Выполнен 3D-анализ механизма транспорта и аккумуляции магмы в постройке и фундаменте Ключевского вулкана, предшествующего 11 извержениям в 2003-2021 гг. C использованием метода Frac-Digger и сейсмологических данных Камчатского филиала Федерального исследовательского центра «Единая геофизическая служба РАН» показано, что транспорт магмы из глубокого корового магматического очага (–30 км) осуществляется в режиме вертикального гидроразрыва (дайки) до периферического малоглубинного магматического очага (+1 км). Ориентация подводящих даек соответствует геомеханическим условиям радиального или С-ССВ растяжения. Вслед за этим в периферическом магматическом очаге фиксируются наклонные дайки и силлы различной ориентации. Аккумуляция магмы в периферическом магматическом очаге в виде силлов (в режиме горизонтального гидроразрыва на отметках от +0,3 до +2,3 км) способствует повышению эффективности дегазации магмы и теплообмена с метеорными водами, формированию парогазового резервуара высокого давления с последующей продувкой канала вулкана и его извержением. Трехмерный анализ распределения побочных извержений Ключевского вулкана в 1932-2021 гг. (16 побочных конусов) показывает их приуроченность к двум магистральным слабонаклонным структурным поверхностям. Изменение уровня дренирования магматической системы находит отражение в объемах и геохимической истории продуктов побочных извержений 1932-2021 гг.
Температура в продуктивном геотермальном резервуаре Долины гейзеров (Камчатка), рассчитанная по полевошпатовому Na-K-геотермометру, устойчиво повышается в течение последних 10 лет в среднем с 165 до 235 °С, что приближается к показателям гидротермального взрыва пароводяной смеси. Для анализа химических геотермометров использовано TOUGHREACT-моделирование, с помощью которого на одноэлементной модели воспроизведены ранее известный Na-K полевошпатовый геотермометр и получены новые формулы для трех Na-K-геотермометров: цеолитового, смектитового и на основе вулканического стекла. Химическая история 1968-2018 гг. по хлор-иону, который рассматривается в качестве инертного трассера геофильтрационных процессов, показывает, что после 2007 г. в гейзерный резервуар поступает значительное количество инфильтрационных вод (их массовая доля оценивается от 5 до 15 %). Предполагается, что повышенные показания Na-K полевошпатового геотермометра в последние годы не отражают возрастание температуры в гейзерном резервуаре, а являются эффектом разбавления смектитовыми водами.
Численная 3D-модель Мутновского геотермального месторождения (Дачные источники), состоящая из 517 элементов и частично учитывающая двойную пористость, была разработана в 1992-1993 годах с помощью программы TOUGH2. Калибровка данной модели была выполнена по данным опытных выпусков из скважин и начального распределения температуры и давления в резервуаре. Эта модель использовалась для технико-экономического обоснования проекта строительства Мутновской ГеоЭС (2002 г.). Модель была воспроизведена при помощи программы PetraSim v.5.2, и для ее калибровки были использованы дополнительные данные по истории эксплуатации до 2006 г. и инверсионное iTOUGH2-EOS1-моделирование. Сравнение оценок параметров резервуара, полученных с использованием инверсионного моделирования, с предшествующими оценками параметров резервуара (даны в круглых скобках) показало следующее: расход восходящего потока теплоносителя в естественных условиях 80,5 (54,1) кг/с, энтальпия теплового потока 1430 (1390) кДж/кг, проницаемость резервуара 27∙10 –15 -616∙10 –15 (3∙10 –15 -90∙10 –15 ) м 2 . Инверсионное моделирование использовалось также для оценки расходов реинжекции, притока в резервуар метеорных вод в центральной части геотермального поля и сжимаемости резервуара.
Данные по геохимии флюидов и вторичной минерализации 14 геотермальных месторождений Камчатки (Россия) и Японии использованы для калибровки численных моделей связанных термогидродинамических и химических процессов (thermo-hydrodynamic-chemical – THC-процессы). Исследованы условия восходящей фильтрации теплоносителя для следующих случаев: однофазной фильтрации с исходной температурой 260 °C, двухфазной фильтрации (300 °C), условий «тепловой трубки» (260 °C). Показано, что в однофазном потоке в качестве основных вторичных минералов в продуктивной зоне образуются вайракит, кварц, K-полевой шпат и хлорит. В двухфазном потоке в качестве основных вторичных минералов образуются кварц, K-полевой шпат, вайракит и кальцит. В «тепловой трубке» существенного образования вторичных минералов не происходит. Образование вторичных минералов может привести к существенному снижению пористости в течение первых сотен лет и полному «запечатыванию» резервуара.
Геотермальная энергия является движущей силой геотермальных процессов: вулканических, гидротермальных и сейсмических – и проявляется в областях современного вулканизма в форме действующих вулканов, гидротермальных систем и землетрясений. Гидротермальные системы представляют собой «полезную часть» геотермальной энергии, которая может быть использована в пределах геотермальных месторождений для получения электрической и тепловой энергии, что иллюстрируется на примерах Мутновского и Паужетского геотермальных месторождений. Действующие вулканы не нашли применения в энергетике. Однако заключенная в них энергия может высвобождаться в виде гидротермальных взрывов, что обсуждается на примере конуса Авачинского вулкана. Землетрясения представляют собой наиболее опасный режим выделения геотермальной энергии. Изучение аномальных явлений гидродинамической природы в активных гидротермальных системах и на действующих вулканах продолжается.
В конце 1966 г. на Паужетском геотермальном месторождении начала работать ГеоТЭС. Промышленная разработка этого месторождения показала, что тепловой режим эксплуатационного участка изменяется весьма существенно, хотя по результатам первого опытно-эксплуатационного выпуска можно было надеяться на стабилизацию геотемпературных условий во время длительной эксплуатации ...
