Wat is “Heat Flow”?

Heat flow is de beweging van warmte (energie) van het inwendige van de Aarde naar het oppervlak. De bron van de meeste warmte is afkomstig van de afkoeling van de aardkern en de radioactieve warmteontwikkeling in de bovenste 20 tot 40 km van de aardkorst. De productie van radioactieve warmte is een product van gesteenten in de aardkorst die hoge concentraties bevatten van de natuurlijk voorkomende radioactieve elementen: thorium, kalium en/of uranium. De warmtestroom is groter in gebieden met een hoge radioactiviteit of waar de aardkorst dunner is, zoals de mid-oceanische ruggen of de Basin and Range Provincie van het westen van de Verenigde Staten. Bovendien zijn er gebieden met “anomalieën” in de warmtestroom, waar de warmtestroom van de aardkorst hoger is dan gemiddeld zonder een duidelijk geïdentificeerde tektonische of radioactieve verklaring, die gewoonlijk verband houdt met vloeistofstroming, zoals in Zuid-Dakota.
De warmtestroom wordt berekend met behulp van de thermische geleidbaarheid van gesteente vermenigvuldigd met de temperatuurgradiënt. De standaardeenheden zijn mW/m2 = milli Watt per meter in het kwadraat. Denk dus aan een plat vlak van 1 meter bij 1 meter en hoeveel energie door dat vlak wordt overgedragen is de hoeveelheid warmtestroom.
De warmtegeleidingscoëfficiënt wordt bepaald met behulp van gesteenteboringen of met behulp van een apparaat dat de hoeveelheid energie meet die het gesteentemonster kan overdragen. Voorbeelden van apparaten die in een laboratorium worden gebruikt zijn een verdeelde staaf of een naaldsonde. De eenheden van warmtegeleidingsvermogen worden gewoonlijk uitgedrukt in W/mK = Watt per meter Kelvin. De warmtegeleidingswaarden van een gesteente (mineraal) veranderen naarmate de temperatuur stijgt, vandaar dat de eenheden Kelvin bevatten.

De temperatuurgradiënt van de aarde op de meetplaats wordt bepaald door de temperatuur in een put op specifieke diepten op te nemen. Vaak zijn de gradiënteenheden °C/km of °F/100 ft. Als de temperatuurmetingen worden verricht nadat de put niet langer door de boorvloeistof is beïnvloed, wordt deze geacht in evenwicht te zijn. Deze waarden zijn van de hoogste kwaliteit en omvatten een reeks gegevenspunten die helpen bij het begrijpen van de veranderingen in de geologie/structuur van de aarde. Er is een tutorial over temperatuur logging met voorbeelden die uitleggen waarom de gradiënt verandert.

Temperatuurmetingen worden ook verzameld tijdens het boren van putten, vooral olie- en gasbronnen. Deze gegevenswaarden worden bottom-hole temperaturen genoemd, omdat zij worden gemeten op de bodem van het interval waartoe de put op dat moment is geboord. Aan deze waarden moeten dus correcties worden toegevoegd ter compensatie van de opwarming (ondiepe putten) of afkoeling (diepere putten) van de boorvloeistof. Ook kan een put meerdere boorgattemperaturen (BHT) hebben. Hoewel voor elke locatie minder temperatuurinformatie wordt verzameld dan voor evenwichtslocaties, beschikt een olie- en gasveld gewoonlijk over talrijke BHT-waarden voor vergelijking; de mogelijkheid om temperaturen te vergelijken verbetert de nauwkeurigheid van de enkele waarde.
Om een warmtestroomwaarde volledig te kalibreren, nadat het warmtegeleidingsvermogen en de gradiënt zijn berekend, zijn er correcties nodig die gebaseerd kunnen zijn op de plaats waar de put is geboord. Voorbeelden hiervan zijn de steile topografie (de naar het noorden gerichte helling van een berg is kouder dan een naar het zuiden gerichte helling) en de geologische structuur (een breuk die een scherpe verandering in rotssoort veroorzaakt met zeer verschillende warmtegeleidingscoëfficiënten).

Voor wereldwijde warmtestroomgegevens, bezoek de International Heat Flow Commission.