Фгунпп «Росгеолфонд» Московский филиал фгунпп «Росгеолфонд» «Научный центр виэмс»

Достижения в области геотермальной электроэнергетики и создания тепловых насосов позволили широко использовать не только подземный пар, но и низкоэнтальпийные геотермальные ресурсы на всех континентах, что привело к устойчивой тенденции роста в выработке тепловой энергии во многих странах мира. По состоянию на 2010 год выработка "геотермальной" электроэнергии осуществлялась в 24 государствах, а прямое использование подземного тепла в 78 странах мира [Зуй В.И. Перспективы добычи углеводородов и использования геотермальных ресурсов в мире. //Мониторинг: наука и технол. -2011. -№ 4.].

Проблема тепло- и энергоснабжения Камчатки, Курильских островов, Сахалина, Приморья, Забайкалья, Северного Кавказа и некоторых других регионов России, находящихся в зонах повышенных тепловых потоков, идущих из недр Земли, может быть снята за счет построения теплоэлектростанций. В настоящее время в России по измеренным на поверхности тепловым полям определены зоны, перспективные для извлечения геотермальной энергии.

Недра Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый, источник энергии. Камчатка одно из немногих мест на планете, где из-под земли извергаются на поверхность огромные объемы кипящей воды и пара. Здесь сосредоточены самые высокопотенциальные природные геотермальные источники, в которых температура в зависимости от глубины достигает 240-300° С. В зависимости от интенсивности теплового и водного режима в резервуарах таких систем может преобладать сухой пар или горячая вода, которые и используются в качестве источника тепловой и электрической энергии. Для полуострова, экономика которого долгие годы была ориентирована на привозные энергоносители, геотермальные ресурсы стали выгодной альтернативой мазуту, углю, дизельному топливу [Родомакина И.А. Энергия из-под земли. //Горн. вестн. Камчатки. -2011. -№ 1.].

Республика Бурятия обладает большими ресурсами геотермальной энергии, однако не использует их в полной мере. Современные технологии и экономическая целесообразность позволяет использовать тепловой потенциал ресурсов геотермальной энергии в теплофикации. Возрастающие темпы строительства в республике требуют дополнительных источников энергии. В этих условиях тепловой потенциал Горячинского месторождения термальных вод может обеспечить нужды населения в горячем водоснабжении и теплоснабжении [Бадминов П.С., Жарков С.В., Оргильянов А.И. и др. Перспективы использования Горячинского месторождения термальных вод (Республика Бурятия) для целей теплоснабжения. //Приоритеты и особенности развития Байкальского региона. Материалы 5 Международной научно-практической конференции, посвященной 350-летию добровольного вхождения Бурятии в состав Российского государства, Улан-Удэ, 30 июня - 3 июля, 2011. БНЦ СО РАН. -Улан-Удэ. -2011.].

Тепловой поток в пределах Баргузинской впадины сопоставим с потоком в Байкальской впадине. Максимальный тепловой поток на рассматриваемой территории находится в сев. части Баргузинской впадины в районе Аллинского, Кучигерского, Умхэйского источников и на побережье оз. Байкал в районе Горячинского источника. Под воздействием теплового потока происходит нагревание подземных вод, возрастает их минерализация, происходит трансформация их состава возрастает роль сульфата и натрия, они становятся сульфатно-гидрокарбонатными натриевыми или сульфатными натриевыми. При быстром подъеме термальных вод к земной поверхности содержания в них SiO₂ остаются соответствующими температуре, существующей на глубине формирования термальных вод [Чернявский М.К. Геотермальные ресурсы Баргузинской впадины. //Геология Западного Забайкалья. Материалы Всероссийской молодежной научной конференции, Улан-Удэ, 7-9 апр., 2011. БурГУ. -Улан-Удэ. -2011.].

Во всем мире для разведки источников геотермальной энергии активно применяются современные геофизические методы (компании NEDO, Япония; Mindeco, Япония; Unocal Geothermal Co., США; ENI, Италия и др.). В России до сих пор используются старые, крайне неэффективные технологии. Одной из причин этого, по мнению В.В. Спичака, является отсутствие научно обоснованной методики поиска и разведки источников геотермальной энергии и построения пространственных моделей месторождения по геофизическим данным, измеренным на поверхности. В связи с этим автором подготовлен краткий обзор современных геофизических методов разведки геотермальных ресурсов и некоторых результатов их применения. Дана общая характеристика геофизических методов разведки геотермальных ресурсов. Рассматриваются особенности их применения в региональном, концессиональном и локальном масштабах. Приводятся примеры, демонстрирующие эффективность их применения в зависимости от геологических условий. Особое внимание уделено электромагнитным методам, которые позволяют не только определять местоположение резервуаров геотермальной энергии, но и строить трехмерные модели месторождений до разведочного бурения скважин. Построенные модели, в свою очередь, могут использоваться для оптимальной локализации разведочных скважин и быть надежной основой для оценки запасов геотермальной энергии в процессе разработки месторождения и соответственно более точного определения сроков эксплуатации ГЕОТЭС [Спичак В.В. (Центр геомагнитных исследований ИФЗ РАН, Троицк). Геофизические методы разведки геотермальных ресурсов. //Разведка и охрана недр. – 2010. -№ 2, с 25- 29].

Потенциальные ресурсы подземных промышленных вод на территории Российской Федерации, оцененные по 118 перспективным площадям, составляют более 4 млн. м³/сут. Они могли бы обеспечить промышленное производство йода, брома, лития, цезия, соединений бора и стронция, солей натрия, кальция и магния в масштабах, полностью удовлетворяющих потребности страны.

Основная ресурсная база промышленных подземных вод была создана за счет государственных средств и представлена тремя месторождениями (в Краснодарском крае, Пермской и Тюменской обл.). Количество разведанных запасов – 327,1 тыс. м³/сут. Государственным балансом длительное время учитывались 275,5 тыс. м³/сут йодсодержащих вод с запасами йода 2 390 т/год и 51,6 тыс. м³/сут бромных вод с запасами брома 14,3 тыс. т/год.

В 2001-2002 гг. за счет средств недропользователей было разведано два месторождения: Астраханское с запасами йодсодержащих вод 31,8 тыс. м³/сут и запасами йода 200 т/год и Северодвинское (участки Бобровский, Лапоминский) в Архангельской обл. с запасами йодсодержащих вод 15 тыс. м ³/сут и запасами йода 120 т/год.

На Северодвинском месторождении в 2004 г. завершена разведка с опытной эксплуатацией йодной установки.

В настоящее время эксплуатируется только месторождение в Краснодарском крае, где добыча йодсодержащих вод составила 11 тыс. м³/сут, а производство йода – 188 т/год.

К основным недостаткам использования ресурсного потенциала промышленных подземных вод следует отнести следующее:

- отсутствует долгосрочная государственная стратегия использования, изучения и воспроизводства МСБ основных типов промышленных вод;

- недропользователи не имеют приемлемых экономических условий для эффективного использования разведанных месторождений промышленных вод, а также попутных вод при добыче углеводородного сырья;

- в современных условиях для сохранения ресурсной и информационной базы промышленных вод, наработанного исключительно важного отечественного научно-технического потенциала ГРР, технологий разработки месторождений необходимо принятие комплекса правовых, экономических и других мер, обеспечивающих приоритетность использования собственной ресурсной базы промышленных вод;

- требуется разработка новой классификации и системы государственного учета запасов и ресурсов промышленных вод [Лукьянчиков В.М., Плотникова Р.И., Лукьянчикова Л.Г. (ФГУП «ВСЕГИНГЕО»). Состояние и пути развития геологоразведочных работ по обеспечению воспроизводств ресурсной базы подземных вод. //Разведка и охрана недр. -2011. - № 5, с. 65-70.].

Р.И. Плотниковой и В.М. Лукьянчиковым рассмотрено состояние изученности и освоения сырьевой базы промышленных вод (гидроминерального сырья) России как источника йода, брома, лития и др. компонентов. Показано, что разведанные и утвержденные запасы промышленных вод представлены пятью месторождениями, из которых 4 не эксплуатируются, а на одном на стадии реконструкции находится йодный завод. Приведены данные, подтверждающие, что Россия обладает собственными ресурсами промышленных вод, способными обеспечить потребности страны в йоде, броме и др. компонентах. Намечены пути более эффективного использования промышленных вод [Плотникова Р.И., Лукьянчиков В.М. Ресурсная база промышленных подземных вод и проблемы ее освоения. //Минерал. ресурсы России. Экон. и упр. -2010. -№ 5.].

Подземные воды нефтяных и газовых месторождений часто содержат в повышенных концентрациях ценные и редкие микрокомпоненты. Извлечение лития, рубидия, магния, брома, бора, йода из подземных вод ведется во многих развитых странах мира и является экономически выгодным. Гидроминеральные производства некапиталоемки и быстро окупаемы. Подземные воды Астраханского региона содержат йод, стронций, литий, бром в концентрациях, намного превышающих кондиционные значения. Учитывая нехватку указанных компонентов, экономически наиболее целесообразно создание опытного производства по добыче редких компонентов на базе гидроминерального сырья Астраханского нефтегазоносного региона [Серебряков А.О., Ушивцева Л.Ф., Шарова О.А. Геолого-экономическая эффективность добычи редких элементов из подземных вод нефтегазоносных регионов. //Геол., геогр. и глоб. энергия. -2011. -№ 1.].

Под редакцией В.Т. Трофимова и др. выпущена первая часть монографии «Инженерная геология России», в которой рассмотрены содержание термина «грунт» и грунтоведения как научного направления инженерной геологии, главнейшие факторы формирования состава, строения, состояния и свойств грунтов, основы методологии их изучения. Грунты и грунтовые толщи рассматриваются в книге как многокомпонентные, многофазовые, динамичные геологические образования. Системно охарактеризованы все морфологические царства и классы грунтов: скальные, дисперсные, мерзлые, природные и искусственно созданные - и сложенные ими толщи. Во многом по-новому описаны современные представления о формировании состава, строения, состояния и свойств грунтов всех царств и классов и охарактеризованы их основные генетические группы [Инженерная геология России. Редактор(ы) Трофимов В.Т. и др. Грунты России. //КДУ. -М. -2011.].

По мнению Р.Б. Бигеева, учет геокриологического фактора, как наиболее динамичного и контролирующего состояние земель области развития криолитозоны, а также определяющего уникальные особенности состояния земель России, должен быть поставлен во главу угла при решении вопросов экологической безопасности страны, найти достойное отражение в процессе реализации первоочередных задач государства, связанных с охраной окружающей среды, рациональным использованием земель, осуществлением государственного мониторинга земель и экологического мониторинга окружающей среды в целом [Бигеева Р.Б. О необходимости учета геокриологического фактора при оценке состояния земель в рамках решения задач экологической безопасности России. //Материалы 4 Конференции геокриологов России, Москва, 7-9 июня, 2011. Унив. кн. -М. -2011.].

Представлена первая редакция классификации мерзлых грунтов для включения в ГОСТ «Грунты. Классификация», основанная на актуализации ГОСТ 25100-95 и его гармонизация со стандартами ISO14688-2:2004 и ASTM2487-85 [Роман Л.Т. Аксенов В.И., Иоспа А.В. Классификация мерзлых грунтов. //Материалы 4 Конференции геокриологов России, Москва, 7-9 июня, 2011. Унив. кн. -М. -2011.].

Разработан проект мерзлотно-экологического атласа России в трех версиях традиционной в виде альбома, мультимедийной, ГИС-атлас. Атлас содержит три раздела: "Природа и хозяйство" (6 карт), "Мерзлота" (14 карт), "Геоэкология криолитозоны" (40 карт). Дано обоснование структуры атласа, картографическое содержание каждого раздела. Рассматриваются подходы и принципы мерзлотно-экологического картографирования регионального уровня. Часть карт опубликованы ("Вечная мерзлота: температуры, льдистость", "Криогенные процессы и формы рельефа" и др.), другие представлены в авторском варианте [Королева Н.А., Тумель Н.В. Мерзлотно-экологическое картографирование криолитозоны России. //Материалы 4 Конференции геокриологов России, Москва, 7-9 июня, 2011. Унив. кн. -М. -2011.].

Существует несколько точек зрения на причины потепления климата и его последствия для геотехнических объектов криолитозоны. Мерзлотоведы считают потепление климата совершенно естественным процессом, обусловленным особенностями влияния двух основных факторов Солнца и океана. Климатологи придерживаются диаметрально противоположной точки зрения и начиная с середины 90-х годов XX века отводят главную роль в процессе потепления техногенной составляющей, точнее парниковым газам, выделяющимся в атмосферу в результате деятельности человека. При этом они недооценивают тот факт, что огромные объемы парниковых газов выделяются именно вследствие таяния многолетнемерзлых пород (ММП), т. е. не могут служить его причиной, а скорее являются его следствием. Диаметрально расходясь в причинах потепления, большинство ученых единодушно в оценке его последствий. Они отмечают, что все процессы, включающие фазовые переходы воды, требуют огромного количества энергии, а деградация мерзлоты всегда происходит постепенно, медленно. Надежность многих геотехнических объектов, в том числе объектов нефтегазовой отрасли, связана не с изменением климата, что ошибочно преподносится в последнее время, а с деградацией мерзлых грунтов оснований и деструкцией несущих конструкций в результате их неудовлетворительного проектирования, строительства и особенно эксплуатации [Шац М.М., Мельникова П.И. Влияние изменения климата на надежность объектов нефтегазового комплекса в криолитозоне (в порядке обсуждения). //Нефт. х-во. -2011. -№ 11.].

Описано изменение климата в прошлом и современные изменения многолетней мерзлоты на территории России. Представлен геокриологический разрез Западной Сибири с севера на юг с указанием температуры горных пород. Утверждается, что многолетняя мерзлота, в силу наличия в ней льда и связанных с ним фазовых процессов, как природная система в целом инертна к перестройке и, тем самым, в естественных условиях достаточно устойчива к изменениям климата. Для существенной перестройки криолитозоны требуются направленные изменения климата в течение тысяч лет [Шполянская Н.А. Прогноз будущего развития криолитозоны России в свете глобальных изменений климата. //Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации. Материалы 6 Общероссийской конференции изыскательских организаций, Москва, 16-17 дек., 2010. Геомаркетинг. -М. -2011.].

Рассматривается современная динамика криолитозоны России в контексте возможного влияния эмиссии парниковых газов на глобальный климат. Дается оценка запасов почвенного углерода криолитозоны на основе уточненных опубликованных данных. При помощи математической модели рассчитываются последовательные изменения глубины сезонного таяния и температуры многолетнемерзлых пород с использованием данных метеонаблюдений за период 1960-2008 гг., а также для климатических сценариев на середину XXI в. по пяти моделям общей циркуляции. Результаты расчетов сравниваются с трендами, полученными по данным наблюдений. Прогнозы температуры и глубины сезонного таяния многолетнемерзлых грунтов используются в модели углеродного газообмена почвы для оценки эмиссии парниковых газов при таянии вечной мерзлоты и возможного воздействия таких изменений на глобальный климат. Обсуждается неопределенность полученных оценок и факторы, от которых она зависит [Анисимов О.А., Ренева С.А. Углеродный баланс в криолитозоне России и глобальный климат: современное состояние и прогноз, основанный на моделировании. //Полярная криосфера и воды суши. Вклад России в Междунар. поляр. год 2007/08. Paulsen. -М., СПб. -2011.].

Современные изменения глобального климата на Земле сопровождаются негативными геокриологическими и экологическими последствиями. Оценка и разработка превентивных мер по предотвращению этих последствий вызывают огромный интерес у ученых, политиков, общественности России и зарубежных стран (Канада, Германия, США, Китай, Япония и др.). В континентальных районах криолитозоны России повышение средней годовой температуры воздуха во второй половине XX в. было отчетливо выражено и к началу XXI в. достигало 1.5-2.7° C. На арктических равнинах и низменностях потепление климата проявляется слабее (до 0,5-0,8° C). Для локальных и региональных оценок современных изменений климата и криолитозоны представлены следующие мелкомасштабные карты: 1) повышений температуры воздуха в 2005 г. относительно климатической нормы, 2) трендов изменений среднегодовой температуры воздуха и многолетнемерзлых грунтов за 1965-2005 гг. Показано, что для всей территории криолитозоны России характерны более низкие современные тренды повышения среднегодовой температуры грунтов по сравнению с трендами потепления климата. Представлена карта геокриологических опасностей, связанных с потеплением климата, в которой показана степень потенциальной активизации криогенных процессов (сильная, умеренная и слабая) в летний и зимний периоды [Павлов А.В., Малкова Г.В. Динамика криолитозоны России в условиях современных изменений климата XX-XXI веков. //Изв. РАН. Сер. геогр. -2010. -№ 5.].