3D conceptual and numerical model of Geyser Valley, Wairakei geothermal field New Zealand

Abstract

Geyser Valley, currently known as Wairakei Valley, is a small valley located within the geothermal field of the Wairakei Powerplant in Wairakei, New Zealand. Geyser Valley was once a beautiful landscape filled with geothermal wonders such as geysers, mud pots, sinter terraces, and hot springs prior to geothermal production of the field in 1951. Post-production the fluid flow into the valley ceased and turned into an area of steaming ground, it was then hypothesized that the fluid flow into the valley is heavily influenced by production and the pressure within the geothermal reservoir. This is supported by geochemical analysis regarding the Cl− concentrations of the features within the valley. The fluid that once flowed to the surface in Geyser Valley is hypothesized to have traveled from the geothermal reservoir through a fault, subjected to boiling causing a small steam zone to form just below the surface, and then infiltrated by a secondary shallow source of cool Cl− rich waters before flowing out at the surface. To study this phenomenon two models were created and tested, a conceptual model and a numerical model. The first 3D geologic model was created using Leapfrog Geothermal, a Seequent modeling software, then a conceptual model of processes in the subsurface was created. The second, a numerical model utilizing the mass fractions of the two water sources and relative permeabilities between the liquid and vapor in the subsurface. The results of the models show the geology of Geyser Valley, a possible permeability structure, and how the geothermal and dilutingfluids are mixing, supported by comparing the calculated Cl− concentrations and the real-life Cl− concentrations from Geyser Valley. This thesis does show that the hypothesis of boiling in the reservoir upflow into Geyser Valley can be modeled, and the degree of detail in the geologic and conceptual model are able to provide a basis for more detailed numerical modeling.

Geyser Valley, einnig þekktur sem Wairakey Valley, er lítill dalur sem er hluti af stærra jarðhitasvæði hjá Wairakeysvirkjununni í Nýja Sjálandi. Geyser Valley var fallegt svæði áður en það var virkjað árið 1951, fullt af náttúruperlum sem jarðhitinn hafði uppá að bjóða, eins og goshveri, leirhveri, heitar laugar og hverahrúður, en eftir að virkjað var stöðvaðist vökvaflæðið inní dalinn og svæðið breyttist í jarðgufusvæði. Það var þá sem þeirri kenningu var varpað fram að vökvaflæðið inní dalinn sé undir verulegum áhrifum frá framleiðslunni og þrýstingnum í jarðhitalóninu. Þetta er stutt af jarðefnafræðilegum greiningum á Cl- styrk í jarðmyndunum dalsins. Vökvinn sem áður flaut uppá yfirborðið í Geyser Valley er talinn hafa flætt eftir sprungu frá jarðhitalóninu, náð upp suðumarki sem framkallaði myndun lítils gufusvæðis rétt undir yfirborðinu, sem svo varð fyrir áhrifum af öðru, grunnu klórríku vatni, áður en það flæðir uppá yfirborðið. Til að rannsaka þetta fyrirbæri voru tvö líkön búin til og prófuð, annarsvegar huglægt og hinsvegar tölulegt líkan. Fyrsta þrívíddar jarðfræði líkanið var búið til með notkun Leapfrog Geothermal, Seequent hugbúnaðarinns. Síðan var huglægt líkan af ferlum í yfirborðs jarðlögum hannað. Hið seinna, tölulega líkanið tekur mið af báðum vatnsbólunum og gegndræpi á milli vökvans og gufunnar undir yfirborðinu. Niðurstöður líkananna sýna jarðfræðina í Geyser Valley, mögulega gegndræpisferla og hvernig jarðhitalónið og aðrir útþynntir vökvar blandast, og eru studdar með því að bera saman útreiknaðann Cl- styrk og raunmældan Cl- styrk frá Geyser Valley. Þessi ritgerð sýnir að kenningin um suðu í jarðhitalónsflæðinu upp til Geyser Valley má greina, og nákvæmnin í huglega líkaninu getur gefið grunn að nákvæmara tölulegu líkani.