Способ определения массового расхода водяного пара на вулканах



 

G01V99/00 - Геофизика; гравитационные измерения; обнаружение скрытых масс или объектов; кабельные наконечники (обнаружение или определение местоположения инородных тел для целей диагностики, хирургии или опознавания личности A61B; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например, снежной лавиной A63B 29/02; измерение химических или физических свойств материалов геологических образований G01N; измерение электрических или магнитных переменных величин вообще, кроме измерения направления или величины магнитного поля Земли G01R; устройства, использующие магнитный резонанс вообще G01R 33/20)

Владельцы патента RU 2511024:

Федеральное Государственное бюджетное учреждение науки Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской Академии наук (RU)

Изобретение относится к способам количественной оценки природных процессов и может быть использовано для определения массового расхода водяного пара на вулканах. Сущность: на видимом участке парового шлейфа вулкана измеряют его поперечное сечение, скорость потока и температуру. В окружающем воздухе измеряют влажность, температуру и атмосферное давление. По измеренным величинам рассчитывают недосыщенность воздуха при температуре парового шлейфа. Используя значения недосыщенности воздуха, рассчитывают массовый расход водяного пара. Технический результат: снижение трудозатрат при определении массового расхода водяного пара на вулканах.

 

Изобретение относится к способам количественной оценки природных процессов, в частности к определению массового расхода водяного пара на вулканах. Изменение расхода газа отмечалось как предвестник готовящегося извержения, и поэтому регулярные измерения расхода газа на вулкане необходимы не только для фундаментального изучения природных процессов, но и для оценки угрозы безопасности близ расположенного населения.

Известен способ непосредственного измерения массового расхода в соответствии с его определением [1]. На устье фумаролы измеряется площадь сечения потока, скорость потока, а массовый расход определяется интегрированием по площади поперечного сечения потока произведения скорости на плотность. При этом плотность потока определяется как плотность водяного пара из уравнения состояния газа по результатам измерения температуры потока и атмосферного давления [2].

На практике измерения расхода этим способом редки, потому что устье фумаролы труднодоступно, выполнение измерения требует альпинистской подготовки.

Предлагаемый способ лишен этого недостатка. Сущность метода в том, что измерения производят в сечении, расположенном не в устье фумаролы [3], а дистанционно на видимом участке парового шлейфа.

Вблизи устья поток газа состоит из перегретого пара и бесцветный. Смешиваясь с воздухом, пар охлаждается и становится видимым, образуя паровой шлейф. Тепло от фумаролы создает восходящую конвективную струю [3]. Далее по потоку продуцируемый фумаролой водяной пар смешивается с окружающим воздухом, охлаждается, становится насыщенным и видимым. При дальнейшем движении количество примешивающегося воздуха становится столь большим, что водяной пар в шлейфе перестает быть насыщенным и шлейф снова становится прозрачным, невидимым. Дальняя часть шлейфа может быть видна как горизонтальная, а может стать прозрачной и ранее, на участке подъема.

Рассмотрим средний (видимый) участок потока, где смесь газов состоит из насыщенного водяного пара и сухого воздуха. Так как окружающий воздух имеет некоторую влажность, то в смеси в шлейфе надо выделять сухой воздух, водяной пар из окружающего воздуха и водяной пар, продуцируемый фумаролой. В сечении потока шлейфа кроме сухого воздуха и насыщенного пара находятся капли жидкой воды. Именно они отвечают за видимость шлейфа. Концентрацией этой воды пренебрегаем, полагая, что, как и в облаках, она относительно мала.

Определим новый параметр недосыщенность - концентрацию водяного пара, которую надо добавить в воздух, чтобы он стал насыщенным, или концентрацию пара, продуцируемого фумаролой и содержащегося в выбранном сечении парового шлейфа.

Выведем выражение зависимости недосыщенности от температуры шлейфа. Пусть t2 - температура шлейфа. В соответствии с зависимостью давления от температуры на линии насыщения (формула Магнуса)

E = E 0 10 7.45 t 235 + t

где Е0=6.1 мбар, t - температура, °С,

определим парциальное давление водяного пара Е2 при этой температуре. Вычитая Е2 из атмосферного Р, согласно закону Дальтона получим парциальное давление сухого воздуха (Р-Е2) и определим из уравнения состояния газа плотность пара

m n = E 2 μ R T 2

и плотность сухого воздуха

m в = ( P E 2 ) μ в R T 2

Заметим, что плотности пара и воздуха в смеси газов являются и их концентрациями в смеси.

Влажный воздух поступает в шлейф, где температура t2 отличается от температуры в атмосфере t. При влажности ϕ соотношение пара к сухому воздуху выразим через их парциальные давления ϕЕ и (Р-ϕЕ))

β m в = ϕ E μ ( P E 2 ) ( P ϕ E ) μ в

где молекулярные веса пара µ и сухого воздуха µв.

В шлейф часть пара попала не из пара, продуцируемого фумаролой, а из окружающего воздуха. Эта часть попадает в шлейф с тем же соотношением β к сухому воздуху и равна

β m в = ϕ E μ ( P E 2 ) ( P ϕ E ) R T 2

Недосыщенность воздуха при температуре шлейфа будет равна разности плотности пара в шлейфе и концентрации пара, вовлеченного с окружающим воздухом, то есть (mn-βmв) или в виде

N e d = μ R T 2 ( E 2 ϕ E ( P E 2 ) ( P ϕ E ) )

через

Т2 - абсолютная температура в шлейфе,

Е2 - упругость водяного пара в шлейфе,

Е - упругость водяного пара в атмосфере,

Р - атмосферное давление,

ϕ - влажность воздуха,

µ - молекулярный вес пара,

R - универсальная газовая постоянная.

Далее, зная площадь сечения S, скорость потока V и недосыщенность Ned, определяем расход продуцируемого пара Q:

Q = N e d V S

В основе способа лежит измерение температуры в средней - видимой части шлейфа. Способ предполагает использование видеокамеры и тепловизора. По профилю распределения температуры в проекции поперечного сечения шлейфа определяется диаметр шлейфа (потока) и температура (средняя) в шлейфе. Скорость в шлейфе, например, с помощью видеокамеры измеряется по скорости перемещения пульсаций или мелких турбулентностей на внешности шлейфа. Температура и влажность воздуха определяется по данным ближайшей метеостанции.

Внутренней проверкой достоверности окончательного результата является постоянство значения продуцируемого расхода, рассчитанного на различных сечениях по высоте шлейфа.

Литература

1. Расход. Большая советская энциклопедия. М.: «Советская энциклопедия», 1975, т.21, с.498.

2. Муравьев А.В., Поляк Б.Г., Турков В.П., Козловцева С.В. Повторная оценка тепловой мощности фумарольной деятельности на вулкане Мутновский (Камчатка). // Вулканология и сейсмология, 1983, №5, с.53, 54.

3. Федотов С.А. Оценки выноса тепла и пирокластики вулканическими извержениями и фумаролами по высоте их струй и облаков. // Вулканология и сейсмология, 1982, №4, с.3-28.

Способ определения массового расхода водяного пара на вулканах, включающий в себя измерения поперечного сечения, температуры, скорости потока и определение плотности водяного пара, отличающийся тем, что измерения производят в паровом шлейфе, определение плотности продуцируемого пара получают через недосыщенность воздуха с учетом влажности, температуры воздуха и атмосферного давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геокриологии и может быть использовано в поисковой геохимии для реконструкции палеотемператур мерзлых пород. .

Изобретение относится к сейсмотектонике и может быть использовано для оценки современной активности тектонических нарушений при инженерно-геологических изысканиях.

Изобретение относится к способам датирования кайнозойских горных сооружений. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для прогнозирования места и тренда (увеличения или уменьшения) сейсмической опасности. Сущность: осуществляют мониторинг ситуации, по крайней мере, в одной зоне ожидаемого сейсмического события, принадлежащей исследуемому сейсмоактивному региону.
Изобретение относится к способам поиска залежей нефти и газа и может быть использовано для обнаружения углеводородного сырья в породах фундамента. Сущность: в антиклинальные поднятия (купола) известных залежей углеводородов бурят новые скважины, вскрывающие нижележащие породы фундамента, или углубляют существующие скважины.

Изобретение относится к способам комплексного определения металлогенической специализации базит-гипербазитовых расслоенных массивов архейских кристаллических щитов и может быть использовано для раздельного прогноза и поиска промышленных объектов платинометалльного и медно-никелевого горнорудного сырья.

Использование: изобретение относится к области сейсмологии и предназначено при изучении прогноза землетрясений. Сущность: исследования проводятся на территории измерительного полигона, например городской агломерации или важного хозяйственного объекта, определяют M - магнитуду и t - время землетрясения известными мониторинговыми наблюдениями с аппаратурой, размещаемой в пределах территории измерительного полигона.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для сейсмической разведки районов, покрытых водой. Система содержит приемники 1.i (i=1, 2, …, n) колебаний атмосферного давления (микробарографы), схему 2 сравнения, систему 3 оповещения, блок 4 памяти, первый 5 и второй 6 корреляторы, первый 3.1 и второй 3.2 преобразователи аналог-код, первый 3.3 и второй 3.4 ключи, формирователь 3.6 модулирующего кода, задающий генератор 3.6, фазовый манипулятор 3.7, усилитель 3.8 мощности, передающую антенну 3.0, перемножители 5.1 и 6.1, фильтры 5.2 и 6.2 нижних частот, экстремальные регуляторы 5.3 и 6.3, регулируемые линии задержки 5.4 и 6.4.

Изобретение относится к области глубинного структурного картирования поднятий, перспективных на нефть и газ. Сущность: проводят сейсмические измерения МОГТ на площади, перспективной в нефтегазоносном отношении.

Изобретение относится к нефтяной геологии и может быть использовано при поиске углеводородных залежей. Сущность: посредством многоразовых сорберов-сборщиков, расположенных в почвенных отверстиях глубиной порядка 0,5 м, осуществляют сорбцию углеводородных газов.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для краткосрочного прогнозирования землетрясений. Сущность: посредством группы фотометров, разнесенных в пространстве, измеряют оптическую плотность атмосферы.

Изобретение относится к области изучения геофизических свойств морского дна. Сущность: устройство содержит опускаемый на дно контейнер (1) с исследовательской аппаратурой, снабженный средствами гидроакустической связи (2), радиосвязи (3) и навигации.

Изобретение относится к области тектонофизики и может быть использовано при проведении прогнозных и поисковых работ на коренные источники алмазов. .

Изобретение относится к области поисков месторождений углеводородов. Сущность: бурят серию шурфов до глубины 1-3 м. Отбирают пробы газовой среды барботированием через минерализованную воду и анализируют углеводородные газы. Кроме того, анализируют газовоздушную смесь внутри шурфов на наличие гелия, радона, водорода, азота, диоксида углерода и кислорода. Область с наиболее благоприятными содержаниями гелия, радона, азота, диоксида углерода, кислорода и углеводородных газов относят к месторождению нефти и газа. Технический результат: реализация поисков углеводородов. 1 ил.

Изобретение относится к исследованию скважин и может быть использовано для непрерывного контроля параметров в скважине. Техническим результатом является упрощение конструкции системы наблюдения за параметрами в скважине. Предложена система наблюдения в скважине, включающая датчики, в частности, давления и температуры, кабель, соединяющий скважинную систему наблюдения и устье скважины. При этом устье скважины содержит электрический вывод устья, имеющий телеметрическую систему сбора данных и источник питания для скважинной системы наблюдения. Кроме того, электрический вывод устья содержит командный модуль для скважинной системы наблюдения и модуль хранения данных с микропроцессором. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для зондирования гидросферы. Заявлен термозонд для измерения вертикального распределения температуры воды, состоящий из корпуса, представляющего собой жесткую конструкцию, снабженного стабилизатором и размещенного в кассете, снабженной механизмом расчленения с корпусом термозонда. Внутри корпуса термозонда размещены два первичных преобразователя температуры, два измерительных генератора, линии связи, два фильтра, два преобразователя частота - напряжение и регистратор, а также датчик глубины, датчик электропроводности и измеритель течения. Корпус в нижней части снабжен якорь-грузом с гидроакустическим размыкателем и приемопередающей антенной гидроакустического канала связи. В верхней части корпуса термозонда размещена антенна радиопередатчика спутникового радиоканала связи, который размещен внутри корпуса термозонда. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано для выявления и оценки динамического влияния активного разлома земной коры. Сущность: отбирают пробы воздуха из почвенного слоя в выбранных точках исследуемой территории. Анализируют отобранные пробы, определяя объемную активность радона. По уровню среднего арифметического значения объемной активности радона оконтуривают приразломную аномалию. Рассчитывают пространственные и количественные соотношения аномалии радона с полем приразломной трещиноватости. Затем производят оценку показателя радоновой активности разлома, а также оценку ширины зоны динамического влияния разлома на участке исследования. Технический результат: повышение достоверности определения зон активных разрывных деформаций земной коры. 1 ил.
Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для предсказания возможности возникновения землетрясений в пределах коллизионных зон континентов. Сущность: на основе многолетнего мониторинга определяют среднегодовые содержания в приземной атмосфере следующих поллютантов: пыль, оксиды углерода, азота и серы. В случае увеличения в приземной атмосфере годового суммарного содержания указанных поллютантов более чем на 20% по сравнению со среднегодовым значением, полученным за период проведенного мониторинга, делают вывод о возможности возникновения землетрясения. Технический результат: предсказание возможности возникновения землетрясений в пределах коллизионных зон континентов. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области нефтегазовой геологии и может быть использовано для прогноза и поисков месторождений углеводородов в ловушках антиклинального типа. Сущность: на основе структурных карт и сейсмогеологических профилей по ранее выполненным сейсморазведочным исследованиям в пределах ранее изученных участков исследуемой нефтегазоносной провинции (НГП) определяют стратиграфический интервал вниз по геологическому разрезу, до которого четко наблюдается удовлетворительное пространственное соответствие морфологии дневной поверхности с морфологией палеорельефов литостратиграфических (сейсмостратиграфических) горизонтов. Сканируют топографические карты всех масштабов от 1:25000 до 1:1000000 и в этих же масштабах схему ранее выявленных месторождений (если они есть) по всей территории намеченных работ. Разбраковывают по топографическим картам территорию исследования на участки по степени относительной расчлененности рельефа, которая выражается шириной водораздельных пространств, которые определяют в основном морфоскульптуру дневной поверхности. При этом ширина водораздельных пространств, измеряемая многими десятками километров и даже более ста километров, указывает на перспективность участка на поиски гигантских и крупных месторождений углеводородов. Участки, в пределах которых ширина водораздельных пространств характеризуется значениями до первых десятков километров, перспективны на выявление преимущественно мелких и средних месторождений углеводородов. Разбраковывают территорию исследования на участки по относительной высоте рельефа. При этом участки с относительно большей высотой рельефа указывают на относительно большую амплитуду рельефа поверхностей по нижезалегающим литостратиграфическим комплексам, что предполагает вероятность открытия более высокоамплитудных месторождений углеводородов. По результатам разбраковок территории по указанным параметрам выделяют участки, перспективные на открытие гигантских, крупных, средних и мелких месторождений углеводородов. По результатам выполненного анализа выбирают участок, соответствующий решаемым задачам, в пределах которого будут выполняться прогноз и последующие поиски соответствующих месторождений углеводородов по топографическим картам масштаба 1:25000. Измеряют значения длинной и короткой осей выявленных ранее месторождений углеводородов и значения их сумм для каждого месторождения. Сопоставляют схемы в масштабе 1:25000 всех ранее выявленных месторождений углеводородов в пределах изучаемой нефтегазоносной провинции, области или района с топографической картой аналогичного масштаба с целью выяснения степени соответствия в плане контуров выявленных месторождений с контурами локальных положительных форм современного рельефа. По результатам этого сопоставления проводят разбраковку ранее выявленных месторождений углеводородов на три группы: на месторождения, плановое положение контура которых практически точно совпадает с контуром соответствующих им локальных положительных форм рельефа; на месторождения, плановое положение которых смещено на расстояние, не превышающее половины величины соответствующего линейного размера локальной положительной формы дневной поверхности; и на месторождения, плановое положение которых смещено на расстояние, превышающее величину соответствующего линейного размера локальной положительной формы дневной поверхности. Находят для каждого месторождения последней группы значения суммы их линейных размеров, при этом максимальное значение суммы линейных размеров месторождения определяют как «критическое». Делают вывод о том, что для месторождений, у которых значение суммы их линейных размеров соответствует или меньше критического значения, достоверность прогноза по данному способу в пределах данной территории не достаточна. Выявляют по топографической карте локальные положительные формы дневной поверхности, значение суммы линейных размеров которых превышает критическое значение. Делают вывод о том, что этим локальным положительным формам дневной поверхности в плане по регионально продуктивным отложениям соответствуют примерно такие же по линейным размерам, ориентировке и конфигурации месторождения углеводородов. Замеряют площадь спрогнозированных месторождений и определяют величины прогнозных ресурсов углеводородов в них по устанавливаемой для каждой НГП эмпирической зависимости между площадью месторождений и их запасами. Исходя из размеров, конфигурации и ориентировки короткой и длинной осей выявленных положительных форм современного рельефа, проектируют все параметры сети поисковых сейсмопрофилей. При этом для гигантских и крупных антиклинальных ловушек размер сейсмопрофилей, параллельных длинной оси ловушки, должен составлять удвоенный размер длинной оси положительной формы рельефа, а размер сейсмопрофилей, параллельных короткой оси ловушки, должен составлять трехкратный размер короткой оси положительной формы рельефа. Для средних и мелких ловушек размер сейсмопрофилей, параллельных длинной оси ловушки, должен составлять утроенный размер длинной оси положительной формы рельефа, а размер сейсмопрофилей, параллельных короткой оси ловушки, должен составлять пятикратный размер короткой оси положительной формы рельефа. При этом одну часть сейсмопрофилей проектируют перпендикулярно короткой оси спрогнозированного месторождения, а другую - перпендикулярно длиной его оси. По спроектированной сети сейсмопрофилей выполняют сейсморазведочные наблюдения по каждому из спрогнозированных месторождений углеводородов. Строят по целевым отражающим горизонтам структурные карты, на основе которых рекомендуют и закладывают поисковые скважины. Технический результат: повышение достоверности прогнозирования, уменьшение объемов поисковых работ. 8 ил.

Изобретение относится к области маркшейдерско-геодезического мониторинга и может быть использовано для обеспечения безопасности разработки месторождений нефти и газа. Согласно заявленному решению на исследуемой территории проводят геодезические измерения и определяют смещения Ngeod геодезических реперов на север U i n , восток U i e и по вертикали U i v (i=1, 2,…, Ngeod). За тот же интервал времени определяют смещения Nsat устойчиво отражающих площадок в направлении на спутник U j L O S (j=1, 2,…, Nsat) с помощью радарной спутниковой интерферометрии. После чего осуществляют разбивку разрабатываемого месторождения на K элементарных объемов. Рассчитывают смещения в точке j-й устойчиво отражающей площадки в направлении на спутник V j , k L O S , которые возникают в результате увеличения давления на единицу в k-м элементарном объеме, и смещения в точке i-го геодезического репера соответственно на север, восток и по вертикали V i , k n , V i , k e и V i , k v , которые возникают в результате увеличения давления на единицу в k-м элементарном объеме. Определяют в каждом объеме изменения давления ΔPk. После чего определяют три компоненты вектора смещений земной поверхности. Технический результат - повышение точности определения смещений земной поверхности. 4 ил.
Наверх