Классификация термальных вод

Обычно под термальными водами понимают воды с температурой более 20 °С. Существует несколько классификаций подземных вод по температуре. Наиболее полной из них является классификация Н. И. Толстихина (1970 г.):

1)отрицательнотемпературные воды - криопэги (0- -36 °С);

)положительнотемпературные воды - пэги (до 20 °С) и термы - теплые и горячие (0 -+ 100 °С);

- сверхгорячие (перегретые) воды - супертермы (+ 100-+700)

горячие пары (газ и пар) - вапортермы (>700°С).

По использованию выделяют следующие группы термальных вод:

1) с температурой <70°С - для горячего водоснабжения (парники, теплицы, фермы);

2) с температурой от 70 до 100 °С - для отопления, горячего водоснабжения, выработки электроэнергии;

3) с температурой >100°С - для выработки электроэнергии и теплоснабжения.

Особенно сложен состав гидротерм областей новейшего и современного вулканизма. Примером могут служить термы Курильской вулканической области. В воде вулкана Менделеева (о-в Кунашир) содержатся, мг/л; А13+ 151,5, Fе3+ 89,3, Н+ 6,2, Н2SiO3 217,3;

M 2,2 T 83°C pH2,3

В вулканических районах выделение паров и газов достигает иногда грандиозных размеров. Так, в долине «Десять тысяч дымов» на Аляске дебит газопаровых выделений достигает 23 млн. л/с при 600 °С. Подсчитано, что из них в течение года выделяется в воздух 1,25 млн. т НСl и 0,2 млн. т НF. Из Юрьевского источника на вулкане Эбеко (о-в Парамушир), в воде которого содержатся 205 мг/л Ре и 435 мг/л Аl, в Охотском море, куда впадает ручей из источника, за 1 сут выпадает 35 т железа и более 65 т алюминия.

Существует несколько классификаций термальных вод по их газовому и химическому составу. Наиболее распространена классификация В. В. Иванова (1976 г.), учитывающая условия формирования гидротерм, классификация В. И. Кононова (1983 г.), дополняющая классификацию В. В. Иванова с учетом последних данных, в том числе обработки огромного фактического материала по гидротермальным системам мира. Геохимические типы термальных вод по данным В. И. Кононова.

Сероводородно-углекислые гидротермы (парогидротермы). Температура парогазовых струй в кратерах активных вулканов достигает 700 °С, минерализация - 35 г/кг, состав SО4, Cl-SО4, реже Сl; рН низкий. В катионном составе преобладают Fе, Аl, Н, NH4. В этом типе гидротерм отмечаются и уникальные воды с рН 0,2-0,5 и M>500 г/кг, Сl-Nа состава (Данакильская впадинка).

Углекисло-водородныепарогидротермы. В них присутствуют: СО2, Н2S, S2 и другие. Это маломинерализованные (<1 г/л), слабощелочные воды с повышенным содержанием SiO2 и преобладанием SО4, НСО3 и Na.

Углекислые парогидротермы имеют температуру от 180 до 350°С и минерализацию обычно ниже 1 г/л; НСО3 или SО4-НСОз состав, Воды, они имеют Сl-Na состав и минерализацию до 5 г/л. Там, где развиты эвапоритовые толщи (Солтон-Си в Калифорнии) минерализация высокотермальных углекислых вод достигает 305 г/кг.

Уникальные рассолы сульфатного калиево-натриевого состава встречены в кальдере Бачано в 15 км севернее г. Рима. Их минерализация достигает 356 г/кг, а температура на глубине 1400 м составляет 210 °С.

Чаще всего встречаются субнейтральные (рН 6-8), гидрокарбонатные натриевые углекислые термы с минерализацией ниже 5 г/л: Реже известны сульфатные и хлоридные термы. Для многих углекислых терм смешанного состава характерно присутствие Н2S.

Азотноуглекислые парогидротермы и гидротермы. В основном щелочные воды с Еh от 0 до 250 мВ. Парогидротермы с температурой 180-200°С формируются в зонах глубоких тектонических нарушений, имеют НСО3-Na или SО4-Nа состав с М до 1,5 г/л и рН~9. В районах современного вулканизма островных дуг они имеют преимущественно Cl-Nа состав с М 1-6 г/л. Азотно-углекислые гидротермы с температурой на выходе от 30 до 100 °С имеют небольшую (<3 г/л) минерализацию.

Азотные термы, также в основном щелочные (рН 8-10), на глубине ~2 км имеют температуру до 150 °С, а на выходе-обычно ниже точки кипения. По химическому составу - пестрые (НСО3, SО4 или Сl).

Метановые и азотнометановые термальные воды.

Их распространение подчиняется общей гидрогеохимической и газовой зональности: в периферических и верхних частях артезианских бассейнов термальные воды, как правило, пресные или солоноватые (до 10 г/л), азотные (иногда с примесью СО2 и Н2S), SО4-НСО3-Nа и НСО3-Nа состава. В глубоких частях артезианских бассейнов встречаются N2-СН4 и СН4 воды Сl-На и Сl-Nа-Са типа с повышенным содержанием I, Вг и других ценных микрокомпонентов. Температура этих вод на глубине их залегания изменяется от менее 50 до более 200 °С, рН=5-9, Еh = от -250 до 0 мВ.

Условия формирования терм

Основные запасы термальных вод в современных гидротермальных системах формируются в результате инфильтрации вглубь атмосферных осадков или сохранения в недрах вод морского генезиса. По данным изотопного состава кислорода, водорода и серы, большая часть гидротерм районов молодого и современного вулканизма имеет инфильтрационное происхождение, на долю магматического флюида (ювенильных вод) приходится лишь несколько процентов.

Источником тепла для всех перечисленных выше геохимических типов термальных вод является региональное тепловое поле.

Источниками растворенного вещества (макро- и микрокомпонентов, газов) являются в основном вмещающие породы. Часть из них поступает в гидротермальную систему вместе с инфильтрационными и морскими водами.

Процессы формирования состава термальных вод имеют некоторые особенности, связанные с температурным фактором. Одна из них заключается в фазовых переходах подземных вод, происходящих обычно в приповерхностных зонах разгрузки гидротерм.

Некоторые геохимические типы термальных вод обладают повышенной агрессивностью и способностью к солеотложению, другие содержат в больших концентрациях рудные и редкие элементы, некоторые из которых являются биологически активными компонентами минеральных термальных вод. Сложный компонентный и газовый состав термальных вод осложняет их непосредственное использование на ГеоТЭС, в системах тепло- и водоснабжения, в промышленности и сельском хозяйстве. В этих случаях применяются теплообменники, в которых термальные воды отдают свое тепло обычным пресным водам.