Камчатка-2

МИР ГОРНОЙ КНИГИ

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Горного информационноаналитического
бюллетеня
Главный редактор
Л.Х. ГИТИС – Издательство «ГОРНАЯ КНИГА»
Члены редколлегии
– МГИ НИТУ МИСиС
А.А. АБРАМОВ
В.Н. АМИНОВ – Петрозаводский ГУ
– МГИ НИТУ МИСиС
В.А. АТРУШКЕВИЧ
А.А. БАРЯХ – ГИ УрО РАН
– Издательство «ГОРНАЯ КНИГА»
Н.А. ГОЛУБЦОВ
– Издательство «ГОРНАЯ КНИГА»
Е.В. ДМИТРИЕВА
А.Б. ЖАБИН – Тульский ГУ
В.Н. ЗАХАРОВ – ИПКОН РАН
Д.Р. КАПЛУНОВ – ИПКОН РАН
В.А. КОВАЛЁВ – КузГТУ
М.В. КУРЛЕНЯ – ИГД Сибирского отд. РАНКузГТУ
А.Б. МАКАРОВ – РГГРУ
В.Н. ОПАРИН – ИГД СО РАН
В.Л. ПЕТРОВ – МГИ НИТУ МИСиС
И.Ю. РАССКАЗОВ – ИГД ДВО РАН
В.Л. ШКУРАТНИК – МГИ НИТУ МИСиС
С.А. ЭПШТЕЙН – МГИ НИТУ МИСиС

ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ
(НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ)
MINING INFORMATIONAL
AND ANALYTICAL
BULLETIN
(SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL)
КАМЧАТКА-2
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК 63
2015

УДК 622
ББК 33
К18
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным
для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным
врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124-94). Санисанитарным
тарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в
сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
77.99.60.953.
№
Д.014367.12.14
К18
Камчатка-2: Горный информационно-аналитический бюллетень
(научно-технический журнал)
and anal tical
Mining Informational
y
bulletin scientific and ec nica journal . Специальный выпуск
.
(
t
h
l
)
63
32 с.
М.: Издательство «Горная книга».
2015.
.
№11
4
ISSN 0236-1493 (в пер.)
Представлены новые результаты исследований в области технологии комплексного освоения геотермальных ресурсов, разработки геотермальных
месторождений, а также тепловых и минеральных ресурсов близповерхностных очагов магматогенных геотермальных систем. Приведены результаты экспериментальных исследований бактериально-химического выщелачивания сульфидных медно-никелевых руд.
Для научных и инженерно-технических работников горнодобывающей
отрасли, аспирантов и студентов горных и геологических специальностей
вузов, а также специалистов в области освоения геотермальных систем,
разработки геотермальных месторождений и геотермальной энергетики.
УДК 622
ББК 33
Коллектив
авторов, 2015
ISSN 0236-1493
Издательство «Горная книга», 2015
Издательство «Горная книга», 2015
Дизайн книги.

ИЗДАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ
ПРИ СОДЕЙСТВИИ:
Издательства Горная книга”,
“
Инвестиционного фонда
поддержки горного книгоиздания,
проект ГИАБ-1
3011
5

© Р.И. Пашкевич, Е.Ю. Попов,  
Е.Г. Савельев, Р.А. Ромушкевич,  
К.А. Павлов, 2015 
 
УДК 536.2+536.631 
 
Р.И. Пашкевич, Е.Ю. Попов, Е.Г. Савельев,  
Р.А. Ромушкевич, К.А. Павлов 
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ 
СВОЙСТВ ПОРОД АВАЧИНСКОЙ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ 
СИСТЕМЫ, КАМЧАТКА 
О
Приведены результаты измерений комплекса тепловых свойств (теплопроводность, объемная теплоемкость, коэффициент тепловой анизотропии) образцов пород Авачинской геотермальной системы при 
атмосферных термобарических условиях в двух состояниях насыщения образцов: сухом и водонасыщенном. 
Ключевые слова: горные породы, теплопроводность, объемная теплоемкость, коэффициент тепловой анизотропии, метод оптического 
сканирования, Авачинская геотермальная система. 
 
 
 
пределение значений тепловых свойств пород геотермальных систем необходимо для оценки тепловых 
ресурсов, а также для получения достоверных результатов 
термогидродинамического моделирования геотермальных месторождений [1, 2]. Ранее в [2] были представлены результаты 
измерений тепловых свойств пород геотермальных месторождений Камчатки при нормальных и пластовых термодинамических 
условиях по методам [3] и [4]. В данной работе представлены 
результаты измерений тепловых свойств образцов пород Авачинской геотермальной системы на Камчатке, как в сухом, так и 
в водонасыщенном состояниях, при атмосферных термобарических условиях. Исследованы образцы керна пород, полученные 
при бурении термометрических скважин в южной части Авачинской геотермальной системы [5]. Измерения были выполнены 
на современной аппаратурно-методической базе [6]. 
Для измерений теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости водонасыщенных и сухих образцов пород при атмосферных условиях применялся неразрушающий, бесконтактный, прецизионный метод оптического 
сканирования [4, 7]. 
 
7

Метод оптического сканирования позволяет определять 
главные значения тензора теплопроводности , температуропроводности а, коэффициент тепловой анизотропии К и объемную теплоемкость С, и степень тепловой неоднородности β 
(представляющую собой коэффициент вариации теплопроводности вдоль линии сканирования) горных пород непосредственно на полноразмерном или стандартном керне. 
Принцип метода оптического сканирования основан на нагреве плоской или цилиндрической поверхности изучаемого 
образца концентрированным источником тепловой энергии и 
регистрации температуры нагреваемой поверхности инфракрасными датчиками температуры, двигающимися вместе с источником нагрева относительно изучаемых образцов пород с 
одинаковой и постоянной скоростью [4, 7]. 
Метод измерений реализован в лабораторной установке 
оптического сканирования для измерений на полноразмерном 
керне и штуфных образцах [6]. 
Перед измерениями тепловых свойств образцы распиливались с целью подготовки плоской поверхности и высушивались 
при комнатной температуре в течение 15 дней. После измерений на образцах в сухом состоянии, перед последующими измерениями, образцы насыщались дистиллированной водой с 
добавлением соли NaCl (18 г/л) под вакуумом в соответствии с 
ГОСТ 26450.1–85 [8]. 
В ходе теплофизических измерений для каждого образца 
стандартного керна определялись: 
 теплопроводность // вдоль линии параллельной направлению выбуривания керна (линия 1); 
 теплопроводность  в направлении перпендикулярном 
направлению выбуривания керна (линия 2); 
 объемная теплоемкость С; 
 коэффициент тепловой неоднородности β// вдоль линии 1; 
 коэффициент тепловой неоднородности β вдоль линии 2; 
 коэффициент тепловой анизотропии К. 
Измерения проводились на плоских поверхностях образцов по двум взаимно-перпендикулярным направлениям. Одна 
линия совпадала с направлением оси керна, другая – перпендикулярна к оси керна. Сканирование вдоль двух взаимно 
8

перпендикулярных направлений применяли для охвата большего объема изучаемых образцов и получения более представительных результатов измерений, а также для оценки анизотропии. 
Оценка анизотропии и определение главных значений тензора теплопроводности проводились для образцов, на которых 
было возможно определить направление выбуривания керна 
или выделить визуально направление ориентированной трещиноватости/пористости. Определение пористости образцов 
проводилось весовым методом по ГОСТ 26450.1–85 [8]. 
Полная погрешность однократного измерения составляла 
±3,5 % для теплопроводности и ±6 % для объемной теплоемкости (для доверительной вероятности 0,95). 
Восемь образцов коллекции были распилены таким образом, что удалось провести измерения на двух получившихся 
частях образца. Лабораторные номера этих образцов содержат 
в номере обозначение «_1», табл. 1. Таким образом, общее количество образцов составило 57. 
Для получения информации по тепловой анизотропии 
плоскость разреза выбиралась таким образом, чтобы она была 
параллельна цилиндрической образующей керна. В случае невозможности определения ориентации образца по образующей 
или по напластованию, плоскость распиливания выбиралась так, 
чтобы получить максимально возможную площадь для проведения измерений. Для образцов без определенной пространственной ориентации тепловая анизотропия не оценивалась. 
Для образцов, где не удалось определить направление выбуривания или трещиноватости, две взаимноперпендикулярные 
линии сканирования выбирались из условия их максимальной 
длины. 
На рис. 1 приведен профиль теплопроводности для одного 
образца с коэффициентом неоднородности, полученным в ходе измерений в сухом состоянии. 
Часть измерений была проведена на образцах (12 шт.) с 
линейными размерами менее 40 мм в длину и ширину, не соответствующим требованиям оборудования к размерам образцов, 
т.е. образцы были на 4—7 мм меньше требуемых размеров 
(табл. 1). Измерения на этих образцах были проведены для получения более полной информации по тепловым свойствам  
 
9

2.5
2
β = 0,29
1.5
1
Теплопроводность, Вт/(м.К)
0.5
0
0
10
20
30
40
50
Расстояние, мм
 
Рис. 1. Профиль теплопроводности для образца № 81 в сухом состоянии. Пунктирная линия – линия сканирования 
 
образцов коллекции. Погрешности измерений теплопроводности и объемной теплоемкости, связанные с небольшими размерами образца, оцениваются в 6–7 % в сторону занижения результатов. 
Общее количество образцов, для которых было определено направление выбуривания керна составило 31 шт. Для них 
было установлено, что разница между значениями теплопроводности, измеренными в сухом состоянии по двум взаимноперпендикулярным направлениям, обусловлена существенной 
неоднородностью образцов коллекции. Наличие незначительной тепловой анизотропии обнаружено на шести образцах – 
лабораторные номера 27, 31, 32, 33, 48. Сопоставление результатов измерений для сухих и водонасыщенных образцов 
показало, что водонасыщение образцов привело к уменьшению 
коэффициента анизотропии, что позволяет сделать вывод о 
том, что анизотропия пород обусловлена, главным образом, 
ориентированной микротрещинноватостью. 
В табл. 1 приведены результаты измерений. Для изотропных образцов проводилось усреднение значений коэффициента теплопроводности по результатам измерений вдоль двух линий сканирования (1 и 2). 
 
10