Η Εφαρμοσμένη Γεωφυσική στον εντοπισμό Γεωθερμικών Πεδίων

Transcript

1 Η Εφαρμοσμένη Γεωφυσική στον εντοπισμό Γεωθερμικών Πεδίων

2 Γεωφυσική έρευνα στον εντοπισμό γεωθερμικών πεδίων αφορά μετρήσεις φυσικών ιδιοτήτων της γης. Η έμφαση είναι κυρίως στις παραμέτρους που είναι ευαίσθητες στη θερμοκρασία και το περιεχόμενο ρευστό στους βραχώδεις σχηματισμούς ή σε παραμέτρους που μπορούν να αποκαλύψουν τις δομές που επηρεάζουν τις ιδιότητες του γεωθερμικού συστήματος. Ο στόχος μπορεί να είναι: να εντοπιστεί γεωθερμικό ρεζερβουάρ να χωροθετηθεί ένα γεωθερμικό πεδίο παραγωγής να εντοπιστούν υδροφόρα στρώματα, ή δομές που μπορούν να ελέγξουν τους υδροφόρους ορίζοντες, προκειμένου να τοποθετηθούν οι γεωτρήσεις να αξιολογηθούν οι γενικές ιδιότητες του γεωθερμικού συστήματος. Μπορεί όμως να υφίσταται η ανάγκη να εντοπιστεί η τεκτονική μιας περιοχής όπου τα ρήγματα να αποτελούν διόδους διέλευσης γεωθερμικών ρευστών.

3

4 Οι σημαντικές φυσικές παράμετροι για ένα γεωθερμικό σύστημα είναι οι εξής: Η θερμοκρασία το πορώδες η διαπερατότητα το χημικό περιεχόμενο των ρευστών (αλατότητα) και η πίεση Οι περισσότερες από αυτές τις παραμέτρους δεν μπορούν να μετρηθούν άμεσα μέσω συμβατικών γεωφυσικών μεθόδων που εφαρμόζονται στην επιφάνεια της γης.

5 Υπάρχουν και άλλες ενδιαφέρουσες παραμέτρους που μπορεί να μετρώνται και οι οποίες συνδέονται με τις προηγούμενες παραμέτρους, και μπορεί έτσι να δώσουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με το γεωθερμικό σύστημα. Μεταξύ αυτών των παραμέτρων είναι οι εξής: η Θερμοκρασία ( C) η ηλεκτρική αντίσταση (Ωm)? ομαγνητισμός (Vs / m2 ή Τα η πυκνότητα (kg / m3) η σεισμική ταχύτητα (km / s) η σεισμική δραστηριότητα η θερμική αγωγιμότητα (W / mk) και η ροή τάσης (V).

6 Μια διάκριση γίνεται συνήθως μεταξύ των γεωφυσικών μεθόδων αμέσου αποτελέσματος, και αυτές εμμέσου αποτελέσματος ή εντοπισμού της δομής του υπεδάφους. Οι γεωφυσικές μέθοδοι αμέσου αποτελέσματος παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τις παραμέτρους που επηρεάζονται από την γεωθερμική δραστηριότητα, ενώ οι μέθοδοι εμμέσου αποτελέσματος παρέχουν πληροφορίες σχετικά με γεωλογικές παραμέτρους που μπορεί να αποκαλύψουν τις δομές ή τους γεωλογικούς σχηματισμούς που είναι σημαντικά για την κατανόηση του γεωθερμικού συστήματος. Οι γεωφυσικές μέθοδοι αμέσου αποτελέσματος περιλαμβάνουν τις θερμικές μεθόδους, τις ηλεκτρικές μεθόδους (ειδικής αντίστασης) και τη μέθοδο Φυσικού Δυναμικού (SP), ενώ οι μέθοδοι εμμέσου αποτελέσματος περιλαμβάνουν μαγνητικές μετρήσεις, μετρήσεις βαρύτητας, σεισμικές μετρήσεις και παρακολούθηση της σεισμικότητας.

7 Θερμικές Μέθοδοι Θερμικές μέθοδοι περιλαμβάνουν την άμεση μέτρηση της θερμοκρασίας και / ή θερμότητας, που συσχετίζονται καλύτερα με τις ιδιότητες του γεωθερμικού συστήματος σε σχέση με άλλες μεθόδους. Ωστόσο, ως σχετικά επιφανειακές μέθοδοι περιορίζονται σε ρηχά επίπεδα. Η μέτρηση της θερμοκρασίας κοντά στην επιφάνεια είναι αρκετά απλή. Οι γνώσεις σχετικά με την κατάσταση σε βαθύτερα επίπεδα βασίζεται στην ύπαρξη φρεατίων, σχετικά ρηχών (π.χ m βάθος), από το οποία το θερμικό διαφορικό μπορεί να υπολογισθεί και, ενδεχομένως, το βάθος των προς εκμεταλλεύσιμη γεωθερμικών πηγών. Οι γεωτρήσεις αν και συνήθως αρκετά ακριβές περιορίζουν τη χρήση της μεθόδου. Επιπλέον, τα ρηχά πηγάδια δεν είναι πάντα επαρκή για να πάρει κανείς αξιόπιστες τιμές για το θερμικό διαφορικό.

8 Θερμικές Μέθοδοι Ο μηχανισμός ανταλλαγής θερμότητας στη γη είναι σημαντικός για την ερμηνεία των θερμικών μεθόδων. Γίνεται διάκριση μεταξύ: θερμικής αγωγιμότητας, η οποία βασίζεται στις κινήσεις των ατόμων που είναι σημαντικές για τη μεταφορά της θερμότητας στο φλοιό της γης διάδοσης θερμότητας, κατά την οποία μεταφέρεται θερμότητα από την κίνηση της μάζας, π.χ. φυσική κυκλοφορία ζεστού νερού και θερμικής ακτινοβολίας, η οποία δεν επηρεάζει γεωθερμικά συστήματα.

9 Θερμικές Μέθοδοι Η απλοποιημένη γεωθερμική σχέση για τη θερμική αγωγιμότητα είναι: Qcond z = k ΔT/ Δz όπου η παράμετρος k, είναι η θερμική αγωγιμότητα (W / m C), που είναι μία σταθερά για ένα υλικό, και κυμαίνεται μεταξύ 1 και 5 W / m C, με τις χαμηλές τιμές συνήθως να συνδέονται με ιζηματογενή σχηματισμούς και η υψηλότερες με κρυσταλλικά πετρώματα. Το θερμικό διαφορικό, ΔΤ / Δz, παρέχει πληροφορίες σχετικά με την αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος και η κατανομή του μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες για την κατανόηση και την οριοθέτηση των γεωθερμικών πηγών, τόσο σε περιφερειακό επίπεδο όσο και σε τοπική κλίμακα. Εάν η Αγώγιμη Μεταφορά Θερμότητας, Q, είναι mw / m 2 ή μεγαλύτερη, αυτό μπορεί να υποδεικνύει γεωθερμικές συνθήκες στο υπέδαφος.

10 Θερμικές Μέθοδοι Για την διάδοση της θερμότητας, διάκριση γίνεται μεταξύ της ελεύθερης μεταφοράς, η οποία δημιουργείται από διαφορές πυκνότητας στο υγρό (λόγω διαφοράς θερμοκρασίας) και έτσι η θερμότητα μεταφέρεται, ενώ εξαναγκασμένη μεταφορά δημιουργείται με την διαφορά εξωτερικής πίεσης, όπως το υδροστατικό μέτωπο. Η διάδοση της θερμότητας είναι ένας πολύ ισχυρό τρόπος μεταφοράς της θερμότητας, αλλά εξαρτάται από την διαπερατότητα των πετρωμάτων. Υψηλής θερμοκρασίας γεωθερμικά συστήματα βασίζονται στην ελεύθερη μεταφορά των γεωθερμικών ρευστών, ενώ γεωθερμικά συστήματα σε ιζηματογενείς λεκάνες βασίζονται αγώγιμη ροή θερμότητας. Ωστόσο, τα γεωθερμικά συστήματα έχουν συχνά μικτό τρόπο.

11 Θερμικές Μέθοδοι Παρά τους περιορισμούς τους και την εξάρτησή τους από πηγάδια, οι θερμικές μέθοδοι είναι σημαντικές στην γεωθερμική έρευνα. Περιλαμβάνουν τα εξής: Χαρτογράφηση της θερμικής κατανομής στην επιφάνεια, συμπεριλαμβανομένων των: Λεπτομερής χαρτογράφηση της γεωθερμικής επιφάνειας (GPS) Μετρήσεις της θερμοκρασίας του εδάφους πολύ κοντά στην επιφάνεια Έρευνα με αεροπλάνο του υπέρυθρο (Airborne infrared imaging ). Διαφορικές μετρήσεις της θερμοκρασίας στα m σε φρεάτια, που χρησιμοποιούνται για οριοθετηθούν περιφερειακές ή τοπικές διαφορικές ανωμαλίες. Έρευνες ροής θερμότητας για χωρική προσέγγιση για την εκτίμηση της θερμικής παραγωγής των περιοχών. Εδώ μετρήσεις θερμικής αγωγιμότητας μπορεί να είναι απαραίτητες και ενδεχομένως, χωρική διόρθωση της διαφορικής έρευνας.

12 Θερμικές Μέθοδοι Μετρήσεις της θερμοκρασίας του εδάφους σε βάθος 0.5 m στην Δυτική Ισλανδία, όπου οι ισοκαμπύλες θερμοκρασίας αποκαλύπτουν μια γραμμική κατανομή, που πιστεύεται ότι προκαλείται από κάποια διάκλαση.

13 Θερμικές Μέθοδοι Χάρτης διαφορικού θερμότητας από τις Thórsnes γεωθερμικές περιοχές, Δυτική Ισλανδία, όπου δεν υπάρχει γνωστή γεωθερμική δραστηριότητα στην επιφάνεια. Η ανωμαλία διαφορικού αποκάλυψε δύο περατές διακλάσεις που αποδείχθηκαν πολύ παραγωγικές όταν έγιναν γεωτρήσεις.

14 Βαρυτική Μέθοδος Στην βαρυτική μέθοδο οι τελικές μετρήσεις μας αναφέρονται στην Ανωμαλία Bouguer: g BA = g obs - g th h h d + T d

15 Βαρυτική Μέθοδος ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ Διάκριση ανωμαλιών Μικρής (Residual) και Μεγάλης (Regional) Κλίμακας

16 Βαρυτική Μέθοδος Εφαρμογές της βαρυτικής μεθόδου στη γεωθερμική έρευνα περιλαμβάνει τη χαρτογράφηση : του βάθους του βραχώδους υποβάθρου σε ιζηματογενείς περιοχές, των πυριγενών πετρωμάτων που μερικές φορές σχετίζονται με πιθανά πηγές θερμότητας, των ρηγμάτων ή φλεβών, και περιοχών εξαλλοίωσης λόγω θερμικών επιδράσεων. Το σχήμα δείχνει ένα χάρτη βαρυτικής ανωμαλίας Bouguer στην περιοχή Hengill υψηλών θερμοκρασιών όπου περιοχές υψηλών τιμών πιθανά σχετίζονται με διεισδύσεις από βαθύτερους ορίζοντες. Μια σημαντική πρόσθετη εφαρμογή της βαρυτικής μεθόδου είναι η χρήση των μετρήσεων για την παρακολούθηση μετακινήσεων μάζας σε γεωθερμικά συστήματα παραγωγής

17 Βαρυτικής Μέθοδος στην κοιλάδα του Σπερχειού Ποταμού 25 Platistomo Lianokladion Loutra.Hypatis Hypati LAMIA Stilis Karavomilos 10 Fratzis Anthili Skarfia 5 Loutra.Thermopilon a) Platistomo Lianokladion Loutra.Hypatis Hypati LAMIA Stilis Karavomilos 10 Fratzis Anthili Skarfia 5 Loutra.Thermopilon b)

18 Βαρυτική Μέθοδος στην κοιλάδα του Σπερχειού Ποταμού Gravity Anomaly (gu) Observed Anomaly Calculated Anomaly Gravity Anomaly (gu) Distance (km) 0 Hot Spring 0 Depth (km) Depth (km) Distance (km) Conglomerate Fine Sediments Flysch Limestone

19 Μαγνητική Μέθοδος Μετράμε το ολικό μαγνητικό πεδίο της γης και οι σχηματισμοί χαρακτηρίζονται από την μαγνητική επιδεκτικότητα k.

20 Μαγνητική Μέθοδος Στη γεωθερμική έρευνα, μαγνητικές μετρήσεις γενικά αποσκοπούν κυρίως στον εντοπισμό διεισδύσεων πυριγενών και, ενδεχομένως, την εκτίμηση βάθος τους, ή τον εντοπισμό μεμονωμένων φλεβών και ρηγμάτων. Μπορούν επίσης αποσκοπούν στην εξεύρεση περιοχών μειωμένης μαγνήτισης που οφείλεται σε θερμική δραστηριότητα. Οι μετρήσεις για τοπικές δομές, όπως φλέβες ή ρήγματα γίνονται στην επιφάνεια με τακτικές μετρήσεις κατά μήκος παράλληλων προφίλ ή σε ένα πλέγμα.

21 Μαγνητική Μέθοδος Οι μετρήσεις που αποσκοπούν σε μεγαλύτερες ανωμαλίες όπως χαρτογράφηση βαθύτερων διεισδύσεων ή περιγράφοντας ιζηματογενείς λεκάνες γίνεται μέσω αερομαγνητικών ερευνών, όπου το ύψος και η απόσταση των προφίλ στηρίζεται στην προτιμώμενη πυκνότητα δεδομένων. Στο σχήμα φαίνεται αερομαγνητικός χάρτης περιοχής με υψηλή θερμοκρασία όπου φαίνονται τα κύρια τεκτονικά χαρακτηριστικά, θέσεις μεταπαγετωδών ηφαιστειακών έκρηξεων, θέσεις θερμών πηγών και ατμίδων. Η κύρια γεωθερμική δραστηριότητα συσχετίζεται με χαμηλή ένταση του μαγνητικού πεδίου.

22 Σεισμική Μέθοδος Σεισμικές τομές από την περιοχή Oxarfjordur στη ΒΑ-Ισλανδία, όπου γεωθερμική δραστηριότητα βρίσκεται σε ιζηματογενή περιβάλλοντα χώρο, υποδεικνύουν στρώματα με βάση τις μετρήσεις διάθλασης και μετρήσεις βαρύτητας. Οι επάνω-θόλοι των στρωμάτων υψηλής ταχύτητας στο κεντρικό τμήμα είναι αποτέλεσμα της γεωθερμικής δραστηριότητας.

23 Ηλεκτρικές Μέθοδοι Οι ηλεκτρικές μέθοδοι ή μέθοδοι ειδικής αντίστασης είναι οι πιο σημαντικές γεωφυσικές μέθοδοι στην επιφάνεια για την εξερεύνηση των γεωθερμικών περιοχών, και ως εκ τούτου οι κύριες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στον εντοπισμό γεωθερμικής πεδίων. Η παράμετρος που μας ενδιαφέρει είναι η ηλεκτρική αντίσταση των πετρωμάτων η οποία συσχετίζεται τόσο με τη θερμοκρασία όσο και την εξαλλοίωση των πετρωμάτων που αποτελούν βασικές παραμέτρους για την κατανόηση των γεωθερμικών συστημάτων.

24 Ηλεκτρικές Μέθοδοι Οι ηλεκτρικές μέθοδοι περιλαμβάνουν πολλούς διαφορετικούς τύπους μετρήσεων και ποικίλες ρυθμίσεις ή διαμορφώσεις για τους διάφορους τύπους. Οι πιο σημαντικές μέθοδοι είναι: Μέθοδος ειδικής αντίστασης, όπου ρεύμα παράγεται και διοχετεύεται στη γη μέσω ηλεκτροδίων στην επιφάνεια. Το μετρούμενο σήμα είναι το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται στην επιφάνεια. ΤΕΜ, όπου το ρεύμα προκαλείται από έναν χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο από μια ελεγχόμενη πηγή. Το σήμα που μετράται είναι το απομειούμενο μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια από το δευτερεύον μαγνητικό πεδίο. ΜΤ, όπου ρεύμα προκαλείται από τις μεταβολές στον χρόνο στο μαγνητικό πεδίο της Γης και το μετρούμενο σήμα είναι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια.

25 Ηλεκτρικές Μέθοδοι Η ηλεκτρική ειδική αντίσταση των πετρωμάτων στο γεωθερμική περιβάλλον είναι μια παράμετρος που αντανακλά τις ιδιότητες του γεωθερμικού συστήματος, ή την ιστορία του. Έτσι, μια καλή γνώση σχετικά με την ειδική αντίσταση είναι πολύ πολύτιμη για τη κατανόηση του γεωθερμικού συστήματος. Αυτό σχετίζεται με το γεγονός ότι η ειδική αντίσταση των πετρωμάτων εξαρτάται από τις παραμέτρους που συσχετίζονται με τη γεωθερμική δραστηριότητα, όπως: Το πορώδες και δομή πόρων, όπου γίνεται διάκριση μεταξύ: Μεταξύ κόκκων πορώδες όπως σε ιζηματογενή πετρώματα, Πορώδες σε διακλάσεις που σχετίζεται με τις πιέσεις, τον βαθμό διάκλασης ή ψύξης των πυριγενών πετρωμάτων Σπηλαιώδες πορώδες το οποίο σχετίζεται με τη διάλυση του υλικού (στον ασβεστόλιθο) ή το περιεχόμενο σε φυσιό αέριο (σε ηφαιστειακό μάγμα). Η εξαλλοίωση των πετρωμάτων συχνά συσχετιζόμενη με την αλληλεπίδραση του εμπεριεχόμενου νερού Η αλατότητα του υγρού μέσα στους πόρους Η θερμοκρασία Η ποσότητα του νερού, δηλαδή κορεσμού ή το περιεχόμενο ατμού και Η πίεση Οι τέσσερις παράμετροι που απαριθμούνται πρώτα, είναι οι πιο σημαντικές και βασικές παράμετροι για ένα γεωθερμικό σύστημα.

26 Ηλεκτρικές Μέθοδοι Γενικά, μπορεί να λεχθεί ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα υφίσταται κυρίως μέσω διασυνδεδεμένων γεμάτους με νερό πόρους. Αν τα πετρώματα είναι φρέσκα, η αγωγιμότητα είναι κυρίως μέσα από το νερό, ενώ η ευθυγράμμιση λόγω εξαλλοίωσης στα τοιχώματα των πόρων είναι πολύ καθοριστικός παράγοντας, όταν δημιουργήθηκε σε θερμοκρασίες μεταξύ 50 και 200 C, λόγω των πολύ αγώγιμων ιδιοτήτων του. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες η εξαλλοίωση δημιουργεί μεγαλύτερες ειδικές αντιστάσεις, αλλάζοντας τον μηχανισμό της αγωγιμότητας πάλι στο νερό. Το Σχήμα συνοψίζει και δείχνει πώς η αντίσταση των πετρωμάτων που περιέχουν νερό αλλάζει με την εξαλλοίωση και τη θερμοκρασία.

27 Ηλεκτρικές Μέθοδοι Πυρήνας υψηλής ειδικής αντίστασης σε περιβάλλον χαμηλής αντίστασης είναι χαρακτηριστικό για τα περισσότερα γεωθερμικά συστήματα υψηλής θερμοκρασίας και έχει να κάνει με την υψηλής ειδικής αντίστασης εξαλλοίωση που δημιουργείται σε υψηλότερες θερμοκρασίες.

28 Μέθοδος Ηλεκτρικής Ειδικής Αντίστασης Ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις (VerticalElectricalSoundings, VES) I A M V N B

29 Μέθοδος Ηλεκτρικής Ειδικής Αντίστασης Ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις (Διδιάστατη Ερμηνεία) 0 0 a) b) c) Half Current Electrode Distance (m) Depth (m) Distance (m) 500 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G Distance (m) 0 Half Current Electrode Distance (m) Distance (m) RESISTIVITY (Ohm*m) a) b) c) Half Current Electrode Distance (m) Depth (m) Half Current Electrode Distance (m) Distance (m) 500 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G Distance (m) Distance (m) RESISTIVITY (Ohm*m)

30 Μέθοδος Ηλεκτρικής Ειδικής Αντίστασης Ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις Χάρτες Φαινόμενης Ειδικής Αντίστασης για διαφορετικές αποστάσεις ηλεκτροδίων ρεύματος Lianokladion Loutra.Hypatis Hypati LAMIA Loutra.Hypatis Hypati Lianokladion LAMIA 10 Fratzis Anthili 10 Fratzis Anthili 5 Loutra.Thermopilon 5 Loutra.Thermopilon a) b) Lianokladion Loutra.Hypatis LAMIA 20 Lianokladion Loutra.Hypatis LAMIA 15 Hypati 15 Hypati 10 Fratzis Anthili 10 Fratzis Anthili 5 Loutra.Thermopilon 5 Loutra.Thermopilon c) d)

31 25 Platistomo Loutra.Hypatis Hypati Lianokladion LAMIA Stilis Karavomilos Fratzis Anthili 10 Skarfia Loutra.Thermopilon 5 a) Platistomo Lianokladion Lianokladion Stilis Loutra.Hypatis LAMIA Loutra.Hypatis LAMIA Karavomilos 15 Hypati Fratzis Anthili Fratzis Anthili Skarfia Loutra.Thermopilon 5 Loutra.Thermopilon 5 b) Συνδυασμός βαρυτικών χαρτών Bouguer και Μικρής Κλίμακας Ανωμαλίας (Residual) με τους γεωηλεκτρικούς χάρτες Φαινόμενης LianokladionΕιδικής Αντίστασης Loutra.Hypatis LAMIA Hypati Fratzis Anthili Loutra.Thermopilon a) b) Lianokladion Loutra.Hypatis LAMIA 20 Lianokladion Loutra.Hypatis LAMIA 15 Hypati 15 Hypati 10 Fratzis Anthili 10 Fratzis Anthili 5 Loutra.Thermopilon 5 Loutra.Thermopilon c) d)

32 Μέθοδος Ηλεκτρικής Ειδικής Αντίστασης Ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις Χάρτης Ειδικής Αντίστασης σε συγκεκριμένο βάθος. Ο χάρτης ειδικής αντίστασης στα 500 μέτρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας στο Husavik, Β Ισλανδίας που βγήκε από τα αποτελέσματα Schlumberger βυθοσκοπήσεων δείχνει μία περιοχή χαμηλής ειδικής αντίστασης που συνδέεται με την ισχυρή Hveravellir περιοχή χαμηλής θερμοκρασίας.

33 Μέθοδος TEM Μέθοδος ΤΕΜ είναι μία ηλεκτρομαγνητική μέθοδος η οποία χρησιμοποιεί μια ελεγχόμενη πηγή για να δημιουργήσει το σήμα που θα μετρηθεί. Στη μέθοδο ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο δημιουργείται με τη διαβίβαση ρεύματος Ι μέσα σε ένα μεγάλο βρόχο (γειωμένο δίπολο). Το ρεύμα απότομα σταματά και ένα δευτερεύον πεδίο προκαλείται μειούμενο με το χρόνο. Ο ρυθμός απόσβεσης παρακολουθείται μετρώντας την τάση που επάγεται στο πηνίο του δέκτη, στο κέντρο του βρόχου στην επιφάνεια. Η κατανομή του ρεύματος και ο ρυθμός μείωσης που καταγράφεται ως συνάρτηση του χρόνου εξαρτάται από την κατανομή των ειδικών αντιστάσεων στο υπέδαφος κάτω από την θέση μέτρησης, και μπορεί να ερμηνευθεί ως τέτοια. Το σήμα μπορεί επίσης να διοχετευτεί σε ένα γειωμένο δίπολο για να δημιουργήσει το κύριο μαγνητικό πεδίο. Τα δεδομένα TEM παρουσιάζονται σε διλογαριθμική κλίμακα όπως τα δεδομένα της μεθόδου ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης, αλλά εδώ η φαινομενική αντίσταση παρίσταται γραφικώς σαν συνάρτηση του χρόνου μετά την απενεργοποίησης του ρεύματος

34 Μέθοδος TEM Η μέθοδος ΤΕΜ δίνει μία τομή ειδικών αντιστάσεων στην Hengill περιοχή υψηλής θερμοκρασίας. Η τομή διασχίζει μια περιοχή όπου η γεωθερμική δραστηριότητα δεν φαίνεται στην επιφάνεια, αλλά το σώμα χαμηλής ειδικής αντίστασης με έναν πυρήνα υψηλής ειδικής αντίστασης στην δυτική (αριστερή) πλευρά υποδηλώνει ότι το σώμα έχει φτάσει θερμοκρασίες άνω των 250 C, υποδεικνύοντας ένα νέο πεδίο παραγωγής. Ο χάρτης ειδικής αντίστασης ΤΕΜ της περιοχής Hengill σε βάθος 600 μ σκιαγραφεί μία ευρεία περιοχή χαμηλής αντίστασης αλλά και περιοχή υψηλότερων ειδικών αντιστάσεων που βρίσκονται στο κεντρικό τμήμα του γεωθερμικού συστήματος, υποδεικνύοντας θερμοκρασίες πάνω από 250 C σε μια περιοχή που καλύπτει δεκάδες τετραγωνικών χιλιομέτρων.

35 Μαγνητοτελουρική Μέθοδος Η μέθοδος μετράει συχνότητες από Hz που είναι άφθονες στο έδαφος. Το αίτιο είναι τα τελλουρικά ρεύματα που ρέουν στην γη που δημιουργούνται από εξ επαγωγής ιονοσφαιρικά ρεύματα. Ό λόγος Ηλεκτρικού προς Μαγνητικό Πεδίο μπορεί να μετρηθεί και υπολογισθεί σε σχέση με την συχνότητα και σαν αποτέλεσμα να έχουμε την φαινόμενη ειδική αντίσταση σε σχέση με την συχνότητα H όπου ω=2πf και μ σχετική μαγνητική διαπερατότητα E H y x E H x y z 1 y T E E 2 H x x y T E x 2 H y Ενεργής Ηλεκτρομαγνητική Μέθοδος

36 Μαγνητοτελουρική Μέθοδος Η τομή ηλεκτρικών ειδικών αντιστάσεων στην περιοχή του συστήματος υψηλής θερμοκρασίας Krafla στην Βόρεια Ισλανδία παρουσιάζει χαμηλή ειδική αντίσταση κοντά στην επιφάνεια και η υψηλότερη ειδική αντίσταση κάτω συνδέεται με το εκμεταλλεύσιμο γεωθερμικό ταμιευτήρα σε 1-4 χιλιόμετρα βάθος. Κάτω από αυτό ένα μεγάλο σώμα χαμηλής αντίστασης μπορεί να αντανακλά εν μέρει λιωμένο μάγμα.

37 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (Self Potential) Φυσικά δυναμικά σχετίζονται με την εξαλλοίωση των σουλφιδικών ορυκτών σωμάτων, την αλλαγή των πετρωμάτων σε γεωλογικές σταθερές, την βιοηλεκτρική δραστηριότητα των οργανικών υλικών, την διάβρωση τις διαφορές θερμοκρασίας και πίεσης στα υπόγεια υγρά, κλπ.

38 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (Self Potential) 4 βασικοί μηχανισμοί Ηλεκτροκινητικό δυναμικό παρατηρείται όταν διάλυμα ειδικής αντίστασης ρ και ιξώδους n, αναγκάζεται να περάσει δια μέσου εγκοίλων ή πόρων. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων του περάσματος του υγρού από τους πόρους ή τα έγκοιλα είναι: E k 4 n όπου Φ δυναμικό απορρόφησης, Ρ η διαφορά πίεσης, ε διηλεκτρική σταθερά υναμικό διάχυσης (Liquid Junction) είναι το δυναμικό που οφείλεται στη διαφορά ευκινησίας των διαφόρων ιόντων σε διαλύματα διαφορετικών συγκεντρώσεων E d R F n c C log 1 C c 2 όπου C 1, C 2 συγκεντρώσεις διαλυμάτων, Ι α,ι c ευκινησίες ιόντων, Θ απόλυτη θερμοκρασία, N το σθένος, F σταθερά του Faraday, R σταθερά αερίων υναμικό Nernst που δημιουργείται όταν δύο ταυτόσημα μεταλλικά ηλεκτρόδια βυθίζονται σε διαλύματα διαφορετικών συγκεντρώσεων. E s R C log 1 F n C 2 Ο συνδυασμός των δύο τελευταίων δυναμικών είναι το ηλεκτροχημικό ή στατικό δυναμικό που εξαρτάται αν θερμοκρασία

39 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (Self Potential) Η μέθοδος Φυσικού υναμικού για τον εντοπισμό γεωθερμικών συστημάτων. Η αύξηση θερμοκρασίας και η κυκλοφορία των υπογείων θερμικών υγρών είναι χαρακτηριστικά γεωθερμικών συστημάτων Σε δείγμα πετρώματος παρουσιάζεται διαφορά δυναμικού αν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας και ο λόγος της διαφοράς δυναμικού δια της διαφοράς θερμοκρασίας ( V/ T) λέγεται σταθερά θερμοηλεκτρικής σύζευξης. Ροή υγρού δια μέσου πορώδους μέσου δημιουργεί διαφορά δυναμικού και ο λόγος της διαφοράς δυναμικού δια της διαφοράς πίεσης ( V/ P) λέγεται σταθερά ηλεκτροκινητικής σύζευξης. Το μέγεθος και η πολικότητα των SP ανωμαλιών εξαρτάται όχι μόνο από θερμοκρασία, πίεση και γεωμετρία αλλά και από τα μεγέθη και τις διαφορές των σταθερών σύζευξης.

40 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (Self Potential) Θόρυβος και ποιότητα των μετρήσεων για γεωθερμική διασκόπηση Τελλουρικά ρεύματα που δημιουργούνται από χρονικές μετοβολές στο γήινο μαγνητικό πεδίο και φτάνουν μερικές εκατοντάδες mv/km πάνω από μη αγώγιμο έδαφος. Είναι μεγάλης περιόδου (10-40sec) και λύση οι πολλές μετρήσεις ενώ για περιόδους μεγαλύτερες του 1min λύση το σταθερό δίπολο και συνεχής καταγραφή της τελλουρικής δραστηριότητας. Ηλεκτροκινητικά δυναμικά Βιοηλεκτρικά δυναμικά Εμφάνιση αγωγίμων ορυκτών Μεταβολές της ειδικής αντίστασης Ηλεκτροχημικοί παράγοντες (κύρια επίδραση στα ηλεκτρόδια) Πόλωση και αλλαγή απόκρισης ηλεκτροδίων

41 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (Self Potential) Μη πολούμενο ηλεκτρόδιο ιαδικασία μετρήσεων SP V Κάθε profil Μετρήσεις ολικού πεδίου (σφάλματα αλληλοανερούνται) Μετρήσεις gradient (σφάλματα αθροιστικά) Μετρήσεις leap-frog (σφάλματα αλληλοαναρούνται) Συσχέτιση profil με ήρεμο σημείο Εφαρμογή 5 σημείων κινούμενου μέσου όρου S c 3 S 1 2 S 2 4 S 3 2 S 4 S 5 10

42 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (Self Potential)

43 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (στα Λουτρά Υπάτης) Μοντέλο Fitterman Βαρυτική Τομή Gravity Anomaly (gu) Observed Anomaly Calculated Anomaly Gravity Anomaly (gu) Distance (km) 0 Hot Spring 0 Depth (km) Depth (km) Distance (km) Conglomerate Fine Sediments Flysch Limestone

44 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (στον Πολυχνίτο Νήσου Λέσβου) (1) (2) (3) SP1 (1) SP6 SP7 SP8 SP5 SP2 (1) (2) SP12 (2) SP3 SP4 SP11 (3) SP10 SP9 (3) km

45 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (στην Νήσο Νίσυρο) Mandraki F4 NISYROS ISLAND N NIS- 3 NIS R (2) 117R NIS R 117B 116R 117B NIS R 116B 121B 115B 121R 122R (3) 115R 116B 121B 115B 121R 122R (1) F1 F2 F3 Caldera rim Borehole Fault 115R 115B 122R 121R 0 (2) (2) (3) 117R 117B 116R 116B (1) (3) 117R 117B 116R 116B (1) DEPTH in M R 121B 115B 121R 122R 115R 121B 115B 121R 122R DISTANCEin M

46 Μέθοδος Φυσικού Δυναμικού (στην Νήσο Μήλο) και άλλες γεωφυσικές μέθοδοι

50 Χάρτες ειδικής αντίστασης σε βάθος 300 μ a.s.l. και σε βάθος 600 μ b.s.l. σε συνδυασμό με τη γεωθερμική δραστηριότητα, ένα Bouguer χάρτη βαρύτητας και πληροφορίες ενεργών ρηγμάτων από σεισμικές μετρήσεις μπορούν να δώσουν χρήσιμη πληροφορία για νέες περιοχές ενδιαφέροντος