Подземные термальные воды (гидротермы)
В земной коре существует подвижный и чрезвычайно теплоемкий энергоноситель – вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхних геосфер. Вода насыщает все породы осадочного чехла. Она содержится в по- родах гранитной и осадочной оболочек, а вероятно, и в верхних частях ман- тии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при темпера- туре около 700 °С вода находится исключительно в газообразном состоянии.
Наглубине50-60кмпридавленияхоколо3·104 атмисчезаетграницафазово-
сти, т.е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода.
В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, завися- щей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород, содержащие термальные воды (гидротермы). В связи с этим в земной коре следует выделять еще одну зону, условно называемую «гидротермальной оболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару толь-
ко на разной глубине. В районах современного вулканизма гидротермальная оболочка иногда выходит на поверхность. Здесь можно обнаружить не толь-
ко горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и парогазовые струи с
температурой 180-200° С и выше.
Температура подземных вод колеблется в широких пределах, обуслов- ливая их состояние, влияя на состав и свойства. В соответствии с температу- рой теплоносителя все геотермальные источники подразделяют на эпитер- мальные, мезотермальные и гипотермальные.
К эпитермальнымисточникам обычно относят источники горячей во-
ды с температурой 50-90 °С, расположенные в верхних слоях осадочных по-
род, куда проникают почвенные воды.
К мезотермальнымисточникам относят источники с температурой воды 100-200 °С.
В гипотермальныхисточниках температура в верхних слоях превы-
шает 200 °С и практически не зависит от почвенных вод.
Происхождение термальных вод может быть связано с деятельностью тепловых очагов, но чаще всего вода, тем или иным способом попадая в пласт породы, совершает долгий путь, пока не приходит в контакт с тепло- вым потоком или постепенно разогревается, отбирая тепло у пород.
Жидкая фаза воды и тепло могут происходить из одного источника лишь в том случае, если таковым является остывающий магматический рас- плав. Перегретая вода в виде паровых струй выделяется из расплава вместе с газами и легколетучими компонентами, устремляясь в верхние, более холод- ные горизонты. Уже при температурах 425-375 °С пар может конденсиро- ваться в жидкую воду; в ней растворяется большинство летучих компонентов
– так появляется гидротермальный раствор «ювенильного» (первозданного) типа. Под термином «ювенильные» геологи подразумевают воды, которые никогда прежде не участвовали в водообороте; такие гидротермы в прямом смысле слова являются первичными, новообразованными. Полагают, что по- добным образом сформировалась вся поверхностная гидросфера морей и
океановвэпохумолодоймагматическойактивностипланеты,когдатолько-
только зарождались твердые консолидированные «острова» материковых
платформ.
Прямой противоположностью «ювенильных» вод являются воды ин- фильтрационногопроисхождения. Если «ювенильные» воды, отделяясь от магматического расплава, поднимаются к поверхности, то преобладающее движение инфильтрационных вод – от поверхности вглубь. Источник вод этого типа представляет собой атмосферные осадки или вообще поверхност- ные водотоки. По поровому пространству пород или трещинным зонам эти воды проникают (инфильтруются) в более глубокие горизонты. По пути движения они насыщаются различными солями, растворяют подземные газы, нагреваются, отбирая тепло у водопроводящих пород.
В зависимости от глубины проникновения инфильтрационных вод они становятся более или менее нагретыми. При средних геотермических усло- виях для того, чтобы инфильтрационные воды стали термальными (т.е. с тем- пературой более 37 °С), необходимо их погружение на глубину 800-1000 м.
Инфильтрационные гидротермы способны изливаться на поверхность в виде горячих источников, если существует возможность разгрузки воды на поверхность по разломам, выклиниваниям слоев, что происходит в более низких относительно области питания участках. Причем, чтобы вода остава- лась термальной, подъем ее к поверхности должен происходить очень быст-
ро, например, по широким трещинам разломов. При медленном подъеме гид- ротермы остывают, отдавая аккумулированное тепло вмещающим породам. Однако, если пробурить скважину на глубину 3-4 тыс. м и обеспечить быст- рый подъем воды, можно получить термальный раствор с температурой до
100 °С. Все это касается областей со средними геотермическими показателя-
ми и не относится к вулканическим районам или зонам недавнего горнообра-
зования.
Вулканическийтиптермальныхводследуетвыделитьособо.Какуже
говорилось, горячие источники вулканических районов нельзя целиком счи-
тать «ювенильными», т. е. магматическими. Опыт исследований показывает, что в подавляющем случае вода вулканических терм имеет поверхностное инфильтрационное происхождение. Помимо гейзеров вулканический тип гидротерм включает грязевые грифоны и котлы, паровые струи и газовые фумаролы.
Все перечисленные типы термальных вод имеют разнообразнейший химический и газовый состав. Их общая минерализация колеблется от ульт- рапресных категорий (менее 0,1 г/л) до категорий сверхкрепких рассолов (более 600 г/л). Гидротермы содержат в растворенном состоянии различные газы: активные (агрессивные), такие, как углекислота, сероводород, атомар- ный водород, и малоактивные – азот, метан, водород.
В геотермальной энергетике могут быть использованы практически все виды термальных вод: перегретые воды – при добыче электроэнергии, пре- сные термальные воды – в коммунальном теплообеспечении, солоноватые воды – в бальнеологических целях, рассолы – как промышленное сырье.