8.2. Тепловой поток

Перенос тепла осуществляется кондуктивной теплопроводностью, т.е. передачей тепла от молекулы к молекуле; конвекцией (перемещением нагретых частиц жидкости или газа). В зависимости от преобладания механизма теплопереноса тепловой поток (ТП) носит название кондуктивного (молекулярного) – Q_кд или конвективного – Q_кв. В глубоких зонах земной коры, где подземные воды имеют чрезвычайно малую скорость движения, застойный режим, преобладает кондуктивный поток. В проницаемых же горизонтах, развитых в осадочной толще, существенное значение имеет конвективный тепловой поток, который может быть выше кондуктивного.

Плотность теплового потока прямо пропорциональна теплопроводности - l - и градиенту температуры gradT – для кондуктивного (молекулярного) потока. Тепловой поток оценивается величиной тепловой энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади.

Q_кд = - lgradT, Вт/ м²

Плотность конвективного теплового потока пропорциональна скорости фильтрации жидкости - w, теплоемкости – с, плотности -s, температуре – т.

Q_кв = wcsТ

Кондуктивный тепловой поток формируется потоком тепла, приходящего из мантии и потоком тепла, генерированного в земной коре за счет распада в породах радиоактивных элементов. Плотность теплового потока возрастает от древних структур к более молодым. На докембрийских платформах в среднем он равен 3,9×10^-2 Вт/м²; в зонах альпийской складчатости – 7,3×10^-2 Вт/м²

На распределение плотности теплового потока кроме регионального гео­логического состояния земной коры влияет геологическое строение осадоч­ной толщи, гидрогеологические условия, наличие дополнительных источни­ков тепловой энергии.

Конвективный тепловой поток определяется с большими трудностями. Затруднительно определить скорость движения жидкости, распределение ее объема и температуры.

Конвекция бывает свободная и вынужденная.

Свободная конвекция. При наличии достаточного геотермическо­го гради­ента, сообщающихся пор (открытой пористости), заполненных нефтью, во­дой, газом, может возникнуть движение жидкости или газа в результате увеличения их объема при нагревании. Их удельный вес становится меньше и в поле силы тяжести Земли они стремятся переместиться вверх, более холодные массы – вниз. Например, аномалия Шебелинского месторождения газа в результате конвекции составляет 10°С. Расчеты показывают, что в надсолевых отложениях южной зоны Припятского прогиба возможна свободная конвекция при мощности гидрогеологического горизонта в 300 м.

Вынужденная конвекция обусловлена движением теплоносителя (нефти, воды, газа) между зонами различной температуры. Вынужденная конвекция подразделяется на следующие типы: в наклонных горизонтах, в направлении нормальном к потоку подземных вод, через слабопроницаемые экраны.

9. Радиоактивность

9.1. Строение атома

Ядерно-физические и радиометрические методы исследований основаны на изучении ядерных реакций. В связи с этим следует знать строение атома химического элемента. В настоящее время известно 105 химических элементов.

Атом - наименьшая частица элемента. Атом имеет положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Их число равно заряду ядра. Ядро имеет размер около 10^-12 см и в нем сосредоточено 99,97% всей массы атома, хотя объем, занимаемый ядром, ничтожно мал в сравнении с объемом всего атома. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов - элементарных частиц, называемых нуклонами.

Протон - положительно заряженная частица. Нейтрон - электрически нейтральная частица. При определенных условиях он преврается в протон и электрон. Число протонов в ядре определяет химический элемент. Число электронов соответствует числу протонов.

Таблица 9.1