ПРОЕКТ НАУЧНОГО БУРЕНИЯ ЗОНЫ КОНТАКТА МАГМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВУЛКАНА МУТНОВСКИЙ И МУТНОВСКОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИ

1. ПРОЕКТ НАУЧНОГО БУРЕНИЯ ЗОНЫ КОНТАКТА МАГМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВУЛКАНА МУТНОВСКИЙ И МУТНОВСКОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ А.В. Кирюхин1, Дж.Ч. Айкельбергер2 1-Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, (http://www.kscnet.ru/ivs) 2-Геофизический институт Университета Аляски, Фэрбэнкс (http://www.gi.alaska.edu)

2. Основные позиции • История научного бурения (Иньо Лонг Вэллей США, Килауа США, Унзен Япония, Какконда Япония, Крафла Исландия) • Предпосылки для научного бурения на зону контакта магматической системы вулкана Мутновский и Мутновского геотермального месторождения • Необходимые дополнительные исследования, предшествующие научному бурению на Мутновском • Возможный план и вероятные цели научного бурения на зону контакта магматической системы вулкана Мутновский и Мутновского геотермального месторождения

3. Научное бурение лавового озера вулкана Килауа (Гавайи), 1980 Temperature (oC) 100 1100 Hydrothermal convection Thickness of crust linear with time Conductivezone “Magma” convection Sandia National Laboratories

4. Научное бурение обсидиановых куполов Inyo Domes, кальдера Лонг Вэллей, США (1983-85). Возраст куполов - 600 лет. Пробурено три скважины (до 700 м). Питающий канал – дайка, все остыло.

5. Научное бурение вулкана Унзен, Япония Вскрыты дайки и пирокластические жилы в прижерловой зоне вулкана, вскрыта питающая дайка последнего извержения вулкана (1995 г) Nakada et al, 2005

6. Распределение температуры в скважине после окончания бурения Температура в питающей дайке извержения 1995 г оценивается в 160-180°C, (метод ГорнераT=[ST]-1/2 Nakada et al, 2005 90-95 conduit

7. Научное бурение скв. WD-1a на геотермальном месторождении Какконда, Япония (2000)

8. В диапазоне глубин до 3100 м температурный профиль соответствует линии насыщения, ниже температура контролируется кондуктивным тепловым потоком с очень высоким градиентом. Вероятно, скважина WD-1a вошла в зону субсолидуса гранитной магмы. Температурный профиль показывает резкое снижение проницаемости ниже глубины 3100 м, вероятно связанное со смыканием трещин и межзернового пространства минералов. Это может бытьхрупко-пластичным граничным эффектом. Гидротермальные резервуары при температуре выше 380С должны иметь очевидно особый вид проницаемости. Связь давления и температуры ниже 3100 м не выяснена.

9. Результаты научного бурения 1980-2006: • Лавовое озеро вулкана Килауа – высокая температура 1150 оС, • Но нет водного теплоносителя • (2) Иньо Домз – вулкан остыл • (3) Вулкан Унзен – дайки внедряются дискретно и быстро остывают • (4) Интрузия Какконда – высокая температура 550 оС, но нет проницаемости • т.к. трещины «слиплись» (5) Мутновский – есть гидравлическая связь между гидротермальным резервуаром и магматической системой вулкана

10. Предпосылки для научного бурения на зону контакта магматической системы вулкана Мутновский и Мутновского геотермального месторождения заключаются в том, что существует прямая гидравлическая связь между вулканом и эксплуатирующимся геотермальным месторождением: Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт извлекает теплоноситель из наклонного разлома ССВ простирания, плоскость которого пересекает жерло вулкана Мутновский, расположенного в 8 км, а по изотопному составу извлекаемый скважинами геотермальный флюид соответствует тающему леднику в кратере вулкана. ВиС №4-5, 1998, с. 54-62 ВиС №5, 2005, с.19-44

11. Наблюденияза изменением давления в гидротермальном резервуаре в скв. 30 с использованием системы «капиллярная трубка» в 1996-2006 гг, показывают высокую чувствительность гидротермального резервуара к сейсмическим событиям. Зарегистрировано пять случаев аномального изменения давления, синхронизированных с землетрясениями (M=4.1-5.9): за несколько часов до землетрясений наблюдалось понижение давления на 0.1- 4.5 bars, после землетрясений - высокоамплитудные осцилляции давления. ВиС №1, 2002, с. 51-60 ВиС №6, 2006, с.3-11

12. T ~ 600 оС, вынос тепла 1700 MW, выносSO2 >1000 т/сут Устойчивый огромный тепломассопоток из вулкана Мутновский (1700 MВт (Б.Г. Поляк, 1988) при температурах достигающих 600oC) и эмиссия газа (>1000 т/сут SO2) может происходить только при наличии конвекции в магматической питающей системе вулкана на небольших глубинах. Такая высокая гидротермальная активность, находящегося в состоянии «покоя» вулкана, в сочетании с геометрией системы и небольшим расстоянием от зоны магматического пара до зоны разбавленных геотермальных флюидов на глубинах менее 2 км, делают Мутновский исключительно привлекательной целью для научного бурения.

13. 566 кг/с пара с энтальпией 3000 кДж/кг В случае, если пар имеет на глубине давление 230-260 бар и темперературу 500 оС, он может быть преобразован в 480 МВт электроэнергии (1.17 кг/с на МВт эл, O. Fridleifsson, 2005). При эксплуатации с расходом в 5.3 раза больше естественного потока можно получить 2544 МВт эл (S. Sanyal, 2005).

14. Идея Мутновского проекта научного бурения (MSDP, Mutnovsky Scientific Drilling Project) поддержана ICDP (International Continental Scientific Drilling Program) и в сентябре 2006 г в Петропавловске-Камчатском проведен международный семинар, на котором удалось сформулировать основные научные задачи проекта и наметить пути его реализации.

15. Предшествующие научному бурению исследования должны включать: • 3-D магнитотеллурическое (МТ) зондирование Мутновского вулкана и • прилегающих участков геотермального месторождения для выявления • высокопроводящих зон; • Выявление аномалий собственного потенциала (SP), связанных • с тепломассопотоками; • Развертывание локальной сейсмической сети и мониторинг • деформаций с целью уточнения геометрии активных гидротермальных • и магматических резервуаров; • (4) Продолжение мониторинга давления в гидротермальном резервуаре • в связи с индикацией косейсмических явлений и условий • гидравлической связи вулкана и геотермального месторождения. • (5) Уточнение тепломассопотоков в кратере и на прилегающих термальных полях

16. На первом этапе предполагается добуривание существующих скважин, приближаясь к более нагретой части гидротермальной системы, обогащенной в большей степени магматическими флюидами (скважина MSDP1).

17. зона смешения магматического пара и метеорных вод Если этот этап исследований завершится успешно и условия для научного бурения будут возможны, будет сделана попытка вскрыть питающий канал Мутновского Активного Кратера, предположительно содержащий конвектирующую базальтовую магму (скважина MSDP2).

18. Учитывая необходимость развития энергетики и поиска новых энергетических ресурсов на Камчатке, в том числе бурение дополнительных скважин, реализация проекта MSDP планируется в тесном взаимодействии с ОАО «Геотерм», планирующим бурение трех дополнительных эксплуатационных 2000 м скважин в 2007-2009 гг. для обеспечения устойчивой эксплуатации Мутновских ГеоЭС

19. Ожидаемые результаты: Выяснение связи между активным вулканизмом и гидротермальными системами Понимание механизма транспорта металлов в магмо-гидротермальных системах Оценка теплового и массового баланса активного вулкана (включая кратер и жерло) Понимание механизма вулканических извержений Использование 10-километрового дилатометра для прогноза землетрясений Поставки пара для водородного энерготехнологического комплекса Ю.П. Трухина Международные школы для студентов

20. Научный консорциум «Мутновский проект научного бурения» (MSDP): ИВиС ДВО РАН, ОАО Геотерм, ГУП Камчатскбургеотермия, МГУ ……. Россия Университеты Аляски, Орегона, Невады и Джорджии, США Центр Геологических и Изотопных Исследований, Новая Зеландия Открытый Университет, Великобритания Университеты Токио и Тохоку, Агенство по науке и технологиям, Япония