Priblíženie multikomponentovej geotermometrie a saturačného indexu SI

Authors: Veronika Blanárová 1   
1 Katedra hydrogeológie PriF UK, Bratislava, Slovenská republika   
Year: 2017
Section: Ecology and Environmental Sciences
Abstract No.: 1530
ISBN: 978-80-972360-1-4

V neskorších sedemdesiatych a skorších osemdesiatych rokoch, multikomponentové geochemické modely boli vyvinuté špeciálne pre štúdium hydrotermálnych systémov s priamou aplikáciou chemických geotermometrov [1]. Tieto štúdie ukazujú, že vzhľadom na zloženie tekutiny, numerické modely by mohli byť použité na výpočet rovnovážnej teploty. Toto multikomponentové priblíženie je výhodnejšie oproti klasickým geotermometrom, pretože sa spolieha na kompletné analýzy tekutín a pevný termodynamický základ, skôr než rozpustnosť niektorých minerálov alebo empirických korelácií. Avšak, pretože metódy multikomponentovej geotermometrie vyžadujú numerický model a prioritné predpoklady týkajúce sa rezervoárových minerálov, tieto metódy sú oveľa menej praktické než klasické geotermometre.

Metóda multikomponentovej geotermometrie vychádza z analýzy čiastkových alebo celkových rovnovážnych stavov minerálnych fáz v geotermálnych vodách. Z termodynamického hľadiska je rovnovážny stav (SI) funkciou iónovej aktivity (Q) a rovnovážnej konštanty (K) minerálu [2].

                                                                SI = log(Q / K)                                                             

Existuje množstvo príkladov, ako geochemické modelovanie berie do úvahy viac minerálnych rovnováh, ktoré môžu byť využité pre odhad teploty v rezervoári. Minerálna rovnováha je kontrolovaná pomocou teploty, tlaku, pH, trvania interakcie voda – hornina [3] a chemické zloženie geotermálnych tekutín je funkciou minerálnych fáz v roztoku [4]. Každá z nich môže byť vyjadrená podsýtením (voda rozpúšťa konkrétny minerál SI < 0), presýtením (voda vyzráža minerál SI > 0) alebo rovnovážnym stavom (voda je v rovnováhe s minerálom SI = 0). Hodnoty QK je možné vypočítať pomocou programu WATCH, na základe čoho bolo vypočítané chemické zloženie v prírodných vodách [5]. Pre minerálne látky v rovnováhe s vodnými roztokmi, teplota zodpovedajúca na priesečníku minerálnej rovnováhy a krivky SI = 0 podáva teoreticky rovnovážnu teplotu. Je potrebné zdôrazniť, že ak pomocou klasických geotermometrov dostávame chybné hodnoty a to napríklad, keď sú tekutiny ovplyvnené riedením a stratou plynu počas výstupu na povrch z hlbokých rezervoárov, multikomponentová geotermometria môže ponúknuť podstatné zlepšenie oproti klasickým geotermometrom. To platí aj v prípade, keď geotermálne tekutiny nedosiahnu úplnú chemickú rovnováhu s rezervoárovými minerálmi, čo však neznamená že multikomponentová geotermometria neprináša chybné výsledky.

Tento príspevok je výsledkom výskumu realizovaného v rámci riešenia grantu mladých UK/207/2016 " Vplyv hodnoty saturačného indexu na presnosť určenia ložiskovej teploty pomocou geotermometrov " (riešiteľ V. Blanárová).
[1] Arnorsson S., Sigurdsson S., Svavarsson H. (1982) The chemistry of geothermal waters in Iceland. I. Calculation of aqueous speciation from 0 to 370 °C. Geochim. Cosmochim. Acta 46, p. 1513.
[2] Arnorsson S., Gunnlaugsson E., Svavarsson H. (1983a) The chemistry of geothermal waters in Iceland. II. Mineral equilibria and independent variables controlling water composition. Geochim. Cosmochim. Acta 47, p. 547.
[3] Pang Z. H. and Reed M. H. (1998). Theoretical chemical thermometry on geothermal waters: problems and methods. Geochim. Cosmochim. Acta 62, p. 1083
[4] Powell T., Cumming W. (2010) Spreadsheets for geothermal water and gas geochemistry. In: Proceedings Thirty-Fifth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, February 1 - 3, SGP-TR-188.
[5] Arnorsson S. and Bjarnason J. Ö. (1993) Icelandic Water Chemistry Group presents the chemical speciation programme WATCH. Science Institute, University of Iceland, Orkustofnun, Reykjavík, p. 7.