Технология оценки запасов тепловой энергии в магматических структурах Эльбрусского вулканического центра и в теле вулканической постройки вулкана Эльбрус (Северный Кавказ)

Обобщены научные материалы российских и зарубежных ученых по рассматриваемой проблеме. Изучена эволюция новейшего магматизма Кавказа. Исследованы тепловые поля в магматических образованиях Эльбрусского вулканического центра и на прилегающих территориях. Оценены потенциальные запасы тепловой энергии Эльбрусского вулканического центра.

В процессе выполнения второго (заключительного) этапа НИР получены следующие результаты:
1.Обобщены научные материалы российских и зарубежных ученых по рас-сматриваемой проблеме.
  2. Выявлена сопоставимость основных зарегистрированных аномалий с ха-рактеристиками сейсмических волн в пределах Эльбрусского вулканического цен-тра. Установлено, что такая особенность связана с наличием магматических камер и магматического очага, которые, как всякое выраженное локальное образование, изменяют структуру волнового поля в своей ближней зоне.
  3. В гравитационном поле Эльбрусского вулканического центра исследова-на, расположенная в его южной части, отрицательная аномалия силы тяжести. Экстремальные значения аномалия приобретает в районе вершины вулканической постройки, а полученные экспериментальные факты, связанные с расшифровкой геофизической информации в районе Эльбруса, отражают динамические процес-сы в области «живого» магматического очага.
  4. Построены теоретические соотношения и приведены методы решения прямых и обратных задачи, связанных с определением пространственного рас-пределения источников тепла в теле вулканической постройки. Сформулированы общие теоретические схемы их решения.
  5. Проведены экспериментальные исследования температурных полей на поверхности вулканической постройки Эльбруса дистанционными и контактными методами.
  6. На основании полученных наклонометрических данных, отражающих структуру наведенных волновых процессов от удаленных землетрясений в районе Эльбрусского вулканического центра, подтверждено наличие региональных ло-кальных образований с характерными модами, часть из которых обусловлена низ-кочастотными откликами магматических камер и магнитного очага вулкана Эль-брус.
  7.Выявленные области вулканической активности совпадают с ареалами наибольших концентраций гидротермальных проявлений. Эта геофизическая осо-бенность с полным основанием позволяет в будущем вести мониторинг простран-ственно - временной сопряженности тектонических явлений с магматическими и гидротермальными процессами.
  8. Наблюдаемые экспериментально низкочастотные динамические процес-сы в магматических структурах вулкана связаны в первую очередь с ростом дав-ления в магматической камере и, как следствие, с изменениями резонансных час-тот. Все это может свидетельствовать о поступлении новых порций горячих лав из глубинного магматического очага в близповерхностные магматические образо-вания и об активной позиции вулкана Эльбрус на современном этапе развития.
  9. Насыщенные флюидом магматические образования, имеющие место в выделенной аппаратурными методами магматических камерах и очаге, содержат высокий процент летучих. Об этом свидетельствуют данные исследования флю-идной активности в районе вулканической постройки. А это значит, что магма вулкана Эльбрус представляет собой своего рода «жидкостно-газовую» структуру с плотностью порядка 2500-3000 кг/м3, относительно вмещающих пород. По мере развития вулканических процессов, содержащиеся в магме флюиды способны диффундировать через разломно-блоковые структуры, создавая фумаролы и фор-мируя тепловые аномалии, как на поверхности вулканической постройки, как и в других районах Эльбрусского вулканического центра.
  10. Обнаружена и изучена фумарольная активность в районе восточной вершины вулканической постройки Эльбруса на высоте 5599 метров. Наблюде-ния, проведенные в районе восточной вершины вулкана, показали, что темпера-тура поверхностного слоя породы на дне фумаролы составляет 60С в ночное вре-мя; наблюдаются выходы флюидов (паров и других газов), которые затрудняли пребывание сотрудников экспедиции непосредственно в районе фумаролы.
11. Разработана, изготовлена и введена в эксплуатацию система геотермии для работы в жестких условиях глубокой штольни при температуре более 400С (Эльбрусский вулканический центр, Северо-Кавказская геофизическая обсервато-рия, лаборатория № 2). Оборудование системы геотермии допускает регистрацию тепловых процессов в стационарных условиях. Система используется в задачах мониторинга запасов тепла в районе Эльбрусского вулканического центра.
12. Полученные расчетные данные, построенные на достоверных экспери-ментальных данных, полученных в районе Эльбрусского вулканического центра, показывают, что запасы тепла во вмещающих породах магматической камеры вулкана Эльбрус составляют величину порядка 1,5×1020 Дж. Такие запасы тепла достаточны для создания крупной системы геотермального тепло-электроснабжения в районе Эльбрусского вулканического центра (ГеоТС и Гео-ЭС).
13. При снижении температуры во вмещающих очаг горных породах до 200°С и длительности эксплуатации подземной циркуляционной системы в тече-ние 100 лет блок нагретых пород объемом порядка 50 км3 может обеспечить по-лучение 650 - 700 Гкал/ч тепла, что почти полностью удовлетворит потребности такого города, например, как г. Нальчик. В варианте сооружения геотермальной электростанции запасов тепла в объеме 60 - 70 км3 при названных выше условиях будет достаточно для получения около 250 МВт электроэнергии.
14. Геологическая характеристика геотермальных ресурсов Республики Ка-бардино-Балкария такова, что позволяет использовать тепло вмещающих пород в окрестности магматических систем Эльбрусского вулканического центра для ор-ганизации локальных теплоэнергетических систем на основе современных техно-логий. А строительство серии бинарных электрических станций позволит не толь-ко создать здесь локальную систему тепло- и электроснабжения, но и эффективно и экологически чисто решить многие экономические, социальные и научно-технические проблемы.
Составленна база данных по запасам тепловой энергии в районе Эльбрус-ского вулканического центра. Она доступна в удаленном доступе и может быть использована проектировщиками и энергетиками при выборе места для размеще-ния ГеоТЭЦ.