Structural characterization of a Geothermal Field: Al-Lith, western Saudi Arabia. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Jawad-Final Thesis E-Copy.pdf Restricted to Repository staff only until 13 June 2024. Download (4MB)

Arabic Abstract

تعد الطاقة الحرارية الجوفية بديالً واعدًا ومستدا ًما للوقود األحفوري الذي يمكن أن يساعد في التخفيف من التأثير السلبي إلنتاج الطاقة على البيئة. يعد حقل الليث الحراري األرضي في غرب المملكة العربية السعودية أحد هذه الموارد التي تتمتع بإمكانيات كبيرة لالستكشاف والتطوير. ومع ذلك، فإن فهم الخصائص الهيكلية لنظام الطاقة الحرارية األرضية أمر بالغ األهمية الستغالل الموارد بنجاح. يهدف هذا البحث إلى توصيف العناصر الجيولوجية والتراكيب السطحية وتحت السطحية، وتحليل كثافتها، وتحديد مناطق النفاذية العالية لحقل الليث الحراري األرضي. الهدف اآلخر لهذه الدراسة هو توصيف الخصائص البيوكيميائية والهيد وجيولوجية للصخور والسوائل في مجال الطاقة الحرارية األرضية. تستخدم الدراسة الحالية نه ًجا متكامًال يجمع بين االستشعار عن بعد، والبيانات الجيوفيزيائية، ورسم خرائط الجيولوجية/ التركيبية، وكيمياء الصخور والكسور، والكيمياء الهيد وجيولوجية. تم إجراء تحليل كثافة الخط السطحي باستخدام نماذج االرتفاع الرقمية وصور -8Landsat مدعومة بسلسلة من األعمال الميدانية، في حين اعتمد تحليل كثافة التراكيب تحت السطحية على البيانات المغناطيسية. تم استخدام التحاليل البيوكيميائية لدراسة المعادن والخصائص البيوكيميائية للصخور المواد المالئة للكسور. تم استخدام الكيمياء الجيولوجية لتقييم درجة حرارة الخزان وخصائص السوائل والعمليات الهيدرولوجية والبيوكيميائية التي تتحكم في نظام الطاقة الحرارية األرضية. كشفت النتائج أن حقل الليث الحراري األرضي يتأثر بشبكة معقدة من الصدوع والكسور التي تتحكم في تدفق الماء والحرارة. قسم تحليل كثافة التراكيب\الكسور السطحية منطقة الدراسة إلى عشر مناطق )مناطق J-A)، وكانت أعلى منطقة كثافة كسور تقع في الجزء الشمالي من منطقة الدراسة )المنطقة أ(. يُظهر تحليل كثافة التراكيب تحت السطحية خمس مناطق عالية الكثافة، تظهر ثالثة منها ًطا جيدًا جدًا بتلك المحددة على السطح. اقترحت نتائج الكيمياء الجيولوجية المائية أن الماء الحراري يتأثر بمجموعة من عدة ارتبا عوامل، بما في ذلك تفاعالت الماء والصخور، والخلط، والتخفيف. أشارت نتائج الكيمياء الجيولوجية للصخور والكسور إلى أن الصخور في منطقة الدراسة تتكون أسا ًسامن صخور نارية جرانيتية وفلزية وصخور متحولة ذات درجة تحول منخفضة. سمحت الدراسة الحالية بتحديد المناطق الرئيسية عالية النفاذية والمناطق الحرارية األرضية المرتبطة بها ذات اإلمكانات العالية في مجال الطاقة الحرارية األرضية في منطقة الليث. بنا ًء على تحليل جميع البيانات التي تم الحصول عليها من التحليالت المتكاملة التي أجريت في هذه الدراسة، فإن مجال الطاقة الحرارية األرضية في الليث لديه القدرة على العمل كمصدر مستدام للطاقة في المملكة العربية السعودية، ويمكن أن يساعد في تسريع التحول نحو المصادر المستدامة والمتجددة طاقة. كما أنشأت الدراسة قاعدة بيانات من شأنها أن تساعد صانعي القرار في استكشاف الموارد المستهدفة مثل الطاقة الحرارية األرضية والموارد المعدنية األخرى.

English Abstract

Geothermal energy is a promising and sustainable alternative to fossil fuels that can help mitigate the negative impact of energy production on the environment. The Al-Lith geothermal field in western Saudi Arabia is one such resource with significant potential for exploration and development. However, understanding the structural characteristics of the geothermal system is crucial for the successful exploitation of resources. This research aims to characterize the surface and subsurface geological, and structural features, analyze their densities, and delineate high permeability zones of the Al-Lith geothermal field. Another aim of this study is to characterize the geochemical and hydrogeological properties of the rocks and fluids in the geothermal field. The present study utilizes an integrated approach that combines remote sensing, geophysical data, ground truthing/fracture mapping, rock and fracture geochemistry, and hydrogeochemistry. Surface lineament density analysis was performed using digital elevation models and Landsat-8 imagery supported by a series of fieldworks, whereas subsurface lineament density analysis was based on aeromagnetic data. Rock and fracture geochemistry were used to investigate the mineralogy and geochemistry of the rocks and fracture cement. Hydrogeochemistry was employed to assess reservoir temperature, fluid properties, and hydrological and geochemical processes controlling the geothermal system. The findings revealed that the Al-Lith geothermal field is influenced by a complex network of faults and fractures, which control the flow of water and heat. xvi Surface lineament density analysis subdivided the study area into ten zones (Zones A-J), with the highest lineament density zone located in the northern part of the study area (Zone A). Subsurface lineament density analysis shows five high-density zones, three of which show a very good correlation with those identified on the surface. The hydrogeochemistry results suggested that the thermal water is affected by a combination of several factors, including water-rock interactions, mixing, and dilution. The rock and fracture geochemistry results indicated that the rocks in the study area are mainly composed of granitic and felsic igneous and low-grade metamorphic rocks. The present study allowed the determination of the main high-permeability zones and associated high-potential geothermal areas in the Al-Lith geothermal field. Based on the analysis of all the data obtained from the integrated analyses conducted in this study, Al-Lith geothermal field has the potential to serve as a sustainable source of energy in Saudi Arabia, and can help accelerate the shift towards sustainable and renewable sources of energy. The study also generated a database that will assist decision-makers in the exploration of targeted resources such as geothermal and other mineral resources.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Earth Sciences Research Research > Remote Sensing
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Abu-Mahfouz, Israa
Committee Members:	Soupios, Pantelis and Whattam, Scott
Depositing User:	JAWAD RAFIQ (g202113410)
Date Deposited:	13 Jun 2023 10:21
Last Modified:	13 Jun 2023 10:21
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142432