Определение геотермии горного массива

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/(м×К);

с – удельная теплоемкость пород, Дж/(кг×К);

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 = 7×10-2
/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

Данные по варианту

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.

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).