Способ геофизической разведки геотермальных месторождений подземных вод Российский патент 2025 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к области полевой геофизики, включает в себя тепловизионную съемку, аэромагниторазведку с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и электроразведку методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне (мЗСБ), и может быть использовано для поиска и разведки геотермальных месторождений подземных вод.

В настоящее время на территории Иркутской области и Республики Бурятия, в пределах Байкальской рифтовой зоны, насчитывается свыше 50 термальных источников, изливающихся на земную поверхность с температурой до 84°С и дебитом до 600 л/с. Данные источники были найдены за счет проявлений (изливов) на поверхности. За последние 50 лет новых источников обнаружено не было, хотя совершенно очевидно, что не все существующие источники термальных вод имеют выход на поверхность. Для открытия новых источников геотермальных подземных вод необходимо применение определенного комплекса геофизических методов, позволяющего их картировать без бурения дорогостоящих поисковых скважин.

Известен способ поиска термальных и минеральных залежей подземных вод (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1086400, МПК G01V 9/02), в котором осуществляется поиск геотермальных месторождений. Сущность способа: проводят бурение поисковых и разведочных скважин, электрокаротаж; измерение температуры, дебита и компонентного состава воды во всех водоносных горизонтах, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности поисков и разведки, поисковые и разведочные скважины закладывают в эпицентральной зоне современных и древних землетрясений, строят карты изотерм, по максимальным значениям которых фиксируют центр залежи. Недостатком данного способа является необходимость бурения дорогостоящих скважин для проведения поисковых работ.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ поиска подземных вод (см. патент РФ на изобретение №2645849, МПК G01V 3/165, G01V 9/02), который принят нами за прототип, и в котором поиск подземных вод включает предварительные (дистанционные) исследования земной поверхности с выделением потенциально водоносных структур (коллекторов), проведение на выделенных участках наземных электроразведочных работ, отличающийся тем, что указанные предварительные исследования земной поверхности осуществляют путем проведения аэрогеофизических работ как минимум двумя методами, электромагнитной разведки и магниторазведки, по данным которых выделяют зоны пониженных значений сопротивлений и зоны пониженных значений магнитного поля, в выделенных зонах проводят наземные электроразведочные работы, по результатам которых локализуют аномалии электрического сопротивления, электрической поляризуемости и естественного электрического поля, водонасыщенные зоны определяют по совмещению минимумов аномалий электрического сопротивления и электрической поляризуемости с аномалиями повышенного естественного электрического поля. Данный способ имеет недостаток, связанный с тем, что представленный способ без привлечения данных тепловой съемки не позволит выявить перекрытые осадками месторождения термальных вод, отличающиеся повышенными температурами на фоне других коллекторов подземных вод. Также необходимо отметить высокую стоимость выполнения аэрогеофизических исследований в самолетном и вертолетном вариантах, в особенности при небольших размерах территории исследования.

Задачей заявляемого способа является разработка эффективного подхода к поиску геотермальных месторождений подземных вод на основе комплексной интерпретации геофизических данных при глубине исследования до 400-600 м.

Предлагаемое решение направлено на поиск и разведку месторождений термальных вод.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении достоверности и точности определения месторождений термальных вод.

Технический результат достигается за счет того, что в способе поиска геотермальных месторождений подземных вод проводят аэромагнитную съемку с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и пешеходного квантового магнитометра-градиентометра, используемого в качестве полезной нагрузки для БПЛА, проводят тепловизионную съемку с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА), по результатам аэромагнитной съемки строят карту градиента магнитного поля и по зонам наличия градиента магнитного поля определяют и картируют зоны разломных нарушений земной коры, по результатам тепловизионной съемки определяют зоны земной поверхности со значением дневной температуры выше нуля градусов по Цельсию и наносят их на карту градиента магнитного поля, затем проводят электроразведку методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне (мЗСБ), после предварительной интегрированной обработки зарегистрированных данных выполняют инверсию данных, полученных методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне (мЗСБ), строят геолого-геоэлектрическую модель верхней части разреза земной коры и выявляют зоны пониженного удельного электрического сопротивления, и по сочетанию зоны наличия градиента магнитного поля, зоны земной поверхности с дневной температурой выше нуля градусов по Цельсию и зоны пониженного удельного электрического сопротивления определяют зону геотермального месторождения подземных вод. Способ осуществляют следующим образом.

Вначале проводят аэромагнитную съемку с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА), при этом на БПЛА с помощью подвеса закрепляют пешеходный квантовый магнитометр-градиентометр в качестве полезной нагрузки для БПЛА.

Последовательно либо одновременно с аэромагнитной съемкой проводят тепловизионную съемку также с привлечением беспилотного летательного аппарата (БПЛА).

По результатам аэромагнитной съемки строят карту градиента магнитного поля исследуемого участка. Интерпретируют магнитные аномалии, а именно: на карте определяют зоны, характеризующиеся градиентом магнитного поля, соответственно расположению и протяженности этих зон наносят на карту положение разломов земной коры, а также определяют и картируют локальные, замкнутые тектонические блоки. При значении 0 нТл (нано-тесла) определяют отсутствие градиента. При значении от 0 до 1 нТл уверенно определяется наличие магнитной аномалии, что свидетельствует об обнаружении разлома. Так называемые зоны трещиноватости (зоны разломных нарушений земной коры) часто характеризуются обводненностью. По сути, на данном этапе строят тектоническую модель исследованной площади.

По результатам тепловизионной съемки выделяют локальные тепловые аномалии земной поверхности, ассоциирующиеся с возможным наличием месторождений термальных вод, перекрытых толщей осадков. При этом аномалиями (зонами аномальных температур) считают участки поверхности с дневной температурой выше нуля градусов по Цельсию.

Далее для оценки наличия флюида в замкнутых тектонических блоках привлекают данные электроразведки, полученные методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне (мЗСБ). После предварительной интегрированной обработки зарегистрированных данных выполняют инверсию данных, полученных методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне. На основе полученных геоэлектрических данных строят геолого-геоэлектрическую модель верхней части разреза земной коры, проводят структурную интерпретацию, и выявляют зоны пониженного удельного электрического сопротивления, ассоциирующиеся с интервалами распространения коллекторов подземных вод.

По сути по полученным результатам интерпретации данных строят комплексную геолого-геофизическую модель исследуемого участка, включающую в себя: тектоническую, геологическую, геофизическую и тепловую модели геотермального месторождения подземных вод.

Заявляемый способ был опробован в различных геологических условиях. Положительный опыт получен при поисках месторождений термальных вод в пределах Байкальской рифтовой зоны. Полученные экспериментальные данные показывают высокую эффективность предложенного подхода и фактическое повышение достоверности построения геолого-геофизических моделей месторождений термальных вод, фактическая эффективность способа подтверждается результатами бурения скважин. Следует отметить, что комплексирование геофизических методов именно в таком сочетании ранее не применялось для поиска месторождений термальных подземных вод.

Пример осуществления способа

Заявленный способ был опробован на одном из геотермальных месторождений подземных вод в Восточной Сибири.

Проведена аэромагнитная разведка с привлечением беспилотного летательного аппарата с закрепленным на нем с помощью подвеса пешеходным магнитометром-градиентометром. По результатам магниторазведки построены карта локальной составляющей магнитного поля, карта градиента магнитного поля и карта полного вектора напряженности магнитного поля. По карте градиента магнитного поля представилось возможным выделить и оценить ориентировку предполагаемых зон тектонических нарушений. Интерпретация проводилась в автоматическом и ручном режиме.

По результатам интерпретации выявлено, что основная часть тектонических нарушений протягивается с юго-запада на северо-восток площади исследования, что, в принципе, не противоречит общим представлениям о тектоническом строении района исследований. Кроме того, выявлены тектонические нарушения северо-западной ориентировки, вероятно, являющие собой оперяющие для основных.

Также проведена тепловизионная съемка с помощью беспилотного летательного аппарата. Первые результаты тепловизионной съемки геологических объектов на Байкале с использованием квадрокоптера были получены в 2022 г. По результатам проведенных исследований были обнаружены термальные аномалии земной поверхности, связанные с глубинным источником тепла, выходящего по трещинам, о чем свидетельствует сопоставление оптического изображения коренного выхода гранитов с его тепловой картой. Кроме того, для калибровки были исследованы известные термальные источники Змеиный и Загза. Полученные результаты открыли перспективы для развития технологии поиска источников эндогенного тепла в зонах разломов с применением тепловизионной съемки с помощью беспилотных летательных аппаратов.

Территория исследования полностью покрыта профилями тепловизионной съемки. По результатам съемки построена карта теплового поля и выявлены участки аномального теплового поля. Выявленные аномалии распределения теплового поля могут быть связаны с наличием глубинного источника тепла.

На фиг. 1 представлен пример изображения карты, содержащей данные аэромагнитной и тепловизионной съемки с БПЛА. Показано, что на карту нанесены значения градиента (цифровые обозначения 0.5, 1.1, 2.1, 0.1, 3.1) для удобства интерпретации магнитных аномалий и картирования разломных нарушений. Различными цветовыми обозначениями на карту нанесены зоны выявленньгх значений градиента, и на эту же карту нанесена выявленная зона аномальных дневных температур земной поверхности; различные значения температур поверхности также дифференцируются по цветам. Условные обозначения: 1 - жирными изломанными черными линиями обозначены линеаменты, выделенные по градиенту магнитного поля в автоматическом режиме, 2 - тонкими серыми прямыми линиями обозначены разрывные нарушения по градиенту магнитного поля, 3 - зона аномальных дневных температур земной поверхности. Комплексное картирование и интерпретация тепловых и магнитных аномалий показывает, что на исследуемой площади обнаружено сочетание разлома земной коры (в этой зоне детектируются максиимальные значения градиента магнитного поля) с зоной повышенных дневных температур поверхности.

На фиг. 2 показан пример изображения геолого-геоэлектрической модели верхней части разреза земной коры: А - графики магнитного поля, где 4 - график полного вектора напряженности магнитного поля (в нано-тесла, нТл), 5 - график локальной составляющей магнитного поля (в нТл), 6 - график градиента магнитного поля (в нТл). По оси ординат слева показаны диапазоны значений полного вектора напряженности магнитного поля и локальной составляющей магнитного поля, справа - диапазоны значений градиента магнитного поля (от 0 до 1 нТл); Б - геоэлектрический разрез по данным электроразведки, полученным методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне (мЗСБ), различными цветовыми обозначениями на изображении верхней части разреза выделены зоны различных зарегистрированных значений удельного электрического сопротивления (Ом*м), по оси ординат обозначены: Н - глубина исследования (в метрах), а также ориентировка по сторонам света: С3 - северо-запад, ЮВ - юго-восток. Условные обозначения: 7 - стрелками обозначены пункты электроразведки мЗСБ (на приведенном примере изображения карты цифры рядом со стрелками обозначают нумерацию пунктов проведения электроразведки мЗСБ (пункты пронумерованы при картировании), и данные цифровые обозначения являются частью приведенного примера изображения карты, а не цифровыми обозначениями элементов чертежа!), 8 - сеткой обозначена зона развития коллектора по данным мЗСБ, 9 - черными пунктирными линиями обозначены разломы по данным электроразведочных работ мЗСБ, 10 - красными пунктирными линиями обозначены разломы по данным аэромагниторазведки с использованием БПЛА, 11 - обозначено выбранное место для бурения гидрогеологической скважины. На фиг. 2 геоэлектрический разрез показывает данные электроразведки мЗСБ уже после выполнения инверсии данных мЗСБ.

Как показано на фиг. 2, определены зоны резкого градиента магнитного поля, свидетельствующие об обнаружении разломов 10 (по данным магниторазведки), но лишь один из этих разломов проходит в зоне предполагаемого наличия коллектора 8 по данным мЗСБ. Ранее при комплексном картировании магнитных и тепловых аномалий (как показано на фиг. 1) то же самое разломное нарушение сочеталось с зоной повышенных дневных температур земной поверхности 3. На основе совокупности этих признаков выделена зона развития флюидонасыщеной трещиноватости.

Результатом комплексной интерпретации данных аэромагнитной и тепловизионной съемки в сочетании с электроразведкой мЗСБ стало картирование зоны, в которой по данным магниторазведки выделен разлом, по данным электроразведки выделена зона развития коллектора, по данным тепловизионной съемки определена зона аномальных дневных температур поверхности выше нуля градусов по Цельсию. По совокупности данных факторов была выбрана зона для бурения гидрогеологической скважины, обозначенная на фиг. 2 цифрой 5, и нахождение в этом месте геотермального месторождения подземных вод было подтверждено по результатам бурения скважины.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поиска геотермальных месторождений подземных вод. Сущность: проводят аэромагнитную съемку с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА) и пешеходного квантового магнитометра-градиентометра, используемого в качестве полезной нагрузки для БПЛА. Проводят тепловизионную съемку с помощью БПЛА. По результатам аэромагнитной съемки строят карту градиента магнитного поля. По зонам наличия градиента магнитного поля картируют зоны разломных нарушений земной коры. По результатам тепловизионной съемки определяют зоны земной поверхности со значениями дневных температур выше нуля градусов по Цельсию и наносят их на карту градиента магнитного поля. Затем проводят электроразведку методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне. После предварительной интегрированной обработки зарегистрированных данных выполняют инверсию данных, полученных методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне. Строят геолого-геоэлектрическую модель верхней части разреза земной коры и выявляют зоны пониженного удельного электрического сопротивления. По сочетанию зоны наличия градиента магнитного поля, зоны земной поверхности с дневной температурой выше нуля градусов по Цельсию и зоны пониженного удельного электрического сопротивления определяют зону геотермального месторождения подземных вод. Технический результат: повышение точности определения месторождений термальных вод. 2 ил.

Способ поиска геотермальных месторождений подземных вод, включающий предварительные дистанционные исследования земной поверхности с выделением потенциально водоносных структур - коллекторов, проведение на выделенных участках наземных электроразведочных работ, указанные предварительные исследования земной поверхности осуществляют путем проведения аэрогеофизических работ, отличающийся тем, что проводят аэромагнитную съемку с использованием беспилотного летательного аппарата и пешеходного квантового магнитометра-градиентометра, используемого в качестве полезной нагрузки для беспилотного летательного аппарата, проводят тепловизионную съемку с помощью беспилотного летательного аппарата, по результатам аэромагнитной съемки строят карту градиента магнитного поля и по зонам наличия градиента магнитного поля определяют и картируют зоны разломных нарушений земной коры, по результатам тепловизионной съемки определяют зоны земной поверхности со значениями дневных температур выше нуля градусов по Цельсию и наносят их на карту градиента магнитного поля, затем проводят электроразведку методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне, после предварительной интегрированной обработки зарегистрированных данных выполняют инверсию данных, полученных методом малоглубинных зондирований становлением поля в ближней зоне, строят геолого-геоэлектрическую модель верхней части разреза земной коры и выявляют зоны пониженного удельного электрического сопротивления и по сочетанию зоны наличия градиента магнитного поля, зоны земной поверхности с дневной температурой выше нуля градусов по Цельсию и зоны пониженного удельного электрического сопротивления определяют зону геотермального месторождения подземных вод.