Минеральные промышленные и термальные воды. Термальные воды

Минеральные воды, распространенные на территории нашей страны, весьма разнообразны по качеству. Тесная связь, существующая между химическим составом воды, составом пород и гидрологическими условиями, позволяет разбить их на три большие группы. Чаще всего встречаются воды третьей группы: соленые сильно минерализованные воды. Минеральные воды терапевтического значения имеют умеренную минерализацию в пределах концентраций питьевой воды. Минеральные воды для ванн имеют повышенную минерализацию до 120-150 г/кг.

Основная масса лечебных минеральных вод приурочена к артезианским и адартезианским бассейнам. В верхнем этаже этих структур в областях суши в условиях гумидного климата широко развиты воды без «специфических» компонентов сульфатного и хлоридного состава, реже железистые, радоновые, сероводородные и иногда типа «нафтуся» с высоким содержанием органических веществ. В областях с аридным климатом (Прикаспийская низменность и др.) в верхнем этаже этих структур развиты в основном соленые хлоридно-сульфатные воды без «специфических» компонентов.

В нижнем этаже артезианских и адартезианских бассейнов с галогенными формациями повсеместно распространены бромистые, местами йодистые, сероводородные, радоновые воды.

В гидрогеологических массивах и адмассивах в областях, не охваченных активизацией (с относительно слаборасчлененным рельефом), широко распространены радоновые, а также железистые минеральные лечебные воды. В активизированных областях в этих структурах также развиты кремнистые термы, местами радоновые и сероводородные, реже бромистые и йодистые.

В областях молодого и современного в разных типах структур формируются углекислые лечебные воды различных ионно-солевого состава и минерализации. Среди них выделяются железистые, мышьяковистые, бромистые, йодистые, сероводородные, борные и другие разновидности.
Потенциальные ресурсы лечебных минеральных вод России весьма велики. В пределах артезианских бассейнов платформ (Восточно-Европейской и др.) широко распространены минеральные воды без «специфических» компонентов: бромистых, йодистых, а также сероводородных, кремнистых и др. Модули потенциальных ресурсов составляют от 1 до 50 м3/сут-км2. В этих регионах дебиты скважин с минеральными водами достигают часто 500-600 м3/сут., что обеспечивает потребности санаторно-оздоровительных учреждений.

Суммарные потенциальные ресурсы углекислых вод составляют 148 тыс. м3/сут., из них третья часть (50 тыс. м3/сут) находится в Кавказском регионе. Потенциальные ресурсы азотных терм - 517 тыс. м3/сут - в основном сосредоточены в Курило-Камчатской складчатой области.

Промышленные минеральные воды в основном распространены в артезианских (и адартезианских) бассейнах, где представлены бромными, йодными, йод-бромными, борными и поликомпонентными (К, Sr, Li, Rb, Cs) жидкими рудами.

К зоне соленых вод во многих артезианских бассейнах приурочены значительные ресурсы йодных вод. Особенно велики они в бассейнах Западно-Сибирской плиты (1450 тыс. м3/сут).
С рассолами с минерализацией до 140 г/кг почти повсеместно связаны бромные или йод-бромные промышленные воды. С крепкими и сверхкрепкими рассолами (от 270 до 400 г/кг) во многих бассейнах связаны поликомпонентные промышленные воды, с очень высокими концентрациями брома, калия, стронция, часто редких щелочных элементов, а иногда и тяжелых металлов (медь, цинк, свинец и др.). Такие рассолы особенно широко распространены в бассейнах, в строении которых участвуют мощные толщи галогенных формаций. К ним относятся бассейны Сибирской (Ангаро-Ленский и Тунгусский) и Русской платформ (Предуральский, Прикаспийский).

Промышленные - воды, содержащие некоторые компоненты в концентрациях, позволяющих их извлекать для промышленных целей. Залегают они на глубинах более 500м, занимают небольшие площади. Для них характерны йод, бром, бор, литий, германий, медь, цинк, алюминий и вольфрам.

Минеральные - воды, оказывают благотворное физиологическое влияние на человеческий организм в силу общей минерализации, ионного состава, содержания газов и активных компонентов. Их минерализация превышающей 1 г/л (солоноватые – до 10 г/л, соленые – 10-35 г/л, рассолы – свыше 35 г/л). Встречаются лечебные воды с минерализацией до 1 г/л с высоким содержанием специфических биологически активных компонентов. Минеральные воды делят на холодные (до 20С), теплые (20-37С), термальные (37-42С), горячие (свыше 42С). Они делятся также на железистые, мышьяковистые, сероводородные, углекислые, радоновые, йодные, бромные. Провинции углекислых вод приурочены к областям альпийской складчатости (Кавказ, Памир, Камчатка и др.), хлоридных – к глубоким частям крупных артезианских бассейнов.

2.8 Физические свойства и химический состав подземных вод

Простейшую формулу Н 2 О имеет молекула парообразной влаги – гидроль; молекула воды в жидком состоянии (Н 2 О) 2 дигидроль; в твердом состоянии (Н 2 О) 3 –тригидроль.

Изучение физических свойств и химического состава подземных вод необходимо для оценки их качества для питьевых и промышленно-хозяйственных целей, выяснения условий питания, происхождения, и при выборе материала для крепления горных выработок и подборе шахтного оборудования.

Основные физические свойства подземных вод - температура, прозрачность, цвет, запах, плотность, радиоактивность.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах: в областях вечной мерзлоты она до -6С, в районах вулканической деятельности – более 100С.

По температуре воды делятся на весьма холодные – до +4С; холодные – 4-20С; теплые – 20-37С; горячие –37-42С; весьма горячие – 42-100С. Температура воды сильно влияет на скорость протекания физико-химических процессов.

Температура неглубоко залегающих подземных вод +5 - +15С, глубоко погруженных вод артезианских бассейнов - +40- +50С; на глубине 3-4 км вскрыты воды с температурой более 150С.

Прозрачность воды зависит от наличия минеральных солей, механических примесей, коллоидов и органических веществ. Подземные воды прозрачные, если в слое 30 см не содержат взвешенных частиц.

Цвет вод зависит от химического состава и наличия примесей. Обычно подземные воды бесцветны. Жесткие воды имеют голубоватый оттенок, закисные соли железа и сероводород придают воде зеленовато-голубую окраску, органические гуминовые кислоты окрашивают воду в желтый цвет, а воды, содержащие соединения марганца – черные.

Запах подземных вод отсутствует. Специфический запах может быть обусловлен присутствием соединений сероводорода, гуминовых кислот, органических соединений, образующихся при разложения животных и растительных остатков. Для определения запаха воду подогревают до 50-60С.

Вкус воды зависит от присутствия в ней растворенных минеральных веществ, газов и примесей. Хлористый натрий придает воде соленый вкус, сернокислые соли натрия и магния – горький, азотистые соединения – сладковатый, а свободная углекислота – освежающий. При определении вкуса воду подогревают до 30С.

Плотность воды обусловлена растворенными в ней солями, газами, взвесями и температурой.

Радиоактивность обусловлена присутствием природных радиоактивных элементов: урана, радона, радия, продуктов их распада – гелия, их формирование определяется геологическими, гидрогеологическими и геохимическими факторами.

Из-за наличия трех изотопов водорода – 1 Н (протий), D (дейтерий), Т (тритий) и шести изотопов кислорода 14 О, 15 О, 16 O, 17 O, 18 O, 19 O имеются 36 изотопных разновидностей воды, из которых только девять стабильные.

Соединение D 2 O называется тяжелой водой, содержание которой в природе составляет 0,02.

Изучение состава и свойств подземных вод производится на всех стадиях разведки, а также в процессе вскрытия и эксплуатации месторождений.

Исследование состава подземных вод преследует основные цели:

Выяснение их пригодности для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения;

Оценка возможного вредного влияния вод на бетонные и металлические конструкции шахт и горное оборудование.

Химический состав подземных вод позволяет судить также об особенностях формирования и питания подземных вод, взаимосвязи водоносных горизонтов.

Химический состав подземных вод определяется количеством и соотношением содержащихся в них ионов (минерализацией воды), жесткостью, количеством и составом растворенных и нерастворенных в воде газов, реакцией воды (рН), агрессивностью и пр.

Главнейшими химическими компонентами подземных вод - катионы – Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , анионы – HCO 3 - , Cl - , SO 4 2- , микрокомпоненты – Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Mn 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Br, I, N, газы – N 2 , O 2 , CO 2 , CH 4 , H 2 , комплексные органические соединения – фенолы, битум, гумус, углеводороды органические кислоты.

Химический состав подземных вод выражают в ионной форме в мг/л и г/л.

Главные источники этих компонентов - горные породы, газы атмосферы, поверхностные воды и геохимические условия, которые сложились в пределах площади распространения.

По минерализации подземные воды могут быть пресными, с минерализацией до 1 г/л, слабосолоноватыми – 1-3 г/л: солеными – 3-10 г/л, очень солеными – 10-50 г/л и рассолами – более 50 г/л.

Жесткость воды (Н) – свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей кальция и магния. Выражается жесткость в мг. экв/л. Различают жесткость общую, временную и постоянную.

Общая жесткость оценивается содержанием солей Са 2+ и Mg 2+ в виде Ca(HCO 3) 2 , Mg(HCO 3) 2 , CaSO 4 , MgSO 4 , CaCl 2 , MgCl 2 и вычисляется суммированием этих ионов в мг. экв/л.

где значения Са 2+ и Mg 2+ приведены в мг/л;

20,04 и 12,16 – эквивалентные массы кальций-иона и магний- иона.

Временная жесткость обусловлена гидрокарбонатными и карбонатными солями Са 2+ и Mg 2+: (Ca(HCO 3) 2 , Mg(HCO 3) 2 , CaCO 3 иMgCO 3).

Временная жесткость:

, (2.6)

где значение HCO 3 - берется в мг/л, 61,018 – его эквивалентная масса.

Постоянная жесткости обусловлены хлоридами, сульфатами и некарбонатными солями кальция и магния. Определяется как разность между общей и временной жесткостью:

Н пост. = Н общ. – Н вр. (2.7)

Выражается жесткость в мг. экв./л Ca 2+ и Mg 2+ в 1 мг. экв./л жесткости.

Природные воды подразделяются по степени жесткости на пять групп (мг. экв./л): очень мягкие – до 1,5; мягкие – 1,5-3; умеренно жесткие – 3,0-6,0; жесткие – 6,0-9; очень жесткие – 9,0.

Щелочность обусловлена наличием в воде щелочей Na + - NaOH, Na 2 CO 3 и NaHCO 3 . 1 мг. экв./л щелочности соответствует 40 мг/л NaOH; 53 мг/л NaCO 3 и 84,22 мг/л NaHCO 3 .

Активная реакция воды – степень ее кислотности или щелочности, характеризующаяся концентрацией водородных ионов рН (десятичный логарифм концентрации ионов водорода, взятый с положительным знаком): очень кислые - 5; кислые – 5-7; нейтральные – 7; щелочные – 7-9; высоко щелочные 9.

Агрессивность воды – способность разрушать бетон, железобетонные и металлические конструкции. Различают сульфатную, углекислую, выщелачивания магнезиальную и общекислотную виды агрессии.

Сульфатная агрессия определяется повышенным содержанием иона SO 4 2- . При избытке иона SO 4 2- происходит кристаллизация в бетоне новых соединений: образуется гипс CaSO 4 . 2H 2 O с увеличением объема на 100 % и сульфоалюминат кальция (бетонная бацилла) с увеличением объема в 2,5 раза, что приводит к разрушению бетона. Вода агрессивна к бетону при содержании иона SO 4 2- - свыше 250 мг/л.

Углекислая агрессивность. При воздействии угольной кислоты происходит растворение и вынос из бетона CaCO 3 - . При избытке СО 2 наблюдается переход СаСО 3 в Са(НСО 3) 2 , который легко растворяется и выносится из бетона.

Избыток СО 2 20 мг/л называется агрессивной углекислотой.

Агрессивность выщелачивания происходит за счет растворения и вымывания из бетона извести СаСО 3 при дефиците в воде иона НСО 3 - . Воды, содержащие менее 30 мг/л связанной углекислоты и жесткостью до 1,4 мг/л агрессивные.

Магнезиальная агрессивность приводит к разрушению бетона при повышенном содержании Mg 2+ . В зависимости от сорта цемента, условий и конструкции сооружения, иона SO 4 2- , более 250 мг/л, предельно допустимое количество ионов Mg 2+ 750-1000 мг/л.

Общекислотная агрессивность зависит от концентрации водородных ионов рН. Вода обладает коррозирующими свойствами при рН 6,5.

2.9 Формирование химического состава подземных и шахтных вод

Подземные воды постоянно взаимодействуют с атмосферными водами и горными породами. В результате происходит растворение и выщелачивание горных пород, особенно карбонатов, сульфатов, галоидов. Если в воде присутствует углекислота, происходит разложение нерастворимых в воде силикатов по следующей схеме:

Na 2 Al 2 Si 6 O 16 + 2H 2 O + CO 2 NaCO 3 + H 2 Al 2 Si 2 O 8 (2.8)

В результате в воде накапливаются карбонаты и гидрокарбонаты натрия, магния, кальция. Распространение их подчиняется общей гидрохимической зональности. Вертикальную гидрохимическую зональность определяют геологические условия формирования подземных вод, связанные с особенностями состава, строения и свойств горных пород.

В вертикальном разрезе земной коры выделяют три гидродинамические зоны :

а) верхняя – интенсивность водообмена, мощностью от десятков до нескольких сотен метров. Здесь подземные воды находятся под влиянием современных экзогенных факторов. По составу – гидрокарбонатные кальциевые маломинерализованные воды. Водообмен исчисляется годами и столетиями (в среднем 330 лет);

б) средняя – замедленного водообмена. Глубина зоны изменчива (примерно 3-4 км). Скорость движения подземных вод и их дренаж уменьшается. На состав вод этой зоны оказывают влияние вековые изменения экзогенных условий. Воды натриевые, сульфатно-натриевые или сульфатно-натриево-кальциевые. Водообмен длится десятки и сотни тысяч лет;

в) нижняя – весьма замедленного водообмена. Экзогенные условия здесь не оказывают никакого влияния. Приурочены обычно к глубоким частям впадин. Распространены на глубинах более 1200 м и более. Воды высокоминерализованные, по составу хлоридные кальциево-натриевые и хлоридно-магниево-натриевые. Возобновление подземных вод составляет миллионы лет.

Соответственно гидродинамическим выделяются гидрохимические зоны. Гидрохимическая зона - часть артезианского бассейна, относительно однородная по гидрохимическому строению;

г) верхняя – пресных вод с минерализацией до 1 г/л мощностью 0,3-0,6 м;

д) промежуточная, солоноватых и соленых вод с минерализацией 1-35 г/л;

е) нижняя – рассолов (более 35 г/л).

На формирование химического состава подземных вод месторождений твердых полезных ископаемых существенно влияют окислительные и восстановительные условия, которые складываются в процессе горных работ.

Для угольных месторождений характерны два типа природной обстановки: в верхних частях – окислительная, на глубоких – восстановительная.

При отработке угля искусственно создаётся окислительная обстановка, в которую попадают подземные воды, нарушается ход естественных химических процессов.

В более глубоких горизонтах воды насыщены более стойкими соединениями (NaCl, Na 2 SO 4), малоактивны и устойчивы к окружающей среде.

По мере их передвижения по выработкам, в воде увеличивается содержание Ca 2+ , Mg 2+ и SO 4 - , повышается жесткость и минерализация. В меньшей степени возрастает содержание Na + , Cl - , Al 2 O 3 , SiO 2 , Fe 2 O 3 .

При уменьшении рН иногда исчезает СО 3 2- и появляется НСО 3 - . Содержание СО 2 и О 2 изменяется в зависимости от обстановки.

Наибольшие изменения претерпевают подземные воды, поступающие в виде капежей, особенно в очистных выработках. Кислые воды образуются только на верхних горизонтах, куда поступают подземные воды низкой минерализации и обладающие меньшей щелочностью. Обычно кислые воды формируются в старых заброшенных выработках.

Кислые воды являются хорошими растворителями, вследствие чего минерализация их быстро повышается по мере протекания по выработкам.

Зона возможного образования кислых вод охватывает подземные воды, где в составе их сильные кислоты преобладают над щелочами. Нижняя граница совпадает с верхней границей метановой зоны (примерно глубина 150 м) и с верхней границей – распространения натриевых. Максимальные мощности зоны возможного образования кислых вод 350-400 м.

Шахтные воды агрессивны, в верхних частях обладают сульфатной, в нижней – агрессивностью выщелачивания.

2.10 Режим подземных вод - совокупность изменений во времени уровня, напора, расхода, химического и газового состава, температурных условий, скорости движения подземных вод.

Изменение режима подземных вод происходит под влиянием природных (климатических и структурных) факторов и техногенной деятельности человека. Особенно резкие изменения их режима наблюдаются в горнодобывающих районах. Водоотливы из горных выработок уменьшают напоры подземных вод, а иногда полностью осушают водоносные пласты, нарушая природный режим подземных вод. Горные выработки или дренажные системы повышают коэффициент водообмена, возникающие деформации поверхности способствуют увеличению подземного стока; отмечается взаимосвязь водоносных горизонтов и с поверхностными водами.

В одних условиях количество откачиваемых шахтных вод может компенсироваться естественным притоком подземных вод, в других – интенсивный приток в горные выработки приводит к истощению ресурсов подземных вод шахтного поля или месторождения.

При эксплуатации глубоких горизонтов в соответствующих геологических условиях происходит обычно изменение притока шахтных вод с глубиной, не зависящее от их ресурсов.

Для условий Донбасса наибольшая водообильность наблюдается на глубинах 150-200 м, ниже 300-500 м водопритоки уменьшаются. При горизонтальном залегании пластов и приуроченности водоносных горизонтов к пористым породам притоки шахтных вод в паводковые периоды не превышают 20-25 %. Наклонное залегание пород способствует сезонному увеличению паводковых вод на 50, 100 % и больше. Особенно резкие колебания наблюдаются при наличии карстующихся пород с увеличением притока до 300-400 %.

Нарушения естественного режима подземных вод возникает уже в самом начале шахтного строительства, при проходке стволов.

Вскрываются многие водоносные горизонты каменноугольных отложений до глубин 500-600 м, а при закладке глубоких шахт – до 1000-1200 м. Но поскольку крепление стволов осуществляется вслед за углубкой, притоки в них незначительные и составляют 10-20 м 3 /час, в отдельных районах (Красноармейский) до 70-100 м 3 /час. Поэтому вокруг шахтных стволов не наблюдается широких депрессий и в зону осушения попадают незначительные площади.

Дальнейший дренаж подземных вод происходит при проведении подготовительных выработок, особенно квершлагов, вскрывающих по несколько водоносных горизонтов, но притоки не превышают 10-15 м 3 /час. Интенсивное осушение наблюдается при очистных работах, при обрушении и оседании пород над выработанным пространством. Сопровождается образованием трещин, связывающих разобщенные до этого водоносные горизонты, залегающие над разрабатываемыми пластами в пределах 30-50-кратной мощности угольного пласта.

В дальнейшем происходит задавливание трещин обрушения и уменьшение их водопроницаемости, приток в лаву на этом участке будет уменьшаться или полностью прекратится и уровни подземных вод восстанавливаются до уровней поверхности общей шахтной депрессии. Формирующиеся над очистными выработками депрессионные воронки являются временными, мигрируют по площади отработки вслед за перемещением забоя лавы.

При неглубоком залегании пласта полезного ископаемого зона водопроводящих трещин может достигать земной поверхности и водопритоки в шахту будут формироваться за счет просачивания атмосферных осадков по площади очистных работ.

При вскрытии тектонических нарушений притоки составляют 300-400 и более м 3 /час, иногда 1000 м 3 /час.

В результате подработки горными работами водоносных горизонтов имеют место отдельные случаи вывода из строя водозаборов подземных вод.

2.11 Происхождение подземных вод .

1) инфильтрационные подземные воды – образуются в результате просачивания в водопроницаемые породы атмосферных осадков. Иногда наблюдается поступление воды в водоносные горизонты из рек, озер и морей. Можно считать инфильтрацию основным источником пополнения подземных вод, распространенными в верхних горизонтах с интенсивным водообменом.

2) конденсационные подземные воды. В засушливых районах большую роль в формировании водоносных горизонтов играет конденсация водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород, возникающая за счет разности упругости водяных паров атмосферного и почвенного воздуха. В результате конденсации в пустынях образуются линзы пресных вод над солеными грунтовыми водами.

3) седиментогенные подземные воды – воды морского происхождения. Они образовались одновременно с накоплением осадков. В ходе последующего тектонического развития такие воды изменяются при диагенезе, тектонических движений, попадая в зоны повышенных давлений и температур. Большую роль в формировании седиментогенных вод отводят элизионным процессам (элизио – обжимаю). Первичные осадки содержат до 80-90 % воды, при уплотнении которых происходит их отжим. Естественная влажность горных пород 8-10 %.

4) ювенильные (магматогенные) подземные воды образованы из паров, выделяющихся из магмы при ее остывании. Попадая в области более низких температур пары магмы конденсируются и переходят в капельно-жидкое состояние, создавая особый тип подземных вод. Такие воды обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты. Приурочены к областям современной вулканической деятельности. Вблизи поверхности такие воды смешиваются с обычными подземными водами.

5) возрожденные (д егидратационные) воды образуются при выделении ее из минеральных масс, содержащих кристаллизационную воду. Такой процесс возможен при повышенных температурах и давлениях.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные задачи и разделы гидрогеологии и инженерной геологии.

Охарактеризуйте круговорот воды в природе.

Назовите основные виды воды в горных породах.

Назовите основные водно-физические свойства подземных вод.

Охарактеризуйте типы подземных вод по условиям залегания и основные их особенности.

Назовите физические свойства подземных вод.

Какие основные параметры определяются при химическом составе подземных вод.

Сформулируйте понятие режим подземных вод. Как изменяется режим шахтных вод?

Охарактеризуйте типы подземных вод по происхождению.

Термальные источники или горячие воды Земли – это еще один удивительный дар природы человеку. Термальные источники являются незаменимым элементом глобальной экосистемы нашей планеты.

Кратко сформулируем, что же такое термальные источники .

Термальные источники

Термальные источники — это подземные температура воды у которых выше 20°С. Отметим, что более «научно» будет говорить геотермальные источники , поскольку в этом варианте приставка «гео» указывает на источник нагрева воды.

Экологический энциклопедический словарь

Горячие источники — источники термальных вод с температурой до 95-98°С. Распространены главным образом в горных районах; являются экстремальными природными условиями распространения жизни на Земле; в них обитает специфическая группа термофильных бактерий.

Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989

Справочник технического переводчика

Термальные источники
Источники, с температурой значительно выше средней годовой температуры воздуха вблизи источника.

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009 — 2013

Классификация термальных источников

Классификация термальных источников в зависимости от температуры их вод:

• Термальные источники с теплыми водами — источники температура воды у которых выше 20°С;
• Термальные источники, у которых горячие воды — источники с температурой воды 37-50°С;
• Термальные источники, у которых о чень горячие воды — источники с температурой воды выше 50-100°С.

Классификация термальных источников в зависимости от минерального состава вод:

Минеральный состав термальных вод отличается от состава минеральных. Это обусловлено более глубоким их проникновением, по сравнению с минеральными водами, в толщу земной коры. Исходя из лечебных свойств, термальные источники классифицируются таким образом:

• Термальные источники с гипертоническими водами – эти воды богатые солями, имеют тонизирующее воздействие;
• Термальные источники с гипотоническими водами – выделяются благодаря низкому содержанию солей;
• Термальные источники с изотоническими водами – успокаивающие воды.

Что же нагревает воду термальных источников до таких температур? Ответ, для большинства будет очевиден — это геотермальное тепло нашей планеты, а именно ее земной мантии.

Механизм нагрева термальных вод

Механизм нагрева термальных вод происходит по двум алгоритмам:

1. Нагрев происходит в местах вулканической активности, благодаря «контакту» воды с магматическими породами, образовавшимися в результате кристаллизации вулканической магмы;
2. Нагрев происходит благодаря циркуляции вод, которые, опускаясь в толщу земной коры более чем на километр, «поглощают геотермальное тепло земной мантии», а затем в соответствии с законами конвекции поднимаются вверх.

Как показали результаты исследований при погружении в глубь земной коры температура растет со скоростью 30 град/км (без учета районов вулканической активности и океанического дна).

Виды термальных источников

В случае нагрева вод по первому из вышеописанных принципов вода может вырываться из недр Земли под напором, образуя тем самым один из видов фонтанов:

• Гейзеры – фонтан горячей воды ;
• Фумаролы – фонтан пара;
• Грязевой фонтан – вода с глиной и грязью.

Эти фонтаны привлекают к себе много туристов и других любителей естественных красот природы.

Использование вод термальных источников

Издавна горячие воды использовались человеком в двух направлениях — как источник тепла и в лечебных целях:

• Отопление домов — например, и сегодня, столица Исландии Рейкьявик отапливается благодаря энергии подземных горячих вод ;
• В бальнеологии — всем хорошо известны Римские термы … ;
• Для генерации электроэнергии;
• Одним из наиболее известных и популярных качеств термальных вод являются их лечебные свойства. Циркулируя по земной коре воды геотермальных источников , растворяют в себе огромное количество минералов, благодаря которым и обладают удивительными целебными лечебными качествами.

Про целебные свойства термальных вод человеку известно издавна. Существует много всемирно известных терма-курортов открытых на базе термальных источников. Если говорить про Европу, наиболее популярные курорты находятся во Франции, в Италии, Австрии, Чехии и Венгрии.

При этом следует не забывать про один важный момент. Несмотря на то, что воды термальных источников могут быть очень горячими, в некоторых из них обитают опасные для здоровья человека бактерии. Поэтому необходимо в обязательном порядке каждый геотермальный источник проверять на «чистоту».

И в завершение отметим, что термальные источники, или горячие воды Земли есть жизненно важным и необходимым ресурсом для целых регионов нашей планеты и многих видов живых существ.

ДАТА СОЗДАНИЯ ПУБЛИКАЦИИ: Авг 24, 2014 13:05

Народнохозяйственное использование минерализованных (соленых) подземных вод приобретает все более значительные масштабы. Помимо их широкого использования для водоснабжения (в основном для производственно-технического, для хозяйственно-питьевого после опреснения и водоподготовки) и орошения они применяются в бальнеологии, химической промышленности и теплоэнергетике. В последних трех случаях минерализованные подземные воды (обычно с минерализацией более 1 г/л) должны отвечать требованиям, предъявляемым к минеральным, промышленным и термальным подземным водам (1, 3-5, 7-12).

К минеральным (лечебным) водам относят природные воды оказывающие на организм человека лечебное действие, обусловлен ное либо повышенным содержанием полезных, биологически активных компонентов ионно-солевого или газового состава, либо общим ионно-солевым составом воды (1, 3, 7). Минеральные воды весьма разнообразны по генезису, минерализации (от пресных до высококонцентрированных рассолов), химическому составу (микрокомпонентам, газам, ионному составу), температуре (от холодных до высокотермальных), но основным и общим их показателем является свойство оказывать на организм человека лечебное воздействие.

К промышленным водам относятся подземные воды, содержащие в растворе полезные компоненты или их соединения (поваренная соль, иод, бром, бор, литий, калий, стронций, барий, вольфрам и др.) в концентрациях, представляющих промышленный интерес. Подземные промышленные воды могут содержать физиологически активные компоненты, обладать повышенной температурой (вплоть до высокотермальных) и минерализацией (обычно соленые воды и рассолы), иметь различное происхождение (седиментационные, инфильтрационные и другие воды), характеризоваться широким региональным распространением.

Подземные воды с температурой, превышающей температуру «нейтрального слоя», обносят к термальным. На практике термальными считаются воды с температурой выше 20-37° С (4, 6-9, 12). В зависимости от геотермических и геолого-гидрогеологических условий, а также геохимической обстановки формирования термальные воды могут содержать повышенные концентрации ценных в промышленном отношении элементов и их соединений и обладать активным физиологическим воздействием на организм человека, т. е. отвечать требованиям, предъявляемым к минеральным водам. Нередко поэтому возможно и целесообразно комплексное использование термальных вод для бальнеологии, промышленного извлечения полезных компонентов, теплофикации и теплоэнергетики. Естественно, что оценка перспектив практического использования термальных подземных вод требует учета не только их температуры (теплоэнергетического потенциала), но также химического и газового состава, условий промышленного извлечения полезных микрокомпонентов, потребностей района в подземных водах различного типа (минеральных, промышленных, термальных), последовательности и технологии использования термальных вод и других факторов.

Потребности интенсивно развивающегося народного хозяйства и задачи обеспечения неуклонного роста благосостояния народа определяют необходимость более широкой постановки поисково-разведочных работ на минеральные, промышленные и термальные подземные воды.

Методика их гидрогеологических исследований зависит на каждом конкретном месторождении от особенностей природных условий формирования и распространения рассматриваемых типов подземных вод, степени изученности и сложности гидрогеологических и гидрогеохимических условий, специфики и масштабов использования подземных вод и других факторов. Однако даже простой анализ приведенных выше определений минеральных, промышленных и термальных вод свидетельствует о некоторой общности условий их формирования, залегания и распространения. Это дает основание наметить единую схему их изучения и охарактеризовать общие вопросы методики их гидрогеологических исследований.

§ 1. Некоторые общие вопросы поисков и разведки месторождений минеральных, промышленных и термальных подземных вод

Минеральные, промышленные и термальные воды широко распространены на территории СССР. В отличие от пресных подземных вод они вскрываются, как правило, в более глубоких структурных горизонтах, имеют повышенную минерализацию, специфический микрокомпонентный и газовый состав, характеризуются незначительной зависимостью своего режима от климатических факторов, нередко сложными гидрогеохимическими особенностями, проявлениями упругого режима при эксплуатации и другими отличительными чертами, определяющими специфику их гидрогеологических исследований. В частности, минеральные, промышленные и термальные подземные воды значительной минерализации имеют широкое региональное распространение в пределах глубоких частей артезианских бассейнов платформ, предгорных прогибов и горно-складчатых областей. Специфические по некоторым признакам минеральные, термальные и реже промышленные воды встречаются в районах отдельных кристаллических массивов и областей современной вулканической деятельности. В пределах указанных территорий по общности геолого-структурных, гидрогеологических, гидрогеохимических, геотермических и других условий выделяются характерные провинции, области, районы и месторождения минеральных, промышленных и термальных подземных вод. В соответствии с ранее данным определением (см. гл. I, § 1) к месторождениям относятся пространственно оконтуриваемые скопления подземных вод, качество и количество которых обеспечивают экономически целесообразное их использование в народном хозяйстве (в бальнеологии, для промышленного извлечения полезных компонентов, в теплоэнергетике, комплексное их использование), Экономическая целесообразность использования минеральных, промышленных и термальных подземных вод на каждом конкретном месторождении должна быть установлена и доказана технико-экономическими расчетами, выполняемыми в процессе проектирования поисково-разведочных работ, изучения месторождения и оценки его эксплуатационных запасов. Показатели, которыми определяется экономическая целесообразность эксплуатации того или иного месторождения подземных вод и на основе которых дается оценка его эксплуатационных запасов, называются кондиционными. Кондиционные показатели представляют собой требования к качеству подземных вод, и условиям их эксплуатации, при соблюдении которых возможно экономически целесообразное их использование с водоотбором, равным по величине установленным эксплуатационным запасам. Обычно в кондициях учитываются требования к общему химическому составу подземных вод, содержанию отдельных компонентов и газов (биологически активных, ценных в промышленном отношении, вредных и др.), температуре, условиям эксплуатации скважин (минимальный дебит, максимальное понижение уровня, условия сброса сточных вод, срок эксплуатации скважин и др.), глубине залегания продуктивных горизонтов и т. п.

Участки месторождений, в пределах которых экономически целесообразно использование подземных вод для целей бальнеологии, промышленности или теплоэнергетики, называют эксплуатационными. Они выявляются и изучаются в процессе специальных поисково-разведочных работ, которые ведутся в полном соответствии с общими принципами гидрогеологических исследований (см. детально гл. I, § 3).

Поисково-разведочные работы - один из наиболее важных элементов в рациональном освоении месторождений минерализованных подземных вод (1, 5, 10). Их основная цель - выявление месторождений минеральных, промышленных или термальных подземных вод, изучение геолого-гидрогеологических, гидрогеохимических и геотермальных условий, оценка качества, количества и условий рационального народнохозяйственного использования их эксплуатационных запасов.

В соответствии с общими принципами поисково-разведочных работ и действующими положениями гидрогеологические исследования названных типов подземных вод осуществляются последовательно с соблюдением установленной стадийности работ; поиски, предварительная разведка, детальная разведка и эксплуатационная разведка (1,2, 5-10). В зависимости от конкретных условий рассматриваемых месторождений, степени их изученности и сложности, размеров водопотребления и других факторов в одних случаях возможно совмещение отдельных стадий (при хорошей изученности месторождения и небольшой потребности в воде), в других большая потребность в воде, сложные природные условия, слабая изученность территории) может потребоваться выделение дополнительных этапов (подстадий) в пределах отдельных установленных стадий проведения гидрогеологических исследований. Так, при разведке термальных вод и проектировании их промышленного освоения небольшим количеством эксплуатационных скважин в связи с весьма значительной стоимостью сооружения разведочных скважин представляется оправданным и целесообразным совмещение предварительной разведки с детальной и бурение разведочно-эксплуатационных скважин (с последующим их переводом в категорию эксплуатационных скважин). При поисковых работах на промышленные подземные воды исследования нередко проводятся в два этапа (подстадий). На первом этапе на основе материалов предшествующих исследований выявляются площади распространения промышленных вод, перспективные для проведения поисково-разведочных работ, и намечаются места заложения поисковых скважин. На втором этапе поисковой стадии выявленные площади (месторождения) изучаются с помощью бурения и опробования поисковых скважин. Цель изучения - выбор перспективных для разведки продуктивных горизонтов и участков месторождений (5,8).

Поиски на минеральные, промышленные и термальные подземные воды в каждом районе должны быть увязаны с перспективами народнохозяйственного развития, потребностями в определенном типе подземных вод и целесообразностью их использования в данном районе.

К числу общих задач работ поисковой стадии относятся: выявление основных закономерностей распространения минерализованных вод, выделение тех или иных типов их месторождений или площадей, перспективных на вскрытие минеральных (промышленных, или термальных) подземных вод, и при необходимости изучение этих месторождений и площадей с помощью бурения и опробования поисковых скважин, а иногда и проведения специальных съемочных работ (гидрогеологические, гидрохимические, газовые, термометрические и другие виды съемок).

Одним из основных и обязательных видов исследований на стадии поисков является сбор, анализ и целенаправленное тщательное обобщение всех собранных по району исследований гидрогеологических материалов (особенно материалов глубокого опорного и нефтяного бурения и материалов многотомного издания «Гидрогеология СССР»), составление необходимых карт, схем, разрезов, профилей и т. п. Поскольку бурение поисковых скважин на глубокие горизонты требует больших затрат (стоимость скважины глубиной 1,5-2,5 км 100-200 тыс. руб. и больше), целесообразно использовать для исследований ранее пробуренные скважины (разведочные на нефть и газ, опорные и др.).

В результате поисковых работ должны быть выделены перспективные на проведение разведочных работ продуктивные горизонты и участки, разработаны ориентировочные кондиционные показатели и дана ориентировочная оценка эксплуатационных запасов в пределах выделенных участков (обычно по категориям C 1 + C 2), обоснована экономическая целесообразность проведения разведочных работ и выделены первоочередные объекты.

В процессе предварительной разведки изучаются геолого-гидрогеологические условия выделенных по результатам поисков участков (их может быть один или несколько) для получения данных для их сравнительной оценки и обоснования объекта для детальной разведки. С помощью бурения и всестороннего опробования разведочных скважин, размещаемых по площади изучаемого участка (участков), выявляются фильтрационные свойства продуктивных горизонтов, водно-физические характеристики пород и воды, химический, газовый и микрокомпонентный состав подземных вод, геотермические условия и другие показатели, необходимые для составления предварительных кондиций и предварительной оценки эксплуатационных запасов (обычно по категориям В и Ci).

При недостаточной региональной изученности для уточнения гидрогеологических условий в зоне предполагаемого влияния водозабора (параметры, граничные условия и т. п.) целесообразно заложить отдельные разведочные скважины и за пределами изучаемого эксплуатационного участка (а при возможности использовать для этой цели, ранее пробуренные скважины). Так как стоимость глубокого бурения велика, разведочные скважины на стадии предварительной разведки целесообразно проходить малым диаметром и использовать их в дальнейшем в качестве наблюдательных и режимных скважин. Чтобы оценить промышленную и бальнеологическую ценность и особенности дальнейшего использования подземных вод в процессе предварительной разведки, должно быть выполнено специальное технологическое (для промышленных вод) и лабораторное (для всех типов вод) их изучение.

По итогам предварительной разведки составляется технико-экономический доклад (ТЭД), обосновывающий целесообразность постановки на том или ином объекте детальных разведочных работ. ТЭД не является обязательным лишь при изучении минеральных вод.

В докладе освещаются геологическое строение, гидрогеологические, гидрогеохимические и геотермические условия разведанных участков, результаты оценки эксплуатационных запасов подземных вод и основные технико-экономические показатели, обосновывающие целесообразность и эффективность их народнохозяйственного использования.

Детальная разведка эксплуатационного участка проводится в целях более детального изучения его геолого-гидрогеологических, гидрогеохимических и геотермальных условий и обоснованного подсчета эксплуатационных запасов подземных вод продуктивных горизонтов по категориям, позволяющим выделение капиталовложений на проектирование их эксплуатации (обычно по категориям A+ B+ Ci). Эксплуатационные запасы оцениваются общепринятыми методами (гидродинамическим, гидравлическим, моделированием и комбинированным на основе утвержденных в ГКЗ кондиционных требований) (1, 2, 5, 6, 8-10).

Детальная разведка и оценка эксплуатационных запасов проводятся применительно к наиболее рациональной в условиях изучаемого месторождения схеме расположения эксплуатационных скважин. С учетом этого положения, а также по экономическим соображениям в процессе детальной разведки закладываются разведочно-эксплуатационные скважины, конструкция которых должна удовлетворять условиям их последующей эксплуатации. На детальной стадии обязательно проведение кустовых откачек (а в сложных природных условиях и длительных опытно-эксплуатационных). Специальные наблюдательные скважины сооружаются лишь при залегании продуктивных горизонтов на глубине не более 500 м, в других условиях в качестве наблюдательных точек используются разведочные и разведочно-эксплуатационные скважины. При необходимости они сосредоточиваются в районах опытных кустов за счет частичного разряжения их на участках с более простыми природными условиями.

В соответствии с целевым назначением в процессе поисково-разведочных работ на глубокие минеральные (минерализованные) воды закладываются обычно скважины следующих категорий: поисковые, разведочные (опытные и наблюдательные), разведочно-эксплуатационные и эксплуатационные. Поскольку при глубоком бурении скважины являются наиболее достоверным и нередко единственным источником информации о разведуемом объекте, каждая из них должна быть тщательно задокументирована, и исследована в процессе ее бурения (отбор и изучение керна, шлама, глинистого раствора, применение пластоиспытателей) и соответствующим образом опробована после сооружения (специальные геофизические, гидрогеологические, термометрические и другие исследования).

При гидрогеологическом и других видах опробования глубоких скважин минеральные, промышленные и термальные подземные воды следует учитывать их специфические особенности, обусловленные химическим составом и физическими свойствами подземных вод (влияние растворенного газа, плотности и вязкости жидкости, изменения температурного режима), конструктивными особенностями скважин (потери напора на преодоление сопротивлений при движении воды по стволу скважины) и другими факторами.

Гидрогеологическое опробование скважин проводится путем выпусков (при самоизливе подземных вод) или откачкой (обычно эрлифтом, реже артезианскими или штанговыми насосами). Схема оборудования и опробования скважин, дающих воду самоизливом, приведена на рис. 57. При опробовании по этой схеме насосно-компрессорные трубы (НКТ) служат для спуска глубинных приборов и используются в качестве пьезометра для наблюдений за уровнем. Их башмак обычно устанавливается на глубине, исключающей выделение свободного газа. Схема оборудования и опробования скважин с уровнем воды ниже устья эрлифтом показана на рис. 58.

На практике применяются однорядные и двухрядные схемы эрлифта. По условиям замера динамического уровня целесообразнее двухрядная схема. Перед опробованием замеряются пластовое давление (статический уровень), температура воды в пласте и на устье скважины, в процессе опробования - дебит, динамический уровень (забойное давление), температура на устье, газовый фактор. Отбираются и исследуются пробы воды и газа.

На точность замеров статического и динамического уровней воды, оказывает влияние растворенный газ, изменение температуры воды, сопротивление движению воды в трубах. Влияние газового фактора можно исключить, измеряя уровни в пьезометрах, опущенных ниже зоны выделения свободного газа, либо глубинными манометрами. В противном случае замеренный уровень воды в скважине будет отличаться от истинного на величину ΔS r , определяемую по формуле Е. Е. Керкиса:

v 0 - газовый фактор, м 3 /м 3 ; Р о, P 1 и Р r - величина давлений атмосферного, устьевого и насыщения, Па; τ - температурный коэффициент, равный τ= 1+t/273 (где t- температура газовой смеси, 0 С); ρ -плотность воды, кг/м 3 ; g- ускорение свободного падения, м/с 2 .

Рис 57. Схема оборудования и опробования скважин, дающих воду

самоизливом: 1 - лубрикатор; 2 - манометры; 3 - фонтанная арматура; 4 - трап-газоотделитель; 5 - измеритель дебита газа; 6- мерная емкость; 7 - задвижка; 8 - насосно-компрессорные трубы; 9 - водоносный горизонт

Рис. 58. Схема оборудования и опробований скважин с уровнем воды ниже устья

При откачке термальных вод из скважины наблюдается удлинениeстолба воды в ней за счет увеличения температуры, при простаивании -«усадка» столба за счет его остывания. Величину температурной поправки Δ St ° при известных значениях температуры воды на устье до откачки t п ° и при изливе t п ° Можно определять по формуле (5):

, (XI.1)

где Н 0 - столб воды в скважине, м; ρ(t 0 °) и ρ(t π °) - плотность воды при температурах t 0 ° и t π °. При больших глубинах скважин (≈2000 м и более) температурная поправка может достигать 10-20 м.

При определении понижения уровня при откачках из глубоких скважин необходимо также учитывать потери напора ΔS н на преодоление сопротивлений движению воды в стволе скважины, определяемые по формуле (IV.35).

С учетом характера влияния рассмотренных факторов допустимая величина понижения уровня S д принимаемая в расчет при оценке эксплуатационных запасов минеральных, промышленных и термальных подземных вод, определяется по формуле

(XI.3)

где h д - допустимая глубина динамического уровня от устья скважины (определяется возможностями водоподъемного оборудования); Р и - избыточное над устьем скважины давление подземных вод; ΔS r , ΔS t ° и ΔS н - поправки, учитывающие влияние газового фактора, температуры и гидравлических потерь напора и определяемые соответственно по формулам (XI.1), (XI.2) и (IV.35).

Эксплуатационная разведка проводится на эксплуатируемых или подготовленных для эксплуатации участках и месторождениях. Она имеет своей целью гидрогеологическое обоснование прироста эксплуатационных запасов и перевода их в более высокие по степени изученности категории, корректировку условий и режима эксплуатации водозаборных сооружений, осуществление прогнозов при изменении режима их эксплуатации и т. д. В процессе эксплуатационной разведки ведутся систематические наблюдения за режимом подземных вод в условиях их эксплуатации. При необходимости обеспечения прироста эксплуатационных запасов возможны разведочные работы на сопредельных с эксплуатационным участком площадях (если это нужно по геолого-гидрогеологическим показателям).

Таковы общие положения и принципы гидрогеологических исследований месторождений минеральных, промышленных и термальных подземных вод. Особенности их проведения на каждом конкретном участке определяются в зависимости от геолого-структурных, гидрогеологических, гидрогеохимических условий изучаемых месторождений, степени их изученности, заданной потребности в воде и других факторов, учет которых обеспечивает целенаправленные, научно обоснованные и эффективные поисково-разведочные работы и рациональное народнохозяйственное освоение месторождений подземных вод (1, 2, 5-10).

§ 2. Некоторые особенности гидрогеологических исследований минеральных, промышленных и термальных подземных вод

Минеральные воды. Для отнесения природных вод к категории минеральных в настоящее время используются нормы, установленные Центральным институтом курортологии и физиотерапии и определяющие нижние пределы содержания отдельных компононтов вод (в мг/л): минерализация - 2000, углекислота свободная - 500, сероводород общий -10, железо - 20, мышьяк элементарный- 0,7, бром - 25, иод - 5, литий - 5, кремневая, кислота - 50, борная кислота - 50, фтор - 2, стронций-10, барий - 5, радий- 10 -8 , радон (в единицах Махе; 1 Махе ≈13,5·10 3 м -3 ·-с -1 = 13,5 л -1 ·с -1) - 14.

Для отнесения минеральных вод к тому или иному их типу по минерализации, содержанию биологически активных компонентов, газов и другим показателям используются критерии оценки, регламентированные ГОСТ 13273-73 (1, 3, 8). Ниже приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых компонентов, установленные для минеральных вод (в мг/л): аммоний (NH 4) + - 2,0, нитриты (NO 2) - -2,0, нитраты (NO 3) - -50,0, ванадий -0,4, мышьяк - 3,0, ртуть - 0,02, свинец - 0,3, селен - 0,05, фтор - 8, хром -0,5, фенолы - 0,001, радий -5·10 -7 , уран - 0,5. Количество колоний микроорганизмов в 1 мл воды не должно превышать 100, коли-индекс - 3. Указанные нормы и значения ПДК. следует учитывать при характеристике качества минеральных вод и геолого-промышленной оценке их месторождений.

Минеральные воды СССР представлены всеми основными их типами: углекислыми, сероводородными, углекисло-сероводородными, радоновыми, йодными, бромными, железистыми, мышьяковистыми, кислыми, слабоминерализованными, термальными, а также неспецифическими и рассольными минеральными водами. Они широко распространены в пределах артезианских бассейнов различного порядка, трещинных водонапорных систем, тектонических зон и нарушений, массивов магматических и метаморфических пород. Месторождения минеральных вод классифицируются по различным признакам (по типу минеральных вод, по условиям их формирования и другим показателям) (1, 3, 7, 8).

Для разведки представляет определенный интерес типизация месторождений по геолого-структурным и гидрогеологическим их условиям. По этим признакам выделяется 6 характерных типов месторождений минеральных вод: 1) пластовые месторождения платформенных артезианских бассейнов, 2) пластовые месторождения предгорных и межгорных артезианских бассейнов и артезианских склонов, 3) месторождения артезианских бассейнов и склонов, связанные с зонами разгрузки глубинных минеральных вод в вышележащие напорные водоносные горизонты («гидроинжекционный» тип), 4) месторождения трещинно-жильных водонапорных систем, 5) месторождения, приуроченные к зонам разгрузки напорных потоков в бассейне грунтовых вод («гидроинжекционный» тип), 6) месторождения грунтовых минеральных вод (1,2).

Месторождения первых двух типов характеризуются относительно простыми гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями, значительными избыточными напорами и естественными запасами. Выделение перспективных для разведки площадей возможно на основе анализа региональных гидрогеологических материалов, рекомендуется разведка бурением и опробованием одиночных скважин (редко кустов). Оценка эксплуатационных запасов целесообразна гидродинамическим и гидравлическим (при значительной тектонической нарушенности пород и газонасыщенности вод) методами.

Гораздо более сложными гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями отличаются месторождения остальных типов и особенно третьего, пятого и шестого. Для них свойственны ограниченные площади развития минеральных вод (типа куполов), изменчивость границ, запасов и химического состава во времени и при откачках, ограниченность эксплуатационных запасов. Для выделения участков под разведку помимо всестороннего анализа региональных материалов нередко требуются проведение поисковых геофизических, термометрических и других видов исследований, бурение поисковых и поисково-зондировочных скважин и их массовое глубинное опробование, специальные съемочные работы. Такие месторождения разведуются бурением скважин по разведочным створам и специальными площадными съемочными работами. В силу значительной неустойчивости химического состава и зависимости эксплуатационных запасов от геолого-тектонических и геотермических условий поступления минеральной составляющей и формирования купола минеральных вод оценка их осуществляется преимущественно гидравлическим методом, перспективно применение метода моделирования.

Детально вопросы методики гидрогеологических исследований выделенных типов месторождений минеральных вод рассмотрены в специальной методической литературе (1, 2, 8). В работе Г. С. Вартаняна (2) особо освещена методика поисков и разведки месторождений минеральных вод в трещинных массивах с детальной их типизацией и анализом особенностей изучения каждого из выделенных типов месторождений.

Промышленные воды . В качестве критериев для отнесения минерализованных природных вод к категории промышленных используются некоторые условные кондиционные показатели, определяющие минимальные концентрации полезных микрокомпонентов и предельно допустимые вредных компонентов, осложняющих технологию промышленного освоения подземных минерализованных вод.

В настоящее время такие показатели установлены лишь для некоторых типов промышленных вод: йодных (йода не менее 18 мг/л), бромных (брома не менее 250 мг/л), иодо-бромных (иода не менее 10, брома не менее 200 мг/л), иодо-борных (иода не менее 10, бора не менее 500 мг/л). Содержание в воде нафтеновых кислот не должно превышать 600 мг/л, нефти - 40 мг/л, галоидопоглощение должно быть не выше 80 мг/л, щелочность воды - не более 10-90 молей/л.

Ведутся соответствующие исследования по изучению условий извлечения из подземных вод некоторых других промышленно ценных компонентов: бора, лития, стронция, калия, магния, цезия, рубидия, германия и.др.

Указанные выше показатели не учитывают условий эксплуатации промышленных вод, метода извлечения микрокомпонентов, условий сброса отработанных вод и других факторов, определяющих экономическую целесообразность промышленного извлечения микрокомпонентов. Использование их целесообразно лишь при общих ориентировочных оценках возможности промышленного освоения подземных вод. При этом условно принимается, что при глубине скважин 1-2 км и предельном положении динамического уровня на глубине 300-800 м дебит отдельных скважин должен быть не менее 300-1000 м 3 /сут. Реальные показатели, определяющие условия целесообразного использования промышленных вод того или иного месторождения для извлечения промышленных компонентов, устанавливаются в процессе поисково-разведочных работ на основе повариантных технико-экономических расчетов. Это так называемые кондиционные показатели, являющиеся основой геолого-промышленной оценки месторождений промышленных вод.

Подземные промышленные воды все более привлекают пристальное внимание ученых как источник минерально-сырьевых и энергетических ресурсов. Известно, что помимо основных солей - хлоридов натрия, калия, магния и кальция - минерализованные подземные воды и рассолы содержат в своем составе огромный комплекс металлических и неметаллических микрокомпонентов (в том числе редких и рассеянных химических элементов), комплексное извлечение которых может сделать эти воды исключительно ценным сырьем для химической и энергетической промышленности и существенно повысить экономическую эффективность их промышленного использования.

В Советском Союзе промышленные воды используются в основном для добычи иода и брома. Разрабатывается технология промышленного извлечения из подземных вод и некоторых других микрокомпонентов (лития, стронция, калия, магния, цезия, рубидия и т. д.). В США из подземных вод, кроме иода и брома, добывают литий, вольфрам и соли (СаСl 2 , MgSO 4 , Mg(OH) 2 , KClи MgCl 2). Подземные минерализованные воды и рассолы, имеющие промышленное значение, широко развиты на территории СССР. Они находятся обычно в глубоких частях артезианских бассейнов древних и эпигерцинских платформ, предгорных и межгорных впадинах альпийской геосинклинальной зоны юга СССР. Обобщение большого количества региональных материалов позволило коллективу советских гидрогеологов составить карту промышленных вод территории СССР, на основе которой составлена схематическая карта перспективных районов СССР на различные типы промышленных вод (5, 6). В настоящее время под руководством сотрудников института ВСЕГИНГЕО составляются карты региональной оценки эксплуатационных и прогнозных запасов промышленных вод для отдельных регионов и территории СССР в целом.

Анализ региональных материалов и опыта разведки промышленных вод свидетельствует о том, что для разведки, и геолого-промышленной оценки по особенностям характера залегания, распространения и гидродинамическим условиям месторождения промышленных вод могут быть подразделены на два основных типа:

1) месторождения, расположенные в крупных и средних артезианских бассейнах платформенных областей, краевых и предгорных прогибов, характеризующиеся относительно спокойным региональным распространением выдержанных продуктивных горизонтов, и

2) месторождения, приуроченные к водонапорным системам горно-складчатых областей, характеризующиеся наличием сложнодислоцированных структур с тектоническими нарушениями разрывного характера, разделяющими продуктивные водоносные горизонты одноименных стратиграфических комплексов.

Принадлежность месторождений промышленных вод к тому или иному типу определяет особенности проведения гидрогеологических исследований при их разведке и геолого-промышленной оценке.

При изучении месторождений промышленных вод и подготовке их к промышленному освоению необходимо, прежде всего, выявить: 1) размеры месторождения; 2) его положение в пределах водонапорной системы; 3) глубину залегания и мощность промышленной водоносной зоны; 4) гидрогеологические и гидродинамические особенности и т. д. Вместе взятые эти факторы позволяют оценить гидрогеологические условия месторождения, обосновать принципиальную расчетную схему, оценить количество, качество и условия залегания промышленных вод, провести геолого-промышленную оценку месторождения и наметить рациональные пути его освоения.

Несмотря на разнообразие условий залегания и распространения промышленных вод, для их месторождений характерны следующие общие черты, определяющие особенности их поисков и разведки: 1) расположение продуктивных горизонтов в глубоких частях артезианских бассейнов (глубина их залегания достигает 2000-3000 м и более); 2) широкое распространение продуктивных отложений, их относительная выдержанность и высокая водообильность; 3) значительные размеры месторождений и их эксплуатационных запасов; 4)проявление упруговодонапорного режима при эксплуатации; 5) наличие нескольких продуктивных горизонтов в разрезе месторождений; 6) ограниченность участков, в пределах которых рациональна эксплуатация месторождения, и др.

Каждая из перечисленных выше особенностей, характеризующих подземные промышленные воды, определяет особый подход при поисках и разведке их месторождений. Так, глубокое залегание продуктивного пласта и наличие в разрезе месторождения нескольких промышленных горизонтов обусловливает необходимость бурения глубоких дорогостоящих скважин и сложное геолого-гидрогеологическое опробование их, обеспечения возможности использования поисковых скважин для разведки, а разведочных для эксплуатации, широкого привлечения материалов региональных исследований и использования нефтяных и газовых скважин в поисково-разведочных целях. Широкое региональное распространение продуктивных отложений, большая глубина их залегания и особенности формирования эксплуатационных запасов при упруговодонапорном режиме эксплуатации приводят к необходимости изучения гидрогеологических параметров водоносных отложений на значительной территории их распространения и выявления геолого-структурных особенностей для установления границ эксплуатационных участков и т. д.

Функции поисковых, разведочных, разведочно-эксплуатационных и эксплуатационных скважин при исследовании промышленных вод особенно весомы и разнообразны. По результатам изучения разрезов скважин в процессе бурения (исследования керна, шлама, глинистого раствора, механический каротаж, геофизические исследования, специальные методы) и последующему их опробованию решаются задачи по стратиграфическому, литологическому и гидрогеологическому расчленению продуктивной части разреза, оценке физических свойств, химического и газового состава подземных вод, выявлению геохимической обстановки участка, коллекторских свойств продуктивных горизонтов, условий эксплуатации скважин, определению технологических показателей промышленных вод и т. д.

Наиболее целесообразными методами оценки эксплуатационных запасов являются гидродинамический, моделирование и реже гидравлические. Для месторождений промышленных вод крупных артезианских бассейнов платформенных областей и средних артезианских бассейнов краевых и предгорных прогибов, характеризующихся широким региональным распространением продуктивных горизонтов и сравнительно простыми гидрогеологическими условиями, наиболее целесообразно применение гидродинамических методов. Правомерность схематизации отдельных элементов гидрогеологических условий может быть обоснована результатами моделирования, опытными данными и т. д. При значительной степени изученности месторождения возможна оценка эксплуатационных запасов методами моделирования.

Для месторождений промышленных вод геосинклинальных областей, характеризующихся невыдержанностью продуктивных горизонтов и сложными гидрогеологическими условиями (неоднородность, наличие контуров питания, выклинивания, смещений и т. д.), целесообразно комплексное применение гидродинамических и гидравлических методов оценки эксплуатационных запасов. При значительной степени изученности возможно применение гидродинамических методов и моделирования, а на отдельных месторождениях в качестве самостоятельного метода оценки эксплуатационных запасов может быть рекомендован метод моделирования.

Существенное значение в геолого-промышленной оценке место-рождений промышленных и термальных вод и выборе путей их рационального народнохозяйственного использования имеют технико-экономические расчеты и обоснования. Принципы таких расчетов и обоснований были изложены ранее (см. гл. IX, § 2 и 3) и детально рассмотрены в методическом пособии (5).

При разведке, геолого-промышленной оценке и обосновании проектов разработки месторождений промышленных вод следует иметь в виду возможность эксплуатации промышленных вод в условиях поддержания пластового давления (ППД). Возможность и целесообразность применения этого способа определяются отсутствием в настоящее время водоподъемного оборудования, обеспечивающего эксплуатацию скважин при понижениях уровня более 300 м от поверхности земли и дебитах скважин 500-1000 м 3 /сут и более, а также большими трудностями в организации сброса отработанных вод поверхностным путем (большая стоимость очистки сточных вод, отсутствие объектов для сброса вод или их большая удаленность и т. д.). В таких условиях способ эксплуатации промышленных вод с обратной закачкой отработанных вод в продуктивные пласты и поддержанием в них необходимого пластового давления представляется наиболее выгодным. При этом наряду с поддержанием благоприятных условий эксплуатации скважин (высокий динамический уровень, возможность использования различных видов водоподъемного оборудования большой производительности, постоянство режима эксплуатации и т. д.) обеспечивается утилизация отработанных предприятием вод, создаются возможности существенного увеличения эксплуатационных запасов и более полной сработки естественных запасов промышленных вод, исключается загрязнение поверхностных водотоков и т. д.

Оценка эксплуатационных запасов промышленных вод и проектирование их разработки возможны лишь на основе учета и соответствующего прогноза условий работы эксплуатационных и нагнетательных скважин, характера и темпов продвижения закачиваемых в продуктивные пласты некондиционных вод (с обязательным учетом влияния неоднородности коллекторских свойств), оценки масштабов разубоживания промышленных вод, обоснования наиболее рациональной схемы размещения водозаборных и нагнетательных скважин. Для решения указанных задач может возникнуть необходимость в постановке специальных опытных работ и испытаний скважин, применении моделирования для осуществления гидродинамических и гидрогеохимических прогнозов процесса раз-работки месторождения, разработки эффективных средств контроля и управления процессом эксплуатации водозаборных и нагнетательных скважин.

Термальные воды. К термальным относят воды с температурой выше 37° С (на практике нередко учитывают и воды с температурой более 20°С). Подземные воды с температурой выше 100°С относят к парогидротермам (8-10).

Термальные воды широко распространены на территории СССР. Залегают они обычно на значительных глубинах в пределах платформенных и горно-складчатых областей, а также в областях молодого и современного вулканизма. Во многих районах термальные воды являются одновременно и минеральными (т. е. имеют бальнеологическую ценность), а нередко и промышленными (вернее, все промышленные подземные воды являются термальными). Это обстоятельство предопределяет большие перспективы их комплексного народнохозяйственного использования.

Прекрасный сказочный город Теплогорск с чистым воздухом и улицами, с термальными плавательными бассейнами, геотермальной электростанцией, обогреваемыми улицами, вечнозеленым парком, субтропической растительностью и целебными ваннами в домах, описанный в книге И. М. Дворова «Глубинное тепло Земли»,- это не сказка, а завтрашняя реальность, которая воплотится в жизнь благодаря использованию термальных подземных вод. Теплогорск - это прообраз городов ближайшего будущего на Камчатке, Чукотке и Курильских островах, в Западной Сибири и многих других районах СССР.

Термальные воды используются в теплоэнергетике, отоплении, для горячего водоснабжения, хладоснабжения (создания высокоэффективных холодильных установок), в парниково-тепличном хозяйстве, в бальнеологии и т. д. (4, 6, 9). Перспективы использования термальных вод на территории СССР нашли отображение на схематической карте, представленной на рис. 7 (см. гл. II).

По предварительным подсчетам (4) прогнозные запасы термальных вод (до глубины залегания 3500 м) на территории СССР составляют 19 750 тыс. м 3 /сут, а эксплуатационные - 7900 тыс. м 3 /сут. С увеличением глубин бурения скважин на термальные воды может существенно возрасти их теплоэнергетический потенциал.

Для разведки и оценки эксплуатационных запасов месторождения термальных вод могут быть типизированы следующим образом:

1) месторождения артезианских бассейнов платформенного типа,

2) месторождения артезианских бассейнов предгорных прогибов и межгорных впадин, 3) месторождения трещинных систем изверженных и метаморфических пород, 4) месторождения трещинных систем вулканических и вулканогенно-осадочных пород.

Месторождения термальных вод первых двух типов аналогичны соответствующим типам месторождений промышленных вод, особенности поисков и разведки которых были рассмотрены ранее. Для оценки эксплуатационных запасов термальных вод таких месторождений наиболее эффективен гидродинамический метод.

Месторождения трещинных систем изверженных и метаморфических пород, омоложенных горно-складчатых систем характеризуются выходами термальных вод по линиям тектонических нарушений, незначительными естественными запасами термальных вод, влиянием на их режим и условия движения вышезалегающих подземных вод. Поэтому на стадии поисков здесь целесообразны крупномасштабная структурно-гидрогеологическая и термометрическая съемки (выявление тектонических нарушений, зон трещиноватости, зон движения термальных вод и т. д.). В скважинах целесообразно проведение комплекса термометрических и геофизических исследований и их зонального гидрогеологического опробования. На стадии предварительной разведки закладываются, исследуются и опробуются длительными опытно-эксплуатационными откачками (выпусками) разведочно-эксплуатационные скважины (с систематическими наблюдениями за режимом расходов, уровней, температуры, химического состава подземных вод). Эксплуатационные запасы лучше оценивать гидравлическим методом, совмещая предварительную разведку с детальной. При возможности подтягивания в процессе эксплуатации некондиционных по температуре вод целесообразно предварительно заложить наблюдательные скважины по створу, проходящему через зону разгрузки термальных вод.

Месторождения трещинных систем районов современного и недавнего вулканизма отличаются небольшой глубиной залегания, высокой температурой и небольшой минерализацией термальных вод, наличием многочисленных термоаномалий, трещиноватостью коллекторов, проявлением парагидротерм (характеризуются температурой, дебитом, давлением пара и уровнем воды, определяющими высоту выброса воды и пара). На стадии поисков эффективны аэрофотосъемка, поверхностная термометрическая съемка (измерение температуры в источниках, поверхностных водоемах, грязевых котлах и т. д.), гидрогеологическая съемка, геофизические исследования. Месторождения и участки оконтуривают с помощью геотермических карт и профилей. Разведочные скважины размещают вдоль установленных тектонических нарушений, к которым приурочены очаги разгрузки парогидротерм.

Эксплуатационные запасы оценивают обычно гидравлическим методом. Для оценки парогидротерм необходимо прогнозировать все характеризующие их компоненты (температуру, расход пара и его давление, уровень воды).

К специфическим вопросам, требующим своего решения при оценке эксплуатационных запасов термальных вод, относятся следующие: 1) прогноз температуры воды на устье эксплуатационной скважины (по термометрическим наблюдениям по стволу скважины и с помощью аналитических решений), 2) оценка и учет влияния газового фактора (измерение газового фактора и введение поправок при определении и прогнозах положения уровней воды), 3) расчеты и прогнозы по подтягиванию контуров холодных вод из областей питания и разгрузки подземных вод.

Детально вопросы поисков, разведки и геолого-промышленной оценки месторождений термальных вод рассмотрены в руководствах (6,8-10).

ЛИТЕРАТУРА

1.Вартанян Г. С, Яроцкий Л. А. Поиски, разведка и оценка эксплуатационных запасов месторождений минеральных вод (методическое руководство). М., «Недра», 1972, 127 с.

2.Вартанян Г. С. Поиски и разведка месторождений минеральных вод в трещинных массивах. М., «Недра», 1973, 96 с.

3.Воды минеральные питьевые, лечебные и лечебно-столовые. ГОСТ 13273-73. М., Стандартгиз, 1975, 33 с.

4.Дворов И. М. Глубинное тепло Земли. М., «Наука», 1972, 206 с.

5.Изыскания и оценка запасов промышленных подземных вод (методическое пособие). М, «Недра», 1971, 244 с.

6.Маврицкий Б. Ф., Антоненко Г. К. Опыт исследования, разведки и использования в практических целях термальных вод в СССР и за рубежом. М., «Недра», 1967, 178 с.

7.Овчинников А. М. Минеральные воды. Изд. 2-е. М., Гоеолтехиздат. 1963, 375 с.

8.Справочное руководство гидрогеолога. Изд. 2-е, т. 1. Л., «Недра», 1967, 592 с.

9.Фролов Н. М., Гидрогеотермия. М., «Недра», 1968, 316 с.

10.Фролов Н. М., Язвин Л. С. Поиски, разведка и оценка эксплуатационных запасов термальных вод. М., 1969, 176 с.

11. Швец В. М. Органические вещества подземных вод. М., «Недра», 1973, 192 с.

12. Щербаков А. В. Геохимия термальных вод. М., «Наука», 1968, 234 с.

Текст дополнен и отредактирован по данным 2015 года .

Карта. Гидроминеральные области Крымского полуострова

Условные обозначения :
А. Гидроминеральная складчатая область горного Крыма с преимущественным развитием сульфатных и хлоридных (частью термальных в глубине) минеральных, вод, газирующих азотом, в подчиненном значении метаном, сероводородом и редко углекислотой.

Б. Керченская гидроминеральная область углекислых вод в глубоких водоносных горизонтах, а также сероводородных, азотных и метановых холодных и термальных в третичных и нижележащих отложениях.

В. Крымская гидроминеральная область сероводородных, азотных, метановых и смешанного газового состава солоноватых и соленых вод (равнинный Крым), холодных в верхних и термальных в глубоких частях артезианских бассейнов.

Типы вод
Углекислые воды:
1 - углекислые главным образом хлоридно-гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые воды с минерализацией 8,8-15,6 г/л (и другие).

Сероводородные воды:
2 - хлоридные, натриевые, преимущественно соленые воды с повсеместно высоким содержанием сероводорода (общего H2S от 50 до 850 мг/л) и минерализацией от 7,8 до 32,5 г/л;
3 - натриевые воды переменного анионного состава (гидрокарбонатно-хлоридные, хлоридно-гидрокарбонатные и др.), с минерализацией преимущественно до 10 г/л и с весьма различным содержанием общего сероводорода - от нескольких десятков до более 300 мг/л и слабосероводородные воды с содержанием H2S около 10 мг/л. Азотные, метановые, смешанного газового состава и другие воды.

Термальные:
4 - азотные пресные гидрокарбонатные натриевые с минерализацией до 1 г/л. Температура 26-35°С;
5 - преимущественно азотные хлоридно-гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-хлоридные и хлоридные натриевые (иногда магниевые) с минерализацией от 1 до 3-7 г/л. Температура 20-46°С;
6 - азотные, мета-ново-азотные, азотно-метановые и метановые хлоридные и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые, солевые воды (минерализация 10-35 г/л) с температурой от 30 до 40°С и выше;
7 - азотно-метановые и метаново-азотные (иногда метановые) хлоридные кальциево-натриевые воды морской минерализации (35-40 г/л) с температурой свыше 50°С (до 100°);
8 - преимущественно азотные очень горячие свыше (45-50°С) воды по составу натриевые или кальциево-натриевые хлоридные, сульфатно-хлоридные, гидрокарбонатно-хлоридные и хлоридно-гидрокарбонатные с минерализацией 8-50 г/л.

Холодные:
9 - сульфатные (чисто сульфатные, хлоридно-сульфатные и сульфатно-хлоридные (натриево-кальциевые и другие) слабо минерализованные от 1,5 до 10 г/л воды;
10- хлоридные и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые, а также кальциево-магниевые воды с минерализацией преимущественно от 3 до 20 г/л;
11 - хлоридно-сульфатные и хлоридные натриевые высокоминерализованные воды (рассолы) с минерализацией выше 50 г/л.

Воды недостаточно изученные: 12 - пресные углекисло-азотные с редкими газами (по предположению).

13 - граница областей минеральных вод;
14 - источник;
15 - скважина;
16 - грязевая сопка с выделением углекислого газа.

Пункты минеральных вод

Равнинный Крым : 1 - окраина Джанкоя, 2 - юго-западнее Джанкоя, 3- Серноводское, 4 - Глебово, 5 - Меловая (Тарханкут), 6 - Северная Новоселовская скважина, 6а, 6б, 6в, 6г, 6д - Южные Новоселовские скважины, 7 - Нижнегорск. 8 - Евпатория - Мойнаки, 9 - Евпатория - у берега моря, 10 - Саки - за железной дорогой, 11 - Саки - курорт, 12 - Саки - против Чеботарской балки, 13 - Ново-Андреевка, 14 - Ново-Александровка, 15 - Новожиловка, 16 - Васильевка, 17, 17а - Белоглинка, 18 - южнее г. Белогорска, 19 - источник Лечебное, 20 - источник Обручева, 21, 21а - Гончаровка, 22 - Бабенково, 23-источник Акмелез, 24 - сероводородная вода у г. Феодосии, 25 - источник Феодосия, 26 - источник Кафа, 27 - Ново-Московская улица в г. Феодосии.

Керченский полуостров : источники: 28 - Сюарташские. 29 - Караларские. 30 - Джайлавские, 31, 31а - Чокракские, 32 - Тарханские, 33 - Баксинские; грязевые сопки: 34 - Бурашские, 35 - Тарханские, 36 - Булганакские, 37 - Еникальские, 38 - Камыш-Бурун, 39, 39а - источники Сеит-Элинские, 40 - источники Каялы-Сарт, 41 - Мошкаревское, 42 - Марьевское, 43 - Костырино (б. Чонгелек).

Горный Крым : 44 - Коктебель, 45 - источники Кизил-Таш, 46 - источник Судакский, 47-источник Карабах, 48-источник Черные воды (б. Аджи-Су), 49 - слабоуглекислая вода в северном портале Ялтинского тоннеля, 50 - сульфатная вода в южном портале Ялтинского тоннеля, 51 - сероводородная вода в южном портале Ялтинского тоннеля, 52 - Ялтинская глубокая скважина, 53 - источник Василь-Сарай, 54 - источник Мелас.

Минеральные и термальные воды различных типов выделены в ряде мест Крыма глубокими скважинами. Минеральные воды Крыма различны по солевому (ионному) и газовому составу: некоторые из них термальные - теплые и горячие (термы). Они представляют значительный интерес как в научном, так и в практическом отношении. Воды могут быть использованы в качестве питьевых лечебных вод и в бальнеологических целях. Однако пока они используются еще в малой степени только на курортах Саки, Евпатория, Феодосия, Судак, Ялта, Алушта, Черные воды (Бахчисарайский район) и в некоторых монастырях, а также в сельских купелях и банях.

По геолого-структурным условиям и составу присутствующих в недрах Крымского полуострова минеральных к термальных вод выделены три крупные гидрогеологические области :

А. Гидроминеральная складчатая область Горного Крыма с преимущественным развитием сульфатных и хлоридных, частью термальных (в глубине) минеральных вод, газирующих азотом, в подчиненном значении метаном, сероводородом и редко углекислотой.

Б. Керченская гидроминеральная область распространения сероводородных, азотных и метановых холодных вод в третичных и нижележащих отложениях (в отдельных источниках содержится углекислота).

В. Гидроминеральная область Равнинного Крыма сероводородных, азотных, метановых и смешанного газового состава солоноватых и соленых вод, холодных в верхних и термальных в глубоких частях артезианских бассейнов.

Горный Крым

Площадь развития таврических сланцев в горном Крыму характеризуется широким распространением солоноватых сульфатных вод (с содержанием НСО3 больше 25%-экв, иногда больше SO4), образующихся вследствие разрушения и растворения колчеданов. Местами имеются слабосероводородные источники с содержанием сероводорода 3-10 мг/л и с различным химическим составом вод - Мелас , Карабах , Судакский источник.

В южной половине Ялтинского тоннеля сульфатные воды выступают в зоне контакта верхней и средней юры и из трещин самых низов известняков верхней юры. В среднеюрских сланцах и верхнеюрских известняках много жил и прожилков гипса (вероятно, древнее образование). Можно предполагать, что в современный период происходит растворение гипса карстовыми водами известняков с образованием сульфатных вод. Минерализация последних 0,7-3,4 г/л; наиболее часта минерализация 2,0-2,5 г/л с содержанием сульфатов 0,4-2,0 г/л. Эта вода содержит небольшие количества йода, брома и бора.

В некоторых местах тоннеля отдельные струи сульфатной воды содержат значительное количество стронция (до 7,6 мг/л) и свинца (0,003-0,01%). бора до 2,3 мг/л, ряд металлов (железо, титан, цирконий, никель, ванадий) в малом количестве, фосфор (Р2О5) до 2,2 мг/л, йод до 2,1 мг/л, бром 0,4-3,0 мг/л, кремнекислоту до 13,5 мг/л, марганец 0,18-0,30 мг/л, медь до 0,003 мг/л. Наличие металлов в воде, вероятно, связано с рудопроявлением в глубоких частях области распространения таврической серии.

Сероводородные воды (H2S до 40 мг/л), по-видимому, формируются в глубине толщи таврических сланцев и по линиям тектонических разломов поднимаются под напором к контактовой зоне средне- и верхнеюрских пород. Крепкая сероводородная вода в тоннеле содержит около 70 мг/л йода и около 7 мг/л брома. Слабые сероводородные воды в горной части Крыма этих компонентов не содержат. Содержание йода в крепкой сероводородной воде одного из источников (69,8 мг/л) сходно с содержанием йода (до 56,3 мг/л) в таврических сланцах на глубине 1000-2257 м в Ялтинской скважине.

Хлоридные воды содержатся в глубоких горизонтах таврических сланцев. Состав их, по-видимому, типичен для глубокой - хлоридной зоны.

Хлоридные воды горного Крыма можно рассматривать как метаморфизованные (частью хлор-кальциевые), содержащие комплекс микрокомпонентов морского происхождения (йод, бром, бор).

Присутствие в этих водах небольшого количества метана, азота, углекислоты и сероводорода может свидетельствовать о происходящих на глубине биохимических процессах. К соленым водам относятся: источник Черные воды (б. Аджи-Су), соленые воды скважин в Ялте. Глубина Ялтинской скважины 2257 м. Минерализация воды этой скважины от 38,9 до 49,3 г/л. Вода содержит много йода 52,3-56,3 мг/л, брома 65,6 мг/л, НВO2 16 мг/л. Вода источника Черные воды имеет минерализацию 3,8-4,5 г/л.

В Коктебеле известны нитратные сульфатно-хлоридные и хлоридно-сульфатно-карбонатные воды с содержанием нитратов от 0,68 до 5,3 г/л. Воды в четвертичных суглинках.

В горном Крыму имеются также незначительные слабоуглекислые проявления в сланцах таврической серии. Содержание СO2 свободной в воде источников (по неполным данным) 246-251 мг/л.

В горном Крыму в ряде случаев установлена несомненная связь между минеральными источниками и газопроявлениями и тектоническим строением (линиями разломов).

Керченский полуостров

В восточной части Керченского полуострова отдельные источники содержат углекислоту. По химическому составу воды хлоридно-гидрокарбонатные натриевые и гидрокарбонатно-хлоридные натриевые с содержанием свободной углекислоты 500- 2000 г/л и минерализацией 8,8-15,6 г/л.

Углекислые воды выходят на поверхность в виде трех групп небольших восходящих источников: Каялы-Сырт, Сеит-Эли Нижний и Тарханский № 2. Вблизи некоторых источников углекислые воды вскрыты буровыми скважинами глубиной 100-300 м (скважины переливают с дебитом до 0,3 л/сек). Минеральная углекислая вода поднимается по трещинам разломов земной коры на площадях главным образом деятельности древнего грязевого вулканизма. Содержание СО2 в составе газов вод от 36 до 96%. В некоторых пунктах в составе газов имеется немного водорода или сероводорода. Отношение He:Ar изменяется от 0,1 до 0,7, это можно отнести за счет подтока газа со значительной и большой глубины. Отношение Ar:N2 говорит о том, что азот в газах в основном глубинный, но встречается и биохимический. В районе имеются также грязевые сопки. с выделением некоторого количества СО2 (Булганакские, Тарханские и др.)- В газовых выделениях таких сопок установлено присутствие следов ртути. Очевидно, пары ртути должны быть и в газах углекислых источников.

Углекислые и сопочные воды содержат фтор, бром, йод, бор, барий, аммоний, нитраты, битуминозное вещество. Нафтеновые кислоты отсутствуют или имеются в незначительном количестве. В водах содержатся (в мг/л): литий 2,0-6,6; калий 40-260; кремнекислота 0-88; фосфор (Р205) 0-10; стронций 2,0-3,7 железо (Fе2+ + Fе3+) 0-4,0; фтор 0- 0,60; мышьяк 0-0,05; бор - много (НВO2 800-1600); воды бедны кальцием (0-192) и магнием (23-120).

Спектральным анализом в углекислых водах определены марганец, никель, кобальт, титан, ванадий, хром, молибден, цирконий, медь, свинец, серебро, цинк, олово, галлий, лантан, бериллий, ртуть, мышьяк,сурьма, германий и некоторые другие элементы. Содержание некоторых из них значительно: хрома до 0,01%, свинца до 0,005%, меди до 0,001%, цинка до 0,01%, олова до 0,1%. Оловоносность характерна для всех углекислых источников.

Ртуть в ряде случаев определена аналитическим методом (0,002- 0,005 мг/л). Содержание ртути по спектральному анализу 4 10-3% в воде весьма превышает ее кларковое содержание в земной коре (7,7 10-6%).

Общая радиоактивность, содержание радона, урана в этих водах колеблется в пределах 1,3 10-6 - 9,7 10-6 г/л.

Углекислые и сопочные воды - это трещинно-жильные субтермальные (термальные) воды, в которых углекислота, бор, литий, мышьяк, сурьма, ртуть, фосфор и некоторые другие микроэлементы взаимосвязаны и поступают из большой глубины (эндогенные продукты). Больше всего их содержится в очагах и вблизи очагов их появления на земной поверхности. Керченские углекислые источники и сопки - своего рода уникумы, и их воды весьма сложны по условиям формирования. Появление ионов металлов и ряда других (редких) микрокомпонентов в этих водах, по-видимому, обусловлено сложностью и значительной глубиной их формирования при возможном влиянии основных (щелочных) магматических пород недр. В частности, бор здесь может быть в виде глубинных летучих соединений с СО2, аммиаком, мышьяком, сурьмой, ртутью, фосфором и некоторыми другими микрокомпонентами в газовой фазе. Связывать углекислые воды Керченского полуострова с нефтяными факторами, вероятно, не приходится. Эти воды не имеют отношения ни к нефтепроявлениям, ни к сероводородным водам, приуроченным только к верхней части разреза полуострова.

Формирование ионно-солевого и газового состава углекислых вод Керченского полуострова, видимо, связано с весьма глубоко залегающими мезозойскими и, возможно, палеозойскими породами. Малые же дебиты и низкую температуру вод можно объяснить значительной глубиной источника питания и длительностью пути поступления их по трещинам разломов через мощную глинистую толщу майкопа, препятствующую вертикальному движению (подъему) вод к земной поверхности.

Керченский полуостров богат сероводородными водами разной концентрации, связанными главным образом с чюкракским горизонтом известняков и песков, залегающих на майкопских глинах. По данным М. М. Фомичева и Л. А. Яроцкого, областью их питания служат выходы чокракских песчаных отложений, которые являются водоносными.

На крыльях антиклиналей, в местах разломов, в понижениях рельефа, в озерах и местами в Азовском море эти воды дренируются, образуя восходящие источники. Они разгружаются также буровыми скважинами.

Дебиты источников сероводородных вод небольшие. Несмотря на это, данные исследований указывают (Л. А. Яроцкий) на значительные «накопившиеся» ресурсы сероводородных вод, а также на возможности их получения на некоторых участках, где отсутствуют сероводородные источники.

Наибольшая минерализация сероводородных вод наблюдается в погружениях небольших (местных) синклинальных структур, где подземный сток наиболее замедлен и поэтому метаморфизация больше. Минерализация сероводородных вод от нескольких до 32,5 г/л с содержанием общего сероводорода от 5-10 до 360-640 мг/л.

Наиболее крепкие (высоко-концентрированные) сероводородные воды представлены Чокракскими, Караларскими, Сююрташскими, Джайлавскими и другими источниками северо-западнее г. Керчи в районе Чокракского озера . Баксинские источники северо-восточнее г. Керчи менее минерализованы. Они вытекают из пород сармата. Крепкие сероводородные воды обнаружены и на юго-востоке полуострова в отложениях среднего миоцена. Здесь марьевские воды содержат общего H2S от 40 до 292 мг/л при минерализации 9-12 г/л.

Сероводородные воды полуострова хлоридные натриевые, хлоридно-гидрокарбонатные натриевые и другие. Содержание в этих водах йода, брома и бора тем больше, чем больше сероводорода.

Образование сероводородных вод Керченского полуострова обычно объясняется восстановительными процессами (восстановление сульфатов). Однако богатые H2S подземные воды можно объяснить и микробиологическими процессами. Вся территория Керченской области отличается той или иной зараженностью сероводородом, что в общем можно связывать с разрушением нефтяных залежей и восстановительными процессами в глинистых толщах.

На юго-западной равнине Керченского полуострова в 1963 г. одна скважина (скв. 111 на Мошкаревской антиклинали) дала большой самоизлив соленой метановой термальной воды из эоцена - верхнего мела. Вода была вскрыта в двух интервалах на глубине 1007-1030 м с дебитом 17,4 л/сек и температурой на изливе 51° С, на глубине 1105- 1112 м с дебитом 10,3 л/сек и температурой на изливе 54° С. Вода хлоридно-гидрокарбонатная натриевая при минерализации в первом интервале 9,5 г/л и во втором 10,5 г/л.

В районе пос. Костырино (б. Чонгелек) в юго-восточной части полуострова скважиной вскрыты холодные и термальные (до 45° С на изливе) азотные воды, незначительные по дебиту, связанные с небольшим нефтяным месторождением. Южнее Керчи у Камыш-Буруна вскрыта холодная хлоридная натриевая вода с минерализацией до 67 г/л, со значительным дебитом в неогеновых отложениях.

Равнинный Крым

Распространение и разнообразие подземных вод в равнинном Крыму в целом связано с рядом водоносных горизонтов в комплексах различного возраста - от палеозоя до неогена включительно.

На южной окраине равнинного Крыма в Бахчисарайском районе (предгорья) имеется пресный источник Обручева с углекислоазотной водой в верхнемеловых мергелях. Кроме того, в восточной части этой зоны отмечаются участки с некоторой восстановительной обстановкой в отложениях главным образом палеоцена. Здесь воды малодебитные с содержанием общего сероводорода от 10 до 130 мг/л.

На площади северной части равнинного Крыма (в Присивашье ) тоже местами имеются сероводородные воды, приуроченные к отложениям главным образом среднего миоцена. Здесь вследствие отдаленного положения от области питания и погружения слоев влияние внешних факторов на формирование химического состава и газового состава подземных вод ослабевает и возрастает значение внутренних и глубинных факторов воздействия. В связи с этим местами в тех или других водоносных горизонтах происходят процессы десульфатизации, создается некоторая восстановительная обстановка с образованием сероводородных (обычно слабых) вод. В основном содержание H2S около 5-10 мг/л, а в пос. Нижнегорском (по М. М. Фомичеву) до 130 мг/л. По химическому составу сероводородные воды относятся к гидрокарбонатно-хлоридным натриевым и хлоридным натриевым с минерализацией от 1-2 до 7-11 г/л.

На площади равнинного Крыма и отчасти в предгорьях (вблизи области питания) широко распространены азотные, метановые, смешанного состава газов и другие воды. Так, у г. Феодосии и в самом городе имеются солоноватые минеральные воды, приуроченные к меловым и палеоценовым отложениям, связанные с тектоническими трещинами разломов в мергелистых породах. Эти воды представлены небольшими источниками Феодосия и Кафа (Нарзан Крымский).

В равнинном Крыму азотные и метановые воды являются термальными от теплых до горячих при изливе из буровых скважин. В большинстве гидротермы приурочены к напорным водоносным горизонтам, в меньшей степени - к тектонически трещиноватым породам.

Наиболее древние породы в равнинном Крыму, содержащие минеральную воду, - это палеозойские известняки в г. Евпатория . Здесь скв. 2 и 8 вскрыта хлоридная натриевая азотная вода на глубине 871 и 893 м с дебитом 7 и 10,4 л/сек и температурой на изливе 40-41° С при минерализации 9,3-9,6 г/л. В составе газа (состав газа приведен в процентах от общего содержания газов) воды этих двух скважин имеется некоторое различие, а именно: в Мойнакcкой водогрязелечебнице, кроме основного азота, присутствует СО2 (10,3%), метана - нет; сероводорода 7 мг/л, очень мало гелия (0,013%), радона 2 ед. Махе. В скважине же у берега моря содержание СО2 в составе газа- 15,5%, метана 11,0%, H2S 4 мг/л, повышенное содержание гелия (0,386%), радона 2 ед. Махе. Отношение Не:Ar равно 0,42. Последней скважиной выше палеозоя была вскрыта минеральная вода еще в альбских отложениях на глубине 525-655 м: дебит на изливе 7 л/сек, температура воды 36° С.

Минеральные воды среднеюрских отложений, связанные с трещинами в конгломератах, известны в дер. Белоглинка в 4 км северо-западнее г. Симферополя. Вскрыты на глубине 300-357 м от поверхности. Вода изливается из двух скважин с дебитом до 2,5-3,0 л/сек при температуре 22,7° и 24,2° С. Минерализация 3,0-3,2 г/л, по типу хлоридногидрокарбонатная натриевая азотная с редкими газами. Отмечается повышенное содержание гелия; отношение Не:Ar равно 0,43. Вода содержит фтор, мышьяк, сурьму, железо, марганец, титан, стронций, цирконий, ванадий, свинец, цинк, серебро, медь. Содержание цинка до 0,05%, меди до 0,01% по спектральному анализу. Содержание фтора колеблется в пределах 0,6-3,5 мг/л. Фтор, металлы, гелий в воде могут быть объяснены нахождением района на площади Симферопольского антиклинального поднятия, где, несомненно, к поверхности близки отложения палеозоя, а на той или иной глубине возможны интрузии. Повышенное содержание гелия и фтора и наличие металлов в воде могут быть объяснены и разломом, проходящим в этом районе по долине р. Салгир.

Северо-восточнее г. Старый Крым , у дер. Бабенково , Кировский район, в северной глубоко погруженной части верхнеюрских известняков горного массива Агармыша на глубине 728 м вскрыты гидрокарбонатно-хлоридные натриевые воды. В газовом составе вод содержится азот (35,6%) и метан (61,8%). Дебит воды из скважины на изливе значителен - до 30 л/сек, температура воды 32,2° С. Этот тип воды формируется в недрах благодаря погружению известняков на довольно значительную глубину и некоторому удалению от области питания.

Также северо-восточнее г. Старый Крым, у дер. Гончаровки , в известняках нижнего мела с глубины 625 м вскрыта самоизливающаяся хлоридная вода с минерализацией 6,2 г/л. Дебит при изливе 8-9 л/сек, температура воды 32° С. В состав газов входят метан, азот, углекислота.

В 15 км восточнее г. Белогорск имеется сульфатная натриево-кальциевая вода источника Лечебное (б. Катырша-Сарай) с очень малым дебитом и минерализацией в разных выходах от 3,8 (скважина) до 7,3 г/л (колодец). Кроме того, вблизи г. Белогорска (южнее) из скважины глубиной 10 м получена из тех же альбских пород хлоридно-сульфатная натриевая вода высокой минерализации. Минерализация объясняется засоленностью песчано-глинистых лагунных отложений альба.

На широком пространстве южной, западной и северо-западной частей Крымской степи в песчано-глинистых отложениях неокома выявлен (по данным бурения и опробования) высоконапорный довольно обильный водоносный горизонт с самоизливающимися термальными водами. Область питания расположена в предгорьях Крыма, в районе Внешней горной гряды, где воды неокома пресные гидрокарбонатные кальциевые. В самой южной части равнинного Крыма на погружении до 300-500 м воды неокома тоже пресные, но с минерализацией уже до 0,8-0,9 г/л, хлоридно-гидрокарбонатные натриевые, теплые азотные. Температура их 27-33° С. Дебит при изливе от 3,3 до 14,0 л/сек в разных пунктах. Азот в воде воздушного происхождения.

С удалением от области питания и при дальнейшем погружении в северо-западном направлении химический состав вод неокома несколько изменяется. Так, в дер. Ново-Андреевке (в 30 км севернее Симферополя) и в районе курорта Саки воды неокома азотные, горячие, хлоридно-гидрокарбонатные натриевые с минерализацией от 1,3 до 3,1 г/л и температурой на изливе 39-46,6° С. В Ново-Андреевке дебит 5,1 л/сек; против Чеботарской балки, восточнее курорта Саки , первоначально до 29 л/сек; на курорте Саки, у берега озера, первоначально до 33 л/сек. С 1956 г. дебиты вследствие технического несовершенства скважин постепенно падали и в настоящее время значительно меньше указанных. В Ново-Андреевке вода вскрыта на глубине 745-800 м, против Чеботарской балки на глубине 754-756 м, на курорте Саки 803-816 м. На этой площади в водах неокома к воздушному азоту примешивается биохимический азот, появляются редкие газы, возникает небольшая радиоактивность.

По мере дальнейшего погружения в северном направлении от курорта Саки (Новоселовское в 40 км севернее г. Евпатории) воды отложений неокома становятся хлоридными натриевыми с минерализацией от 9 до 36 г/л и температурой на изливе от 50 до 58° С. В южной части района породы неокома залегают на глубине (в разных пунктах от поверхности) от 816 до 1055 м, в северной же от 1140 до 1291 м.

Дебит воды из скважин на изливе от 1,0 до 12,0 л/сек. Газ здесь имеет более сложный состав. В южной части Новоселовского района газ представлен N2 и СН4, а в самой северной - СO2, N2 и СН4. В воде неокомских отложений содержатся йод, бром, бор, литий, мышьяк и ряд других микрокомпонентов (железо, титан, ванадий, цинк, марганец, стронций, цирконий, барий, лантан, скандий, бериллий, висмут).

Температура вод неокома высокая, не соответствующая глубине залегания. Геотермическая ступень весьма понижена. На Тарханкутском полуострове у дер. Меловой в верхнемеловых мергелях на глубине 1604-1777 м вскрыта метановая хлоридная натриевая вода с дебитом на изливе 29 л/сек и температурой 42-43° С; минерализация воды 18,5 г/л. Метановые хлоридные натриевые воды были вскрыты еще в палеоценовых мергелях. Наиболее интересна скважина в с. Глебово , глубина вскрытия воды здесь 1036-1138 м; дебит и температура воды на изливе 13,3 л/сек и 62° С. Для вод палеоцена Тарханкутского полуострова характерно наличие аммония от 30 до 150 мг/л.

В палеоцене в 9 км юго-западнее Джанкоя также была обнаружена метановая хлоридная натриевая вода на глубине 1145 м; дебит на изливе из скважины 0,42 л/сек, температура воды 30° С; минерализация 24,0 г/л.

В глубоких горизонтах палеогеновых, меловых и палеозойских отложений в пределах равнинной части Крыма, в третичных и нижележащих отложениях на Керченском полуострове имеют повсеместное развитие высокотермальные воды. На южном берегу в таврических сланцах тоже вскрыты термальные воды. Температуры глубоких вод, судя по геотермическим измерениям, должны достигнуть 100° С на глубинах 1800-2500 м, а там, где геотермическая ступень понижена, и на меньшей глубине. Можно предположить, что высокотемпературные воды некоторых районов Крыма связаны с влиянием молодых интрузий, застывших на глубине, или с подтоком тепла из больших глубин по тектоническим разломам, известным в этих районах (Тарханкутское поднятие и восточная часть Керченского полуострова).

Некоторые из минеральных термальных вод могут (очень ограниченно) использоваться как источник тепла в народном хозяйстве (для коммунально-бытовых целей, для теплиц и пр.). Однако в советское время лишь несколько колхозов использовали их для бань и душа.

Источник : www.tour.crimea.com

Минеральные и термальные воды Крыма // Геология СССР. Том VIII. Крым. Полезные ископаемые . М., «Недра», 1974. 208 с.