بخشی از مقاله
چکیده
به علت معایب سوخت هاي فسیلی، منابع انرژي تجدیدپذیر جایگزینی مناسب جهت توسعه پایدار انرژي و حفاظت از محیط زیست مطرح می یاشند. ایران به علت واقع شدن بر روي کمربند لرزه خیز داراي پتانسیل زمین گرمایی می باشد. مطالعات اولیه نشان می دهد پتانسیل براي تولید برق زمین گرمایی در چهار حوضه در شمال ایران شامل خوي، ماکو، سبلان، سهند، دماوند، به ترتیب در استانهاي آذربایجان غربی، اردبیل، آذریایجان شرقی و در تهران وجود دارد.با توجه به اهمیت موضوع، در این مقاله به روش هاي مختلف شناسایی منابع زمین گرمایی اشاره و جدیدترین روش ها در این حوزه معرفی شده است. نمونه اي از فعالیت موفق در این زمینه که در کشور ژاپن انجام شد، ارائه شده است. با توجه به نتایج به دست آمده در میدان مزبور، قابل اجرا بودن روشهاي اکتشافی جدید براي منابع زمین گرمایی، مانند فعالیت پذیري میکرو زمین لرزه، بررسی پروفایل الکترومغناطیسی عمودي و نگار القایی آرایه چند فرکانسی اثبات شده است. مطالعات نشان می دهد تلفیق اطلاعات زمین شناسی، زمین گرمایی، و شیمی سیال زمین گرمایی جهت فهم سیستم زمین گرمایی ضروري می باشد.
واژههاي کلیدي:منابع زمین گرمایی، میکرو لرزه، پروفایل الکترومغناطیسی عمودي، و نگار القایی آرایه چند فرکانسی.
مقدمه
انرژي زمین گرمایی، انرژي گرمایی تولید و ذخیره شده در زمین میباشد. انرژي زمین گرمایی پوسته زمین از سازندهاي اولیه سیاره و واپاشی رادیواکتیویته مواد - این عامل کاملا ثابت نشده است - منشا میگیرد. گرادیان گرماي زمین، که اختلاف دماي بین هسته و سطح سیاره می باشد، رسانش انرژي گرمایی پیوسته از هسته به سطح را در فرم گرما به وجود میآورد.[1]زمین شناسی، شیمی سیال حرارتی، روش هاي ژئوفیزیکی سه رشته اصلی میباشند که به کشف منابع زمین گرمایی میپردازند . موفقترین روشها، روشی است که هدف آن تعیین پارامترهایی است که به طور مستقیم تحتتاثیر فعالیت هاي زمین گرمایی قرار میگیرند؛ مانند روش مستقیم و روش غیرمستقیم. در روش غیرمستقیم، با استفاده از روشهاي دیگر پارامترهاي فیزیکی سنگ میزبان از جمله خواص مغناطیسی، چگالی و سرعت لرزهاي اندازهگیري میشود.[2]
خواص فیزیکی مهم در سیستم زمین گرمایی شامل: دما، تخلخل، تراوایی، ترکیب شیمیایی سیال - شوري - ، و فشار میباشد. اکثر این خواص به صورت مستقیم با استفاده از روشهاي ژئوفیزیکی متداول که بر روي سطح زمین اعمال میشود، قابل اندازهگیري نیستند. به عبارت دیگر پارامترهاي مانند مقاومت الکتریکی، مغناطش، چگالی، سرعت لرزهاي، فعالیت لرزهاي، هدایت پذیري حرارتی، پتانسیل جریان با پارامترهاي ذکر شده در ارتباط بوده و توسط این روشها اندازهگیري میشوند. اطلاعات مهمی از سیستم زمین گرمایی توسط این پارامترها حاصل میشود.[3]با توجه به اینکه علاقه دولت ایران به منابع تجدید پذیر به عنوان جایگزینی براي سوخت هاي فسیلی -به عنوان منبع اصلی اقتصاد ایران و جلوگیري از اتکا بیش اندازه به سرمایه اي نفتی- روز به روز بیشتر می شود [4]، هدف نهایی این مقاله، مطالعه جنبههاي توسعه منابع زمین گرمایی عمیق جهت کاهش ریسک بهره برداري و استفاده کاربردي آن براي منابع زمین گرمایی ایران می باشد.
روش هاي بررسی منابع زمین گرمایی
انتخاب روش بررسی منابع زمین گرمایی به عمق منبع زمین گرمایی وابسته می باشد. در ابتدا روش هاي متداول و در ادامه روشهاي مربوط به منابع عمیق بررسی گردیده است.
-1-2 روش هاي متداول
-1-1-2 روش هاي حرارتی
روش هاي حرارتی شامل اندازهگیري مستقیم دما و یا حرارت میباشد، بنایراین با خواص سیستم زمین گرمایی ارتباط بهتري دارد. با این وجود، مانند روشهاي سطحی به عمقهاي خیلی کم، محدود میشود. اندازهگیري دماي سطوح نزدیک به سطح نسبتا آسان است، اما در رابطه با سطوح عمیق تر به چاه هاي موجود بستگی دارد که معمولا می توان از چاههاي گرادیان کم عمق - با عمق 100-30 متر - ، گرادیان حرارتی و احتمالا عمق منبع زمین گرمایی را اندازه گیري کرد. انتقال حرارت به سه صورت رسانش، همرفت و تابش صورت می گیرد. رسانش بر مبناي ارتعاشات اتمی است که موضوع انتقال حرارت در پوسته زمین می باشد. همرفت انتقال حرارت را با حرکت توده اي سیال مانند چرخش حرارت درون آب داغ، انجام می دهد .[3] مطالعات نشان دهنده این است تابش، سیستم زمین گرمایی را تحت تاثیر قرار نمی دهد.[5]
درون سیستم زمین گرمایی، جریان همرفتی وجود دارد که به علت اختلاف چگالی گرادیان حرارتی درون سیال، در نقاط مختلف اتفاق می افتد. مهمترین عامل در جریان همرفتی وجود ارتباط از طریق گسل یا شکاف هاي موجود در سنگ یا به عبارتی میزان تراوایی سنگ می باشد . مبناي سیستم هاي زمین گرمایی با دماي بالا، ارتباط آزاد سیالهاي زمین گرمایی می باشد. درحالی که در سیستمهاي زمین گرمایی درون حوضه هاي رسوبی، مبناي سیستم به جریان رسانش برمیگردد. سیستم هاي زمین گرمایی تلفیقی از این دو نوع روش انتقال حرارت می باشد .روش هایی که به اکتشاف سیستم هاي زمین گرمایی می پردازند شامل تهیه نقشه هاي توزیع زمین گرمایی با استفاده از داده هاي چاه گرادیان حرارتی، اندازه گیري زمین گرمایی سطحی - با استفاده از - GPS، اندازه گیري دماي خاك در سطوح بالاتر زمین و بررسی مادون قرمز حرارتی به وسیله سنجش از راه دور1 می باشد.[6]
-1-1-2-2 روش هاي الکتریکی
روش هاي الکتریکی یا مقاومتی، مهمترین روش ها در اکتشافات سطحی نواحی زمین گرمایی می باشند. پارامتر مقاومت الکتریکی سنگ، دو پارامتر کلیدي دما و تغییرات سنگ را در سیستم زمین گرمایی به هم ربط میدهد. مهمترین روش هاي اندازه گیري جریان الکتریکی عبارتند از:
-2-1-2-2 روش هاي مستقیم :DC
جریان الکتریکی به صورت مستقیم از طریق مجموعه اي از الکترود در سطح به درون زمین فرستاده شده و سیگنال دریافتی، میدان الکتریکی در سطح می باشد. مانند سونداژ شلمبرژر، سونداژ دوقطبی یا پروفایل کردن، پروفایل بالا سر2 که روش موفقی در تشخیص گسل ها و شکستگی هاي سطحی می باشد..
-3-1-2-2 روش الکترو مغناطیسی گذرا :TEM
متداولترین روش اکتشاف منابع سطوح بالاتر از عمق 1-1/5 کیلومتر می باشد. در این روش یک میدان مغناطیسی ثابت با انتقال جریان از طریق یک حلقه بزرگ - دو قطبی متصل به زمین - ساخته می شود سپس جریان به طور ناگهانی قطع میشود. در نتیجه آن یک میدان ثانویه القا می شود که با زمان رو به زوال می رود. این نرخ واپاشی با اندازه گیري ولتاژ القاء شده در یک سیم پیچ گیرنده در مرکز حلقه در سطح اندازه گیري می شود. توزیع جریان و نرخ واپاشی به صورت تابعی از زمان به ساختار مقاومت محدوده اندازه گیري شده، بستگی دارد.
-4-1-2-2 روش الکترومغناطیس با چشمه طبیعی:3
این روش از میدان الکترومغناطیسی طبیعی زمین به عنوان منبع انرژي استفاده می کند. با اندازه گیري سیگنال میدان مغناطیسی متلاطم و جریان هاي الکتریکی در سطح زمین، جریان ها را به مقاومت زمین محدوده تحت بررسی نسبت می دهند. فرکانس هاي سیگنال به عمق کاوش بستگی دارد. فرکانس هاي پایین تر از اعماق به سطح می رسند. بنابراین فرکانس هاي محدوده 0/00001-10 هرتز براي تحقیقات پوسته عمیق استفاده می شود، در حالی که فرکانس هاي بالاتر 10-1000 هرتز براي پوسته بالایی استفاده می شوند. تفکیک پذیري روش MT به میزان قابل توجهی با افزایش عمق کاهش مییابد.[3]
-5-1-2-2 اندازه گیري پتانسیل خود زا - : - SP
روشی از اندازه گیري هاي الکتریکی می باشد که مولف هاي DC پتانسیل الکتریکی طبیعی زمین را به نقشه هاي خطوط هم پتانسیل تبدیل می کند. به دلیل سختی تفسیر داده ها، این روش چندان استفاده نمی شود.
-2-1-2 روش هاي مغناطیسی:
روش هاي مغناطیسی به صورت گستردهاي در اکتشاف منابع زمین گرمایی استفاده می شوند . اغلب با روش هاي اندازه گیري گرانشی و روشهاي لرزهاي تلفیق شده و در ساخت نقشه هاي زمینشناسی به کار میروند. یک ناهنجاري مغناطیسی، اختلال محلی و منطقه اي است که ناشی از تغییر در مغناطش می باشد که با جهت و بزرگی مغناطش موثر، شکل، موقعیت، خواص جسم ناهنجاري توصیف میشود.در اکتشاف زمین گرمایی،روشهاي مغناطیسی به طور کلی در پیدا کردن محل پنهان توده هاي نفوذي و برآورد عمق آنها و/یا در ردیابی دایکهاي منحصر به فرد و گسل استفاده می شود.
-2-2 روش هاي بررسی شده در منابع زمین گرمایی عمیق
اکتشاف مخازن ژئوترمال عمیق، به دلیل موقعیتهاي عمودي آنها در مقایسه با نمونه هاي کم عمیق بسیار مشکل می باشد. در بررسی منابع زمین گرمایی عمیق، از آنالیز ترکیبی مانند الکترو-مغناطیسی و روش هاي لرزهاي استفاده می شود.در سال 1994، بررسی منبع عمیق زمین گرمایی، با استفاده از روش هاي ذکر شده ،در لبه شرقی میدان کاکوندا - WD-I - 4 واقع در ژاپن در عمق 605 تا 1500 متر انجام شده است. که در این مقاله به نتایج و بررسی آنها جهت استفاده مشابه در ایران پرداخته شده است .[7]
-1-2-2 روش بررسی الکترو-مغناطیسی
روش بررسی الکترو-مغناطیسی ترکیبی از سه روش زیر میباشد.
- 1 منبع القاي آرایه چند فرکانسی5،که در اطراف چاه تفکیک بالاتر دارد اما پوشش مکانی پایینی دارد. لاگ گیري القایی آرایه چند فرکانسی یک لاگ القایی است که چند دریافت کننده دارد. در مقایسه با القاي معمولی مزیتهاي زیر را دارد:
•با به کار بردن کویل القاي با حساسیت بالا در دریافت کننده، دقت مشاهده افزایش خواهد یافت.
•با به کار بردن منبع چند فرکانسی در ترکیب با کویل چندگانه، اطلاعات سازند به صورت دقیق تري به دست می آید.
•تصویر توزیع مقاومت در اطراف گمانه با مدل آنالیز وارونه با استفاده از داده هاي دامنه و فاز محاسبه خواهد شد.داده ها با استفاده از دما کالیبره و با برنامه هاي معکوس آنالیز می شوند.
- 2 بررسی پروفایلی الکترومغناطیس عمودي6 که کیفیت متوسطی دارد و سطح مثلثی بین سطح و گمانه را پوشش می دهد. روش بررسی پروفایلی الکترومغناطیس عمودي یک راه براي به دست آوردن داده هاي میدان مغناطیسی سه جزئی چند فرکانسه در یک گمانه اکتشافی استفاده از منابع کنترل شده بر سطح می باشد - شکل . - 1 یک دریافت کننده در گمانه - سنسور میدان مغناطیسی سه جزئی - و دریافت کننده هاي سطحی - دریافت کننده هاي - EM و منابع سطح - منابع سیم و حلقه پایه - استفاده شده است. این بررسی منطقه مثلثی را پوشش می دهد. بررسی VEMP براي عمقهاي بین 605 تا 1500 متر با فرکانس 11 هرتز انجام شده است . مدلسازي عددي بررسی VEMP از قبل ساخته شده است تا محدوده فرکانس و بزرگی موردنیاز منابع را محاسبه کند. این داده هاي میدانی هم با داده هاي VEMP به تنهایی و هم با ترکیب آن با داده هاي 7CSMT آنالیز می شود.
- 3 روش الکترومغناطیس با چشمه طبیعی که به صورت عمودي و افقی سطح وسیعی را می پوشاند اما براي بخشهاي عمیق کیفیت پایینی دارد.براي هر سه روش، داده هاي دو روش دیگر به عنوان شرایط محدودکننده استفاده می شود که به یک کیفیت بالاتر از توزیع وارونه مقاومت منجر می شود.
-2-2-2 روش هاي بررسی لرزه اي
روشهاي اکتشافی زلزلهاي مختلفی در میدانهاي زمین گرمایی استفاده شده است. هر روش معمولا بر اساس هدف یا مرحله اکتشاف انتخاب می شود. در این روش اطلاعات میکرو-زلزله به منظور مشاهده جریان سیال گرمابی رصد می شوند - شکل . - 2 به منظور دقت توزیع سرعت موج لرزهاي ، پروفایل قائم لرزه اي8 با این داده ها تلفیق می گردد. برداشت هاي انتشار صوت در طول حفاري با هدف مشابهی انجام می گیرد.
