ИСТИНА

Изучение взаимосвязей между условиями протекания гидротермальных процессов (граничные условия, температура, давление, первичный химический состав и строение порового пространства породы, и т.д.) и изменением состава, строения, физических и физико-механических свойств пород за счет взаимодействия порода-флюид в гидротермальных системах. Разработка методов проведения таких исследований и картирования изменений в трехмерном пространстве (3D). Моделирование изменения физико-механических и транспортных свойств пород по данным рентгеновской микротомграфии, в том числе динамическое моделирование течения с реакцией в масштабе пор (pore-scale modelling). В рамках поставленной фундаментальной научной проблемы предполагается решение следующих конкретных задач: 1) разработка методов получения и сегментации трехмерных томографических изображений пород, картирования различных минеральных составляющих в 3D; 2) апробация комплексной схемы исследований с использованием большого набора лабораторных методов, натурных и модельных экспериментов; отработка методов сравнения результатов, полученных с использованием различных подходов; 3) разработка методов численного определения одно- и двухфазных транспортных свойств исходных и измененных пород по данным рентгеновской микротомографии; 4) разработка метода численного определения физико-механических свойств исходных и измененных пород по данным рентгеновской микротомографии и апскейлинга в масштабах сейсмотомографии; 5) разработка модели течения с реакцией в масштабе пор.

За отчетный период были проведены эксперименты – автоклавное моделирование при различных условиях (состав раствора, температура и давление) (12 серий); отработана схема исследования с помощью рентгеновского микротомографа (отсканировано 15 образцов), РЭМ и пробные сканирования на µXRF-спектрофотометре (6 образцов); с помощью моделирования в масштабе пор были получены фильтрационные свойств отсканированных образцов. Установлено: 1. Длительные (год) лабораторные эксперименты при 100 ºС не приводят к существенным изменениям свойств андезитов и базальтов Кошелевского вулкана. 2. Под воздействием высоких температур (200, 300 и 450 ºС), давления (16, 86 и 1000 бар) и растворов («щелочной», «кислый-1, -2 и -3», НК-1 и -2, ВКВ-4) происходит преобразование грунтов, которое для каждого из изученных типов пород имеет свои особенности. 3. Определяющим фактором, влияющим на динамику преобразования состава, строения и свойств исследованных андезитов и базальтов Кошелевского вулкана являются особенности первичной породы. Наименьшие изменения свойств произошли в плотных андезитах с низкими значениями пористости (менее 10 %). 4. Индикатором скорости преобразования состава исходных пород под воздействием гидротермальных процессов является изменение плотности твердого компонента грунтов, характеризующей среднюю плотность слагающих породу минеральных частиц. Это подтверждается проведенными натурными исследованиями, в которых данный показатель увеличивается за счет образования сульфидов железа - пирита и марказита - при их кристаллизации из кислых сульфатных растворов. 5. Воздействие гидротермальных растворов при температурах до 100 °С на исследованные породы в течение 30 суток вызывает снижение прочности андезитов на 26 %. Прочность базальтов увеличилась на 38 % из-за образования дополнительных контактов за счет активного минералообразования в открытом поровом пространстве пород и кристаллизации пирита и марказита. 6. Метод численного расчета фильтрационных свойств пород по данным рентгеновской микротомографии показал свою эффективность в экспериментальной работе, когда лабораторные измерения невозможно выполнить или они приводят к нарушению структуры исследуемой среды. Не вызывает сомнения большой потенциал использования такого подхода для решения различных задач инженерной и экологической геологии. Состав, строение и свойства пород изменились под воздействием высоких температур, давления и растворов за очень короткий по геологическим меркам срок экспериментов. Важно, что аналогичные изменения идут и в современных гидротермальных системах. Происходящие изменения свойств пород необходимо учитывать при строительстве и эксплуатации геотермальных электростанций, реинжекторных скважин и трубопроводов, а также исследовании грунтов оснований различных сооружений в областях активного развития гидротермальных процессов. Непосредственно по результатам проекта были подготовлены и опубликованы статьи в рецензируемых журналах.