Определение геотермии горного массива
СОДЕРЖАНИЕ: Построение температурного профиля горного массива по глубине (в гелиотермозоне, криолитозоне) и оценка мощности распространения вечномерзлых горных пород. Вычисление годового изменения температуры пород на разных глубинах в пределах гелиотермозоны.Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова”
Технический институт (филиал) в г. Нерюнгри
Контрольная работа № 1
на тему: «Определение геотермии горного массива»
Вариант 5
Выполнил: ст. гр. ТиТР - 06
Денисов Д.С.
Проверил: преподаватель
Скоморошко Ю.Н.
Нерюнгри 2008г.
Определение геотермии горного массива
Цель занятия – построить температурный профиль горного массива по глубине (в гелиотермозоне, криолитозоне) и оценить мощность СТС, а также мощность распространения вечномерзлых горных пород.
Теоретические положения:
Температурное поле верхней части земной коры определяется взаимодействием внутренних и внешних источников тепла. Внутренние источники тепла относительно стабильны, т.к. связаны с постоянно действующими факторами (радиоактивный распад, гравитационная дифференциация вещества и т.д.). Эти источники вызывают повышение температуры пород с глубиной. Внешние источники (основным из которых является переменная во времени солнечная радиация) вызывают периодические температурные колебания горного массива, затухающие на определенной глубине от поверхности Н0 , называемой глубиной гелиотермозоны или глубиной нейтрального слоя.
Температурный режим поверхности Земли в конкретном районе определяется как:
, (1.1)
где тср – среднегодовая температура почвы, °С;
тср =tср +2;
tср – среднегодовая температура воздуха, °С;
Ат – амплитуда колебаний температуры почвы, °С;
Ат »Аt – 2,5;
Ат – амплитуда колебаний воздуха, °С;
t - время, изменяется от 0 до 8760 – продолжительность года в часах,
Для полуограниченного массива амплитуда годовых колебаний температуры пород на глубине Н определяется по известной формуле:
Ат
(Н)=Ат
ехр
°С, (1.2)
где а - коэффициент температуропроводности, м2 /ч;
а=3600 
;
lp - коэффициент теплопроводности пород, Вт/(мК);
с – удельная теплоемкость пород, Дж/(кгК);
r – плотность пород, кг/м3 .
Запаздывание колебаний температуры пород по отношению к изменениям температуры воздуха для полуограниченного массива имеет вид:
dt
= 
, . (1.3)
Тогда изменение температуры пород в пределах гелиотермозоны с учетом зависимостей (1.2), (1.3) приблизительно описывается уравнением:
,
t
=
+
(1.4)
Глубину гелиотермозоны можно определить из выражения (1.2)
Но
=
. (1.5)
где Ат (Но ) – амплитуда пород на глубине Но , для расчетов можно принять ( )=0,1 °.
Изменение температуры пород при углублении на 1м называется геотермическим градиентом qг (G). Тепловой поток в недрах Земли q связан с геотермическим градиентом законом Фурье
q= - l q
Знак минус в формуле говорит о том, что вектор геотермического градиента направлен сверху вниз (в сторону увеличения температуры), а тепловой поток – снизу вверх (направление теплопередачи).
Поэтому, геотермический градиент можно определить следующим образом
q = q/l (1.6)
Средний удельный тепловой поток из недр Земли к ее поверхности составляет q = 710-2 /2 .
С увеличением глубины Н ниже нейтрального слоя температура горных пород возрастает приблизительно по линейному закону
= +q (- ), (1.7)
где То - температура пород на глубине нейтрального слоя Но и вычисляется по формуле (1.4).
Исходные данные
Теплофизические свойства пород
Таблица 1.1
| Наименование |
,Вт/(мК) |
С*103 , Дж/(кгК) |
,кг/м3 |
| Алевролит |
1,9 |
0,83 |
2540 |
| Гранит |
3,5 |
0,67 |
2600 |
| Гипс |
1,1 |
1,05 |
2320 |
| Глина |
1,4 |
0,78 |
1900 |
| Кварц |
2,7 |
0,96 |
2500 |
| Песчаник |
2,9 |
0,82 |
2300 |
| Сланец глинистый |
1,75 |
0,75 |
2000 |
Данные по варианту
| Показатели |
Вариант 5 |
| tср , 0 С |
-8 |
| At , 0 C |
19 |
| Мощность пород, м: |
|
| Глина |
20 |
| Алевролит |
|
| Глин. Сланец |
20 |
| Песчаник |
180 |
| Кварцит |
|
| Гипс |
220 |
Порядок проведения работы
1. Рассчитать по формуле (1.1) и построить график изменения текущей температуры поверхности по заданным tср и Аt в функции времени на период один год.
| время |
0 |
730 |
1460 |
2190 |
2920 |
3650 |
4380 |
5110 |
5840 |
6570 |
7300 |
8030 |
| T() |
-6 |
2,3 |
8,3 |
10,5 |
8,3 |
2,2 |
-6,0 |
-14,3 |
-20,3 |
-22,5 |
-20,3 |
-14,3 |
2. Вычислить годовое изменение температуры пород на разных глубинах (2, 5, 8,10,13,15,17 метров и т.д.) в пределах гелиотермозоны по формуле (1.4).
| Месяц |
Время, час |
Глубина, м |
||||||||
| 0 |
2 |
5 |
8 |
10 |
13 |
15 |
17 |
|||
| 3 |
март |
0 |
-6,0 |
-11,7 |
-9,2 |
-6,3 |
-5,7 |
-5,8 |
-5,9 |
-6,0 |
| 4 |
апрель |
730 |
2,3 |
-7,6 |
-9,1 |
-6,9 |
-6,1 |
-5,8 |
-5,9 |
-6,0 |
| 5 |
май |
1460 |
8,3 |
-3,2 |
-8,2 |
-7,2 |
-6,4 |
-5,9 |
-5,9 |
-5,9 |
| 6 |
июнь |
2190 |
10,5 |
0,5 |
-6,7 |
-7,2 |
-6,6 |
-6,0 |
-5,9 |
-5,9 |
| 7 |
июль |
2920 |
8,3 |
2,5 |
-5,0 |
-6,9 |
-6,6 |
-6,1 |
-6,0 |
-6,0 |
| 8 |
август |
3658 |
2,2 |
2,1 |
-3,6 |
-6,3 |
-6,5 |
-6,2 |
-6,0 |
-6,0 |
| 9 |
сентябрь |
4380 |
-6,0 |
-0,3 |
-2,8 |
-5,7 |
-6,3 |
-6,2 |
-6,1 |
-6,0 |
| 10 |
октябрь |
5110 |
-14,3 |
-4,4 |
-2,9 |
-5,1 |
-5,9 |
-6,2 |
-6,1 |
-6,0 |
| 11 |
ноябрь |
5840 |
-20,3 |
-8,8 |
-3,8 |
-4,8 |
-5,6 |
-6,1 |
-6,1 |
-6,1 |
| 12 |
декабрь |
6570 |
-22,5 |
-12,5 |
-5,3 |
-4,8 |
-5,4 |
-6,0 |
-6,1 |
-6,1 |
| 1 |
январь |
7300 |
-20,3 |
-14,5 |
-7,0 |
-5,1 |
-5,4 |
-5,9 |
-6,0 |
-6,0 |
| 2 |
февраль |
8030 |
-14,3 |
-14,2 |
-8,4 |
-5,7 |
-5,5 |
-5,8 |
-6,0 |
-6,0 |
| 3 |
март |
8760 |
-6,0 |
-11,7 |
-9,2 |
-6,3 |
-5,7 |
-5,8 |
-5,9 |
-6,0 |
| а глины |
0,003 |
| Аср |
16,5 |
| Тср |
-6 |
| H0= |
16 |
| dh |
qг |
a |
|
| глина |
10 |
0,050 |
0,0034 |
| глин. сл. |
30 |
0,040 |
0,0042 |
| песчаник |
20 |
0,024 |
0,0055 |
| гипс |
0 |
0,063 |
0,0016 |
| H0= |
16 |
