Пересчет теплового поля Земли при планировании теплонасосной станции

Введение

Одной из самых актуальных на данный момент проблем в геофизике является решение обратных задач. Например, в гравиметрии по наблюдаемому гравитационному полю на поверхности Земли необходимо найти распределение масс в толще Земли, которое отвечает за наблюдённое поле. Обратные задачи помогают геофизикам находить подземные аномалии, устанавливать их природу, расположение в пространстве. По полученным данным после фильтрации их от лишних помех строятся геологические разрезы местности, по которым уже и ведутся буровые, дальнейшие разведывательные или какие-либо иные виды работ.

Задачей данной курсовой работы является отработка навыков выявления параметров скрытых геологических аномалий по результатам анализа косвенных физических измерений и решения обратных задач.

1 Пересчет теплового поля Земли при планировании теплонасосной станции

1.1 Природа теплового поля Земли

Тепловой поле Земли означает распределение тепла по планете, которое зависит от многих факторов, которые можно разделить на две группы: естественные и антропогенные.

Одной из естественных причин является излучение Солнца. Больше всего Земля получает именно от излучения, однако значительное её количество отражается от поверхности обратно в космос. Оставшаяся часть распределяется по поверхности в зависимости от широт: у экватора среднегодовая температура максимальна, но она уменьшается по мере продвижения к полюсам. Это происходит из-за того, что на уровне экватора солнечные лучи падают под углом, близким к 90°, но чем ближе к полюсам, тем этот угол меньше и лучи отражаются от поверхности сильнее. Также на угол падения влияет и тот факт, что ось вращения Земли наклонена на 23,5°. Одни и те же участки поверхности могут освещаться по-разному в зависимости от положения планеты на эллиптической орбите. Это также означает, что Земля не всегда находится на одном и том же расстоянии от Солнца. Перигелий нашей орбиты равняется 147 098 291 км и наступает примерно 2-5 января, а афелий — 147 098 291 км и происходит между 3 и 7 июля. Именно по этим причинам большая часть земной поверхности подвержена смене времён года [22].

Однако эта энергия не способна проникнуть глубоко под поверхность, поэтому на определённой глубине располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Пространство же между этим поясом и поверхностью, на которое оказывает влияние энергия Солнца, называется гелиотермозона. Её глубина колеблется от первых метров до 20-30 метров в зависимости от района.

Ниже гелиотермозоны приобретает большее влияние внутренняя тепловая энергия Земли. Из внутренних частей планеты наружу стремится собственный тепловой поток, плотность которого принято измерять в . Величина плотности потока зависит от структурных особенностей местности. Для докембрийских кристаллических щитов характерны малые значения до 0,04 , для платформ ближе к средним 0,05 —0,06 , для тектонически активных областей, среди которых присутствуют срединноокеанические хребты, рифты и области современного орогенеза, характерны повышенные значения в 0,07-0,16 . В среднем для любой поверхности Земли средние значения составляют около 0,05  [25].[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

Основным источником энергии Земли является радиогенное тепло, Выделение тепловой энергии происходит в результате ядерного превращения и взаимодействия заряженных частиц, ядер отдачи, гамма-квантов, осколков деления с окружающими атомами. В этих процессах участвуют в основном элементы с большим периодом полураспада, сопоставимым с возрастом планеты: 238U, 232Th, 40K и 235U, вклад остальных же вместе составляет менее 1%.

Если известны состав пород, слагающих ту или иную оболочку Земли, и содержание в них U, Th и К, то средняя генерация радиогенного тепла  в ней может быть рассчитана по формуле[pic 6]