ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы изучения физических и механических свойств горных пород – их природы, связей с геологическими и структурно-минералогическими факторами и закономерностей изменения под воздействием различных геологических процессов. Исследование особенностей физико-механических свойств вулканогенных пород, вмещающих гидротермальные системы и сопряженные с ними месторождения горячей воды и пара, составило важное направление в рамках вышеуказанной фундаментальной научной проблемы. В качестве объекта исследований выбраны гидротермальные системы Курило-Камчатской островной дуги (Паужетская, Мутновская, вулкана Баранского, вулкана Эбеко и др.), находящиеся на разных стадиях развития, характеризующиеся различными термодинамическими и физико-химическими условиями. Задачи: 1) исследовать природу свойств (плотностных, акустических, деформационных, прочностных, тепловых, магнитных) гидротермально измененных вулканогенных пород и выявить основные геологические и петрографические факторы, влияющие на свойства; 2)Установить динамику и воссоздать картину последовательного преобразования вулканогенных пород - их состава, структуры порового пространства, проницаемости и физико-механических свойств, под воздействием термальных растворов различной температуры, кислотности-щелочности и химического состава; 3) Выявить основные этапы и механизмы петрофизических преобразований вулканитов в ходе гидротермального процесса – от неизмененных разностей до полностью переработанных пород; 4) Исследовать акустоэмиссионные эффекты и оценить палеотемпературы и уровни напряжений, существовавших в гидротермальной системе; 5)Провести экспериментальное моделирование по исследованию изменений плотностных и акустических свойств вулканитов и морфологии порового пространства в условиях повышенных температуры и давления. Предусмотренный проектом комплексный анализ геологических, структурно-минералогических и физико-механических характеристик пород позволит детально изучить структуру геотермального месторождения, в частности выделить и охарактеризовать структурные элементы (коллектора, экранирующие горизонты, зоны перетока термальных вод); сопоставить гидротермально-метасоматическую и петрофизическую зональность; сделать выводы об условиях формирования, путях и основных стадиях эволюции гидротермальной системы. Полученные данные могут быть использованы для прогнозной оценки изменения состояния геотермального резервуара в процессе его эксплуатации.

Исследования велись по трем направлениям. Выявление основных закономерностей петрофизических преобразований вулканогенных пород под воздействием гидротермальных процессов являлось первым направлением исследований. По результатам изучения петрофизических преобразований на разных гидротермальных системах Курило-Камчатской островной дуги выявлены основные факторы, контролирующие изменение свойств при гидротермальном процессе. К ним относятся особенности первичной породы, РТ-условия в системе, химический состав, рН, фазовое состояние флюида, продолжительность взаимодействия флюид-порода. Проанализирован вклад каждого фактора в изменение свойств вулканогенных пород. В частности, температура и давление в системе кардинально влияют на изменение свойств пород. Высокотемпературные глубинные флюиды, независимо от состава раствора, вызывают четкую тенденцию петрофизических изменений – уплотнение, упрочнение, снижение пористости и проницаемости, удаление гигроскопической влаги. Вторичные минералы заполняют поры и трещины, замещают базис и фенокристаллы породы. В результате между зернами формируются прочные контакты кристаллизационного типа, исчезает межзерновая/межкристаллизационная микропористость, характерная для неизменных вулканитов – все это усиливает цементацию породы. Петрофизические изменения, вызванные воздействием низкотемпературных субповерхностных растворов более сложны и многообразны. В зависимости от того, какой процесс преобладает – выщелачивание породы, отложение вторичных минералов в порах и трещинах или замещение первичных минералов вторичными, может происходить как повышение, так и снижение петрофизических свойств. На основе обобщения всех данных, полученных в ходе выполнения проекта, выявлено влияние характера гидротермальной переработки на изменение свойств вмещающих пород, а также установлено, что влияние на свойства пород степени их переработки имеет свои особенности для каждой гидротермальной зоны. Вторым направлением исследований являлось изучение акустоэмиссионных эффектов и оценка напряжений в толще пород гидротермальных систем. Получены данные по акустоэмиссионным эффектам в вулканогенных породах Паужетского и Океанского геотермальных месторождений и выявлены уровни напряжений. Часть из них, вероятно, связана с зонами гидротермальной переработки, другие - с тектоническими силами и сейсмическими воздействиями. Среди выявленных уровней напряжений однозначно обнаружены величины, соответствующие гравитационным. Также установлены величины напряжений, связанные с внедрением дайкового комплекса и независящие от глубины. Методом численного моделирования исследовано распределение напряжений в слоистой толще пород Паужетского геотермального месторождения с учетом различных факторов (гравитация, тектонические силы, водонасыщение). Рассмотрено влияние каждого из факторов и их совместное действие. Одним из главных факторов, характеризующих поле напряжений пород гидротермальных систем, являются их петрофизические свойства. Установлено, что при совместном действии гравитационных и тектонических сил в водонасыщенном массиве в приповерхностной зоне возникает инверсия напряжений, а внутри массива пород вероятно возникновение зон равнокомпонентных напряжений, которые коррелируют с зонами максимальной переработки пород. Третьим направлением исследований являлось экспериментальное моделирование преобразований вулканогенных пород (базальтов, гиалокластитов, туфов, обсидиана) под воздействием гидротермальных растворов в лабораторных условиях. Эксперименты проводились в автоклавах при различных температурах, кислотности-щелочности и составе флюидов. В результате экспериментов появляются минеральные новообразования, происходит некоторое изменение порового пространства, меняются свойства пород. Для каждого из изученных типов пород характер петрофизических преобразований имеет свои особенности.