Abstract

The indirect electromagnetic geothermometer is applied to determine three-dimensional temperature model of the Hengill geothermal area up to the depth of 20km. Testing of the temperature model has shown that the accuracy of the temperature forecast at this depth is about 28,5%. The analysis of the temperature distribution in the Hengill area has shown that the background temperature consists of twp layers: from 0 up to 5km with temperatures below 200 °C and from 5 km to 20 km with temperatures in the range 200-400 °C. The background temperature pattern of the crust consisting is supposedly from gabbro a network of high temperature and low resistivity channels is indicated which like a «blood circulation» system cover the study area at the depths 10-15 km and root at depths larger than 20 km.

Keywords

Temperature model, electromagnetic sounding, indirect electromagnetic geothermometer, geothermal area, Hengill,

Reference

  •  1) Zaharova O.K., Spichak V.V. Geotermalnye polya vulkana Hengidl (Islandiya) // Vulkanologiya i seysmologiya. 2012. №1. S. 25-39.

  •  2) Podgornyh L.V., Hutorskoy M.D., Gramberg I.S., Leonov Yu.G. Trehmernaya geotermicheskaya model Karskogo shelfa i prognoz neftegazonosnosti // DAN. 2001. T. 380. №2. S. 228-232.

  •  3) Spichak V.V. Elektromagnitnoe zondirovanie geotermalnyh zon: novye gorizonty // Geofizika. 2008. T. 1. №1. S. 50-67.

  •  4) Spichak V.V. Primenenie iskusstvennyh neyrosetey v zadachah geoelektriki // Geoinformatika. 2010. №3. S. 57-67.

  •  5) Spichak V.V. Geofizicheskie metody razvedki geotermalnyh resursov // Razvedka i ohrana zemnyh nedr. 2010. T. 2. №1. S. 25-29.

  •  6) Spichak V.V., Goydina A.G. Neyrosetevoy prognoz temperatury v geotermalnyh zonah po skvazhinnym izmereniyam // Fizika Zemli. 2005. №10. S. 79-88.

  •  7) Spichak V.V., Zaharova O.K. Ocenka temperatury v nedrah Zemli po izmereniyam elektromagnitnogo polya na ee poverhnosti // Fizika Zemli. 2008. №6. S. 68-73.

  •  8) Spichak V.V., Zaharova O.K. Sposob ocenki temperatury v nedrah zemli. Patent RF № 2326413 (ot 10.06.2008). 2008.

  •  9) Spichak V.V., Zaharova O.K. Ocenka glubinnyh temperatur v geotermalnoy oblasti Sulc-su-Fore (Franciya) po dannym magnitotelluricheskih zondirovaniy // Geofizika. 2011. №1. S. 54-60.

  •  10) Spichak V.V., Zaharova O.K. Elektromagnitnyy geotermometr. M.: Nauchnyy mir, 2013. 172 s.

  •  11) Spichak V.V., Zaharova O.K., Goydina A.G. Kvazitreh-mernaya geoelektricheskaya model vulkanicheskogo kompleksa Hengidl (Islandiya) // Vestnik KRAUNC. Ser.: Nauki o Zemle. 2012. T. 1. №19. S. 168-180.

  •  12) Spichak V.V., Zaharova O.K., Rybin A.K. O vozmozhnosti beskontaktnogo elektromagnitnogo geotermometra // DAN. 2007. T. 417. №3. S. 393-397.

  •  13) Arnason K., Eysteinsson H., Hersir G.P. Joint 1D inversion of TEM and MT data and 3D inversion of MT data in the Hengill area, SW Iceland // Geothermics. 2010. V. 39. P. 13-34.

  •  14) Bjornsson A. Temperature of the Icelandic crust: Inferred from electrical conductivity, temperature surface gradient, and maximum depth of earthquakes // Tectonophysics. 2008. V. 447. P. 136-141.

  •  15) Bjornsson A., Eysteinsson H., Beblo M. Crustal formation and magma genesis beneath Iceland: magnetotelluric constraints // Geological Society of America Special Paper. 2005. V. 388. P. 665-686.

  •  16) Darbyshire F.A., White R.S., Priestley K.F. Structure of the crust and uppermost mantle of Iceland from a combined seismic and gravity study // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. V. 181. P. 409-428.

  •  17) Elders W.A., Fridleifsson G.O. The Science Program of the Iceland Deep Drilling Project (IDDP): a study of supercritical geothermal resources // In: Proc. World Geothermal Congress, Bali, Indonesia. 2010.

  •  18) Feigl K.L., Gasperi G., Sigmundsson F., Rigo A. Crustal deformation near Hengill volcano, Iceland 1993-1998: coupling between magmatic activity and faulting inferred from elastic modeling of satellite radar interferograms // J. Geophys. Res. 2000. V. 105 B11. № 25. P. 25655-25670.

  •  19) Flovenz O.G. Application of subsurface temperature measurements in geothermal prospecting in Iceland // J. Geodyn. 1985. V. 4. P. 331-340.

  •  20) Flovenz O.G., Saemundsson K. Heat flow and geothermal processes in Iceland // Tectonophysics. 1993. V. 225. №1. P. 123-138.

  •  21) Foulger G.R. The Hengill triple point, SW Iceland, 1, Tectonic structure and the spatial and temporal distribution of local earthquakes // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. №13. P. 493506.

  •  22) Foulger G.R. The Hengill geothermal area, Iceland: variation of temperature gradients deduced from the maximum depth of seismogenesis // J. Volc. Geoth. Res. 1995. V. 65. №1. P. 119-133.

  •  23) Foulger G.R. Toomey D.R. Structure and Evolution of the Hengill-Grensdalur Volcanic Complex, Iceland: Geology, Geophysics, and Seismic Tomography // JGR. 1989. V. 94 B12. №17. P. 17511-17522.

  •  24) Fournier R. The physical and chemical nature of supercritical fluids. Proc. Workshop on Exploring high temperature reservoirs: new challenges for geothermal energy. Volterra, Italy. 2007.

  •  25) Franzson H., Gunnlaugsson E., Arnason K. et al. The Hengill Geothermal System, Conceptual Model and Thermal Evolution. Proc. World Geothermal Congress. Bali, Indonesia. 2010.

  •  26) Hermance J.F., Grillot L.R. Constraints on temperatures beneath Iceland from magnetotelluric data // Phys. Earth Planet. Int. 1974. V. 8. №1. P. 1-12.

  •  27) Jousset P., Haberland C, Bauer K., Arnason K. Detailed structure of the Hengill geothermal volcanic complex, Iceland, inferred from 3-D tomography of high-dynamic broadband seis-mological data // Proc. World Geothermal Congress, Bali, Indonesia. 2010.

  •  28) Jousset P., Haberland C, Bauer K., Arnason K. Hengill geothermal volcanic complex (Iceland) characterized by integrated geophysical observations // Geothermics. 2011. V. 40. №1. P. 1-24.

  •  29) Kaban M.K., Flovenz O.G., Palmason G. Nature of the crust-mantle transition zone and the thermal state of the upper mantle beneath Iceland from gravity modeling // Geophys. J. Int. 2002. №149. P. 281-299.

  •  30) Menke W., Levin V. Cold crust in a hot spot // Geophys. Res. Lettr. 1994. V. 21. №18. P. 1967-1970.

  •  31) Pavlenkova N.I., Zverev S.M. Seismic modeling of the Icelandic crust // Geologischau Rundschau. 1981. №70. P. 271-281.

  •  32) Polyak B.G., Kononov V.I., KhutorskoyM.D. Heat Flow and Structure of the Lithosphere of Iceland in Light of New Data // Geotectonics. 1984. V. 18. №1. P. 79-85.

  •  33) Schmeling H., Marquart G. Crustal accretion and dynamic feedback on mantle melting of a ridge centred plume: the Iceland case // Tectonophysics. 2008. №447. P. 31-52.

  •  34) Spichak V., Zakharova O. The application of an indirect electromagnetic geothermometer to temperature extrapolation in depth // Geophys. Prosp. 2009. № 57. P. 653-664.

  •  35) Spichak V., Zakharova O. The subsurface temperature assessment by means of an indirect electromagnetic geothermometer // Geophysics. 2012. V. 77. №4. P. WB179-WB190.

  •  36) Spichak V., Zakharova O., Goidina A. 3D temperature model of the Hengill geothermal area (Iceland) revealed from electromagnetic data. Expanded Abstr. XXXVI Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, USA. 2011a.

  •  37) Spichak V.V., Zakharova O.K. and Goidina A.G. A new conceptual model of the Icelandic crust in the Hengill geothermal area based on the indirect electromagnetic geothermometry. J. Vokanology and Geotherm. Res., 2013. Vol. 257. P. 99-112

  •  38) Spichak, V., Zakharova O., Rybin A. Methodology of the indirect temperature estimation basing on magnetotelluric data: northern Tien Shan case study // J. Appl. Geoph. 20116. №73. P. 164-173.

  •  39) Tryggvason A., Rognvaldsson S.Th., Flovenz O.G. Threedimensional imaging of P- and S-wave velocity structure and earthquake locations beneath Southwest Iceland // Geophys. J. Int. 2002. № 151. P. 848-866.

  •  40) Wiens D.A. Too hot for earthquakes? Nature. 1993. №363. P. 299-300.

Построение глубинной трехмерной модели температуры геотермальной области Хенгидль (Исландия) по наземным электромагнитным данным

Спичак В.В. Захарова О.К. Гойдина А.А.

Аннотация

Применение модифицированной технологии бесконтактного ЭМ-геотермометра, основанной на комбинированном использовании всех имеющихся данных электромагнитных зондирований, позволило построить трехмерную модель температуры геотермальной области Хенгидль (Исландия) до глубины 20 км. Проведенные оценки точности прогноза температуры показали, что на этих глубинах относительные ошибки определения температуры составляют в среднем 28,5%. Анализ построенной модели показал, что в распределении фоновой температуры разреза можно выделить 2 слоя: от 0 до 5 км с температурами ниже 200 °С и от 5 км до 20 км с температурами от 200 до 400 °С. На фоне двухслойного разреза температуры коры, состоящей предположительно из габбро, выделяется система связанных между собой высокотемпературных хорошо проводящих каналов, которые, как «система кровообращения», покрывают рассматриваемую область на глубинах преимущественно 10-15 км и уходят корнями на глубину больше 20 км.

Финансирование

Исследования были поддержаны грантами ИНТАС (03-51-3327) и РФФИ (11-05-00045).

Ключевые слова

Модель температуры, электромагнитное зондирование, бесконтактный электромагнитный геотермометр, геотермальная область, Хенгидль,

Информация об авторах

Библиографическая ссылка

Спичак В.В. Захарова О.К. Гойдина А.А. Построение глубинной трехмерной модели температуры геотермальной области Хенгидль (Исландия) по наземным электромагнитным данным // Геофизика. 2014. № 2. С. 61-69.

Список литературы

  •  1) Захарова О.К., Спичак В.В. Геотермальные поля вулкана Хенгидль (Исландия) // Вулканология и сейсмология. 2012. №1. С. 25-39.

  •  2) Подгорных Л.В., Хуторской М.Д., Грамберг И.С., Леонов Ю.Г. Трехмерная геотермическая модель Карского шельфа и прогноз нефтегазоносности // ДАН. 2001. Т. 380. №2. С. 228-232.

  •  3) Спичак В.В. Электромагнитное зондирование геотермальных зон: новые горизонты // Геофизика. 2008. Т. 1. №1. С. 50-67.

  •  4) Спичак В.В. Применение искусственных нейросетей в задачах геоэлектрики // Геоинформатика. 2010. №3. С. 57-67.

  •  5) Спичак В.В. Геофизические методы разведки геотермальных ресурсов // Разведка и охрана земных недр. 2010. Т. 2. №1. С. 25-29.

  •  6) Спичак В.В., Гойдина А.Г. Нейросетевой прогноз температуры в геотермальных зонах по скважинным измерениям // Физика Земли. 2005. №10. С. 79-88.

  •  7) Спичак В.В., Захарова О.К. Оценка температуры в недрах Земли по измерениям электромагнитного поля на ее поверхности // Физика Земли. 2008. №6. С. 68-73.

  •  8) Спичак В.В., Захарова О.К. Способ оценки температуры в недрах земли. Патент РФ № 2326413 (от 10.06.2008). 2008.

  •  9) Спичак В.В., Захарова О.К. Оценка глубинных температур в геотермальной области Сульц-су-Форе (Франция) по данным магнитотеллурических зондирований // Геофизика. 2011. №1. С. 54-60.

  •  10) Спичак В.В., Захарова О.К. Электромагнитный геотермометр. М.: Научный мир, 2013. 172 с.

  •  11) Спичак В.В., Захарова О.К., Гойдина А.Г. Квазитрех-мерная геоэлектрическая модель вулканического комплекса Хенгидль (Исландия) // Вестник КРАУНЦ. Сер.: Науки о Земле. 2012. Т. 1. №19. С. 168-180.

  •  12) Спичак В.В., Захарова О.К., Рыбин А.К. О возможности бесконтактного электромагнитного геотермометра // ДАН. 2007. Т. 417. №3. С. 393-397.

  •  13) Arnason K., Eysteinsson H., Hersir G.P. Joint 1D inversion of TEM and MT data and 3D inversion of MT data in the Hengill area, SW Iceland // Geothermics. 2010. V. 39. P. 13-34.

  •  14) Bjornsson A. Temperature of the Icelandic crust: Inferred from electrical conductivity, temperature surface gradient, and maximum depth of earthquakes // Tectonophysics. 2008. V. 447. P. 136-141.

  •  15) Bjornsson A., Eysteinsson H., Beblo M. Crustal formation and magma genesis beneath Iceland: magnetotelluric constraints // Geological Society of America Special Paper. 2005. V. 388. P. 665-686.

  •  16) Darbyshire F.A., White R.S., Priestley K.F. Structure of the crust and uppermost mantle of Iceland from a combined seismic and gravity study // Earth Planet. Sci. Lett. 2000. V. 181. P. 409-428.

  •  17) Elders W.A., Fridleifsson G.O. The Science Program of the Iceland Deep Drilling Project (IDDP): a study of supercritical geothermal resources // In: Proc. World Geothermal Congress, Bali, Indonesia. 2010.

  •  18) Feigl K.L., Gasperi G., Sigmundsson F., Rigo A. Crustal deformation near Hengill volcano, Iceland 1993-1998: coupling between magmatic activity and faulting inferred from elastic modeling of satellite radar interferograms // J. Geophys. Res. 2000. V. 105 B11. № 25. P. 25655-25670.

  •  19) Flovenz O.G. Application of subsurface temperature measurements in geothermal prospecting in Iceland // J. Geodyn. 1985. V. 4. P. 331-340.

  •  20) Flovenz O.G., Saemundsson K. Heat flow and geothermal processes in Iceland // Tectonophysics. 1993. V. 225. №1. P. 123-138.

  •  21) Foulger G.R. The Hengill triple point, SW Iceland, 1, Tectonic structure and the spatial and temporal distribution of local earthquakes // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. №13. P. 493506.

  •  22) Foulger G.R. The Hengill geothermal area, Iceland: variation of temperature gradients deduced from the maximum depth of seismogenesis // J. Volc. Geoth. Res. 1995. V. 65. №1. P. 119-133.

  •  23) Foulger G.R. Toomey D.R. Structure and Evolution of the Hengill-Grensdalur Volcanic Complex, Iceland: Geology, Geophysics, and Seismic Tomography // JGR. 1989. V. 94 B12. №17. P. 17511-17522.

  •  24) Fournier R. The physical and chemical nature of supercritical fluids. Proc. Workshop on Exploring high temperature reservoirs: new challenges for geothermal energy. Volterra, Italy. 2007.

  •  25) Franzson H., Gunnlaugsson E., Arnason K. et al. The Hengill Geothermal System, Conceptual Model and Thermal Evolution. Proc. World Geothermal Congress. Bali, Indonesia. 2010.

  •  26) Hermance J.F., Grillot L.R. Constraints on temperatures beneath Iceland from magnetotelluric data // Phys. Earth Planet. Int. 1974. V. 8. №1. P. 1-12.

  •  27) Jousset P., Haberland C, Bauer K., Arnason K. Detailed structure of the Hengill geothermal volcanic complex, Iceland, inferred from 3-D tomography of high-dynamic broadband seis-mological data // Proc. World Geothermal Congress, Bali, Indonesia. 2010.

  •  28) Jousset P., Haberland C, Bauer K., Arnason K. Hengill geothermal volcanic complex (Iceland) characterized by integrated geophysical observations // Geothermics. 2011. V. 40. №1. P. 1-24.

  •  29) Kaban M.K., Flovenz O.G., Palmason G. Nature of the crust-mantle transition zone and the thermal state of the upper mantle beneath Iceland from gravity modeling // Geophys. J. Int. 2002. №149. P. 281-299.

  •  30) Menke W., Levin V. Cold crust in a hot spot // Geophys. Res. Lettr. 1994. V. 21. №18. P. 1967-1970.

  •  31) Pavlenkova N.I., Zverev S.M. Seismic modeling of the Icelandic crust // Geologischau Rundschau. 1981. №70. P. 271-281.

  •  32) Polyak B.G., Kononov V.I., KhutorskoyM.D. Heat Flow and Structure of the Lithosphere of Iceland in Light of New Data // Geotectonics. 1984. V. 18. №1. P. 79-85.

  •  33) Schmeling H., Marquart G. Crustal accretion and dynamic feedback on mantle melting of a ridge centred plume: the Iceland case // Tectonophysics. 2008. №447. P. 31-52.

  •  34) Spichak V., Zakharova O. The application of an indirect electromagnetic geothermometer to temperature extrapolation in depth // Geophys. Prosp. 2009. № 57. P. 653-664.

  •  35) Spichak V., Zakharova O. The subsurface temperature assessment by means of an indirect electromagnetic geothermometer // Geophysics. 2012. V. 77. №4. P. WB179-WB190.

  •  36) Spichak V., Zakharova O., Goidina A. 3D temperature model of the Hengill geothermal area (Iceland) revealed from electromagnetic data. Expanded Abstr. XXXVI Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, USA. 2011a.

  •  37) Spichak V.V., Zakharova O.K. and Goidina A.G. A new conceptual model of the Icelandic crust in the Hengill geothermal area based on the indirect electromagnetic geothermometry. J. Vokanology and Geotherm. Res., 2013. Vol. 257. P. 99-112

  •  38) Spichak, V., Zakharova O., Rybin A. Methodology of the indirect temperature estimation basing on magnetotelluric data: northern Tien Shan case study // J. Appl. Geoph. 20116. №73. P. 164-173.

  •  39) Tryggvason A., Rognvaldsson S.Th., Flovenz O.G. Threedimensional imaging of P- and S-wave velocity structure and earthquake locations beneath Southwest Iceland // Geophys. J. Int. 2002. № 151. P. 848-866.

  •  40) Wiens D.A. Too hot for earthquakes? Nature. 1993. №363. P. 299-300.