных радиоактивных элементов, и тепло, обусловленное различными процессами, протекающими в Земле (гравитационной дифференциацией, плавлением, химическими реакциями с выделением или поглощением тепла, деформацией за счет приливов под действием Луны и Солнца и некоторыми другими). Тепловая энергия перечисленных источников, высвобождающаяся на земной поверхности в единицу времени, значительно выше энергии тектонических, сейсмических, гидротермальных процессов.
Внутреннее тепловое поле отличается высоким постоянством.
Оно не оказывает влияния на температуру вблизи земной поверхности
или климат, так как энергия, поступающая на земную поверхность от
Солнца, в 1000 больше, чем из недр. Вместе с тем среднее тепловое
воздействие Солнца не определяет теплового состояния Земли и способно
поддерживать постоянную температуру на поверхности Земли около 0
С. Фактически же благодаря изменению солнечной активности температура
приповерхностного слоя воздуха, а с некоторым запаздыванием и температура
горных пород изменяются.
Суточные, сезонные, многолетние и многовековые
вариации солнечной активности приводят к соответствующим циклическим
изменениям температур воздуха. Чем больше период цикличности, тем
больше глубина их теплового воздействия. Например, суточные колебания
температуры воздуха проявляются в почвенном слое глубиной 1 - 1,5
м. Это связано с переносом солнечного теплового потока за счет молекулярной
теплопроводности пород и конвекции воздуха, паров воды, инфильтрирующихся
осадков и подземных вод. Сезонные (годовые) колебания вызывают изменения
температур на глубинах до 20 - 40 м. На таких глубинах теплопередача
осуществляется в основном за счет молекулярной теплопроводности,
а также движения подземных вод. На глубинах 20 - 40 м располагается
нейтральный слой (или зона постоянных годовых температур). В нем
температура остается практически постоянной и в каждом районе в среднем
на 3,7 С выше среднегодовой температуры воздуха. Многовековые
климатические изменения сказываются на вариациях температур сравнительно
больших глубин. Например, похолодания и потепления в четвертичном
периоде влияли на тепловой режим Земли до глубин 3 - 4 км.
Таким образом, если не учитывать многовековых климатических изменений, то можно считать, что ниже зоны постоянных температур (на глубинах свыше 40 м) влиянием цикличности солнечной активности можно пренебречь, а температурный режим пород определяется глубинным потоком тепла и особенностями термических свойств пород.
13.1.2. Региональный тепловой поток в земной коре.
Ниже нейтрального слоя температура пород повышается в среднем
на 3 С при погружении на каждые 100 м. Это объясняется наличием
регионального теплового потока от источников внутреннего тепла Земли,
поднимающегося к поверхности. Его величину принято характеризовать
плотностью теплового потока (или просто тепловым потоком) 
.
Среднее значение теплового потока как на суше, так и в океанах одинаково
и составляет 0,06 Вт/м2 , отклоняясь от него не более чем
в 5 - 7 раз. Постоянство средних тепловых потоков суши и океанов
при резком изменении мощностей и строения земной коры свидетельствует
о различии в тепловом строении верхней мантии. Поэтому аномалии тепловых
потоков, т.е. отклонения от установленных средних потоков, несут
информацию о строении и земной коры, и верхней мантии.
Установлено, что основной источник тепла на континентах - энергия радиоактивного распада. Это объясняется большей концентрацией радиоактивных элементов в земной коре, чем в мантии. В океанах, где мощность земной коры мала, основным источником тепла являются процессы в мантии на глубинах до 700 - 1000 км. Радиогенное тепло является основным среди других видов тепловой энергии недр. За время существования Земли оно более чем в 2 раза превысило потери за счет теплопроводности.
Тепловой поток определяется не только природой и мощностью источников тепла, но и его переносом через горные породы. Тепло передается посредством молекулярной теплопроводности горных пород, конвекции и излучения. На больших глубинах (свыше 10 км) передача тепла осуществляется в основном за счет излучения нагретого вещества недр и конвекции, обусловленной движением блоков земной коры, расплавленных лав, гидротерм. На меньших глубинах перенос тепла связан с молекулярной теплопроводностью и конвекцией подземными водами.
13.1.3. Локальный тепловой поток.
Источники локальных тепловых потоков, вызывающих аномалии температур, разнообразны: наличие многолетнемерзлотных пород, т.е. мощных (до сотен метров) толщ с отрицательными температурами; присутствие пород и руд с повышенной радиоактивностью; влияние экзотермических (с поглощением тепла) и эндотермических (с выделением тепла) процессов, происходящих в нефтегазоносных горизонтах, залежах угля, сульфидных и других рудах; проявление современного вулканизма и тектонических движений; циркуляция подземных, в том числе термальных, вод и др. Роль каждого из этих факторов определяется геологогидрогеологическим строением. Локальные тепловые потоки, как и региональные, зависят не только от наличия источников, но и от условий переноса тепла за счет теплопроводности горных пород и конвекции почвенного воздуха и подземных вод.
|
Публикации с ключевыми словами:
геофизика - Земля - земная кора
Публикации со словами: геофизика - Земля - земная кора | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
