การสำรวจและการเจาะพลังงานความร้อนใต้พิภพ

เป็นการสำรวจทั้งบนผิวดินและใต้ผิวดินเพื่อนำพลังงานความร้อนใต้พิภพ (geothermal) มาใช้ประโยชน์ ให้ข้อมูลขนาดของแหล่งกักเก็บความร้อนอุณหภูมิ ความดัน ปริมาณนํ้าร้อนและไอนํ้า และระดับความลึก ประกอบด้วยหลายขั้นตอน ได้แก่ การสำรวจธรณีวิทยา การสำรวจธรณีฟิสิกส์ และการเจาะสำรวจเพื่อตรวจสอบสมมติฐานทางธรณีวิทยา ศึกษาสมบัติทางฟิสิกส์ของชั้นหิน ศึกษาสมบัติของของไหล และแหล่งกักเก็บความร้อน วัดค่าอัตราเพิ่มอุณหภูมิใต้พิภพ และอัตราการถ่ายเทความร้อน เพื่อประเมินความเหมาะสมและความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจก่อนตัดสินใจลงทุนเพื่อผลิตเชิงพาณิชย์ต่อไป

(1)                                                                                                                   (2)(3)                                                                                                                        (4)

ภาพที่ (1) นักธรณีวิทยาวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากการสํารวจภาคสนาม  ภาพที่ (2) การเจาะสํารวจและการศึกษาตัวอย่างที่ได้จากการสํารวจ

ภาพที่ (3) การสํารวจสมบัติทางไฟฟ้า ทางแม่เหล็ก ทางคลื่นสั่นสะเทือน จากการสํารวจภาคสนาม  ภาพที่ (4) การเจาะหลุมผลิต

การสำรวจแหล่งพลังงานความร้อนดำเนินการสำรวจและรวบรวมข้อมูลดังนี้

1)  การสำรวจธรณีวิทยา(Geological exploration)

การสำรวจธรณีวิทยาเป็นการศึกษาสภาพธรณีวิทยาของพื้นที่ทั้งในภาคสนาม การศึกษาจากภาพถ่ายทางอากาศและภาพถ่ายจากดาวเทียม เพื่อพิจารณาลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยา (geological structure) ของพื้นที่ จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับชนิดของชั้นหิน การวางตัว และการเรียงลำดับชั้นหิน อายุของหิน โครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินต่างๆ บริเวณที่มีการแปรสภาพของชั้นดิน หิน อันเนื่องมาจากอิทธิพลทางความร้อน ทั้งนี้เพื่อประเมินชั้นหินที่อาจจะเป็นแหล่งกักเก็บ และปิดกั้นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ โดยทั่วไปการสำรวจธรณีวิทยาแต่ละครั้งจะครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 50-100 ตารางกิโลเมตร ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของแต่ละพื้นที่ และศักยภาพของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้น

การสำรวจธรณีวิทยา

2) การสำรวจธรณีฟิสิกส์ (Geophysical exploration)

การสำรวจธรณีฟิสิกส์เป็นการสำรวจลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาใต้ผิวดิน การเรียงลำดับชั้นหิน และสมบัติทางฟิสิกส์ของชั้นหินชนิดต่างๆ เช่น สมบัติเชิงแม่เหล็กไฟฟ้า สมบัติในการเป็นตัวกลางของคลื่น โดยใช้เครื่องมือทางธรณีฟิสิกส์ช่วยตรวจวัดสมบัติของหินที่อยู่ใต้ผิวดินลึกลงไปในพื้นที่สำรวจ เทคนิคทางด้านธรณีฟิสิกส์ที่นิยมนำมาใช้ คือ การสำรวจค่าความเข้มสนามแม่เหล็กโลก (magnetic survey) การสำรวจค่าความโน้มถ่วง (gravity survey) การสำรวจคลื่นสั่นสะเทือน (seismic survey) และการสำรวจค่าความต้านทานไฟฟ้า (resistivity survey) ผลการสำรวจค่าความเข้มของสนามแม่เหล็กโลก และค่าความโน้มถ้วงช่วยกำหนดขอบเขต และรูปร่างของแอ่งตะกอนในอดีตใต้ผิวดินลึกลงไป ว่ามีศักยภาพพอที่จะเป็นแหล่งกักเก็บความร้อนมากน้อยเพียงใด ผลการสำรวจคลื่นสั่นสะเทือนช่วยกำหนดขอบเขตพื้นที่สำรวจให้แคบลง และผลการสำรวจค่าความต้านทานไฟฟ้าจะช่วยประเมินลักษณะการเรียงตัวของชั้นหินโครงสร้างทางธรณีวิทยาใต้ผิวดินและระดับนํ้าใต้ดิน เพื่อกำหนดตำแหน่งของหลุมเจาะสำรวจที่แน่นอนในลำดับถัดไป

                            (1)                                                        (2)                                                   (3)                                                         (4)

(1) การสํารวจคลื่นไหวสะเทือนแหล่งความร้อนใต้พิภพ  (2) การสํารวจค่าความต้านทานไฟฟ้า (3) การสํารวจค่าความเข้มสนามแม่เหล็กโลก
(4) การสํารวจค่าความโน้มถ่วง แหล่งความร้อนใต้พิภพ

ค่าอัตราเพิ่มอุณหภูมิใต้พิภพและอัตราการถ่ายเทความร้อนคือ อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามระดับความลึกของชั้นเปลือกโลก และฟลักซ์ความร้อน (heat flux) ต่อหน่วยพื้นที่ที่ถ่ายเทจากแกนโลกชั้นในมายังผิวโลกในหนึ่งหน่วยเวลา เนื่องจากอุณหภูมิที่เปลือกโลก (crust) ตํ่ากว่าอุณหภูมิของแกนโลกชั้นใน (inner core) ซึ่งอาจมีอุณหภูมิสูงกว่า 6,000 องศาเซลเซียส ความร้อนจากแกนโลกชั้นในจึงถ่ายเทผ่านเนื้อโลก (mantle convection cells) มาที่ผิวโลกอยู่ตลอดเวลา ค่าเฉลี่ยของอัตราเพิ่มอุณหภูมิใต้พิภพประมาณ 25 องศาเซลเซียสต่อความลึก 1 กิโลเมตรจากระดับผิวโลก อัตราการถ่ายเทความร้อนเฉลี่ยมีค่า 65 และ 101 มิลลิวัตต์ต่อตารางเมตร (mW/m2) ในบริเวณภาคพื้นทวีป และภาคพื้นสมุทรตามลำดับ การถ่ายเทความร้อนอาศัยกระบวนการพาความร้อนของเนื้อโลกซึ่งเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูง เมื่อเนื้อโลกถูกทำให้ร้อนจะทำให้ความหนาแน่นลดลง และเคลื่อนตัวขึ้นสู่ด้านบนขณะเดียวกันเนื้อโลกส่วนที่เย็นซึ่งมีความหนาแน่นสูงและหนักกว่าจะจมลงสู่ด้านล่าง กระบวนการพาความร้อนของเนื้อโลกเกิดขึ้นอย่างช้าๆ ตลอดเวลาตราบเท่าที่แกนโลกชั้นในยังคงร้อนอยู่ การสำรวจธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ (ดู geological exploration และ geophysical exploration) ทำให้ทราบค่าอัตราเพิ่มอุณหภูมิใต้พิภพและอัตราการถ่ายเทความร้อนในพื้นที่ที่สำรวจ และ สามารถประเมินความคุ้มค่าเชิงพาณิชย์ในการเจาะหลุม เพื่อดึงพลังงานความร้อนใต้พิภพขึ้นมาใช้อัตราเพิ่มของอุณภูมิ

การเคลื่อนที่ของฟลักซ์ความร้อนขึ้นมายังพื้นผิวโลก

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy). In สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp. หน้า. 231, 234-235).