Минеральные лечебные воды и воды промышленного и теплоэнергетического назначения
Лечебные воды. В артезианских бассейнах наблюдается вертикальная гидрогеохимическая зональность. В каждой из выделенных зон присутствуют лечебные воды определенного типа. Например, в зоне пресных вод в области гумидного климата широко распространены железистые воды. Месторождения минеральных вод этого типа образуются на участках, где породы обогащены органическим веществом и органогенным углекислым газом, который способствует накоплению в подземных водах двухвалентного железа (месторождение Полюстрово в Санкт-Петербурге).
Гидрогеохимическая зона соленых вод (минерализация 1-35 г/л) содержит богатый спектр минеральных вод. Комбинации сочетаний главных ионов (хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов натрия, кальция, магния) образуют несколько десятков типов лечебных вод. Это так называемые столовые минеральные воды, лечебное воздействие которых определяется их общим химическим составом. К таким типам вод относится Московская, Ижевская, Баталинская, Ергининская, Мариинская, Охтинская и другие воды, которые мы можем встретить на прилавках магазинов. Они используются для лечения внутренних болезней (желудка, печени, почек и др.). Для сохранения химических компонентов в растворенном состоянии и усиления бальнеологического эффекта разливаемую воду искусственно насыщают углекислотой.
Большое количество соленых минеральных вод содержит специфические компоненты: йод, органические соединения, кремнезем, мышьяк, сероводород, углекислый газ, радон и др. Эти воды могут использоваться как для внутреннего употребления, так и для ванных процедур, так как они нередко бывают нагреты до температуры 20 °С и более. Соленые минеральные воды лечебного назначения распространены, как правило, весьма широко.
Йодные воды, например, накапливались в условиях морского седиментогенеза, поэтому их можно обнаружить в большинстве крупных артезианских бассейнов Русской, Западно-Сибирской, Скифской и Туранской плит.
В очагах глубинной разгрузки образуются лечебные воды обогащенные органикой битумного ряда и кремнеземом. Указанные условия можно наблюдать в области разгрузки нефтяных вод Предкарпатья и термальных вод в Ташкентском артезианском бассейне соответственно.
Мышьяковистые воды чаще всего встречаются в межпластовых напорных горизонтах Предкавказья.
Углекислый газ попадает в чехол артезианских бассейнов из складчатого фундамента в результате метаморфоргенных или вулканических процессов. Залежи свободного углекислого газа и углекислые воды обнаружены в нижней части чехла ряда районов Западной Сибири, Туранской плиты и Предкавказья. Самым богатым углекислыми водами оказался Кавминводский выступ, где на артезианском склоне образовалось несколько типов углекислых вод (рис.29). Из них хорошо известны нарзан, ессентуки, железноводские и пятигорские.
Рис.29. Схематический гидрогеологический разрез артезианского склона Северного Кавказа
1-8 - водоносные комплексы: эффузивы, N-Q (1), мергели, песчаники и глины,Р-Ы (2), известняки и мергели, К2 (3), песчано-глинистые отложения, Kialb (4), доломитизированные известняки, KiV (5), известняки, J3 (6), песчаники и аргиллиты, J,.2 (7),кристаллические сланцы-граниты, PZ (8); 9 - тектонические нарушения; 10 - предполагаемые пути миграции углекислого газа
из фундамента; I - структура Центрального Кавказа; II - артезианский склон; А и В - гидрогеологические массивы Центрального Кавказа, образованные интрузивными и метаморфическими породами соответственно; Б - Эльбрусский вулканогенный бассейн; Г-Бельско-Малкинский адартезианский бассейн; Д - артезианский склон (Минераловодское крыло Средне-Каспийского артезианского бассейна); Е - гидрогеологический массив лакколита г. Верблюд;-<з-и - типы минеральных вод: дарасуны и нарзаны баксанского
типа (а), нарзаны баксанского типа, воды ессентуковского и арзнинского типов (б), сероводородные сульфатного кальциевого состава (в), нарзаны кисловодского типа (г), то же, но горячие (д), ессентукские углекислые, соляно-щелочные (е), метановые хлоридные натриевые (ж), азотные гидрокарбонатные и хлоридные натриевые (з), радоновые (и)
Восстановление сульфатов, образовавшихся при выщелачивании гипсоносных пород, приводит к образованию сероводородных вод (рис. 30). Такие условия наблюдаются на западе и севере Русской плиты, на юге Сибирской платформы и в Сочи-Сухумском артезианском бассейне. На их базе функционируют такие известные курорты, как Хилово (Псковская область), Кемери (Латвия), Мацеста (район г.Сочи). Разрушение радиоактивных минералов приводит к появлению в подземных водах радона и радия (Пятигорское месторождение радиоактивных вод).
В гидрогеологических массивах чаще всего встречаются четыре типа минеральных вод: железистые, радоновые, азотные термы и углекислые. Первые два типа относятся к апровинциальным водам, распространение которых не поддается четким закономерностям. Железистые воды образуются в зоне выветривания пород складчатого фундамента. Наиболее типичным их представителем являются марциальные воды в Карелии, на базе которых был организован, по указанию Петра I, первый курорт в России.
Радоновые воды приурочены, в основном, к зонам тектонических нарушений древних щитов (Балтийского, Украинского и др.).
Рис.31. Схема месторождения Белокурихинских азотных терм
(по Н.М. Елмановой, 1970)
1 - граниты Белокурихинского массива калабинского интрузивного комплекса розовые, кирпич-но-красные, катаклазированные, милонитизированные и гидротермально измененные; 2 - то же, серые, не затронутые процессами динамометаморфизма; 3 - песчано-глинистая толща неоген-четвертичного возраста; 4 - песчаные четвертичные отложения; 5 - зоны открытых трещин в гранитах; 6 и 7 - зоны циркуляции термальных вод в Промежуточном блоке (максимальный дебит 44 л/с, температура воды на устье 42 °С) и в Прифасовом блоке (максимальный дебит 14 л/с, температура воды на устье 37 °С) соответственно; 8 - зона, выводящая термальные воды с температурой выше 50 °С; 9 - направление движения подземных вод; 10-11 - зоны тектонических нарушений, выявленных и предполагаемых соответственно; 12 - изотермы; 13 – скважины
Наибольшей известностью пользуется курорт Цхалтубо в Грузии, функционирующий на базе термальных радоновых вод.
Азотные термы и углекислые воды распространены в областях альпийской складчатости и молодого тектогенеза. Азотные термы образуются в результате поглощения атмосферных вод глубокими тектоническими зонами, нагрева их на глубине, обогащения различными компонентами (кремнеземом, фтором, радоном, сероводородом) и подъемом их по выводящим трещинам (рис.31).
Рис.32. Схема месторождения углекислых минеральных вод
Карловы Вары в Чехии (по И.Л. Бери, 1977)
1 - травертины на участках разгрузки углекислых терм; 2 - песчано-глинистые отложения со слоями угля; 3 - граниты; 4 - региональные зоны разломов; 5 - направление движения углекислых терм; 6 - очаги естественной разгрузки углекислых терм
Примерами таких месторождений являются Белокуриха на Алтае и Кульдур на Буреинском хребте. Углекислый газ, поднимающийся с глубины, проникая в обводненные зоны, формирует месторождения углекислых вод (рис.32). Известно много типов углекислых вод холодных и горячих, пресных и соленых. Разнообразен и состав углекислых вод: дарасун и аршан (гидрокарбонатные, магниево-кальциевые воды), боржоми и балей (гидрокарбонатные, натриевые воды), арзни (хлоридные, натриевые воды) и др.
Вулканогенные бассейны являются вместилищем многих типов минеральных лечебных вод. Чаще всего они встречаются в неоген-четвертичных вулканогенах, характеризующихся наибольшей пористостью и трещиноватостью. Состав этих вод весьма разнообразен: сероводородно-углекислые, углекислые, азотно-углекислые, азотные, азотно-метановые и др. Химический состав минеральных вод часто весьма необычен, что связано с влиянием современных вулканических процессов. Благодаря их воздействию минеральные воды во многих случаях являются термальными или высокотермальными.
Эксплуатационные запасы лечебных минеральных вод во много раз уступают запасам хозяйственно-питьевых, так как каждое месторождение минеральных вод по-своему уникально. Чтобы сохранять кондиционные свойства этих вод необходимо поддерживать соответствующий температурный, газовый, химический режим в водоносных системах. В зависимости от гидрогеологических возможностей и практической необходимости на месторождениях отбираются от одного до нескольких тысяч кубических метров в сутки. Примером минимального отбора может служить отбор вод нафтуся (курорт Тру-скавец, Предкарпатье), а максимального боржоми (Грузия) и кисловодские нарзаны (Кавказская группа минеральных вод).
Воды промышленного назначения.Как химическое сырье подземные воды используются для извлечения йода, брома, бора и ряда других химических компонентов. Кроме того, с помощью воды методом подземного выщелачивания разрабатываются месторождения каменной соли, самородной серы, урана, некоторых сульфидов и др. Технология добычи «жидких руд» представляет собой весьма сложную задачу, поскольку она связана с бурением и опробованием глубоких скважин.
Исходным сырьем для получения промышленного концентрата служат рассолы, реже соленые воды. Так, для извлечения йода требуется его концентрация, превышающая 18 мг/л. Максимальные концентрации йода (до 60-100 мг/л) наблюдаются в рассолах с минерализацией 35-100 г/л и установлены на западе Туранской плиты и в Предкавказье. Более высокие их значения (до 300-400 мг/л) обнаружены в источниках на юге Туркмении, выходящих по линии главного Предкопетдагского разлома.
Промышленные концентрации брома (более 250 мг/л) встречаются в рассолах седиментационного происхождения, имеющих минерализацию вышел 150-200 г/л. Больше всего брома содержат меж- и подсоловые рассолы (от 2-3 до 7-13 г/л). Такие месторождения бромных вод широко распространены на юге Сибирской платформы, в Волго-Уральской регионе, Амударьинском и Приазовском артезианских бассейнах.
Хотя промышленные концентрации йода и брома известны во многих регионах, заводов, которые бы извлекали эти ценные компоненты, очень мало. В нашей стране регулярно работает всего лишь три-четыре. Это объясняется необходимостью соблюдения многих технологических и экономических требований. В частности, большое значение имеет глубина залегания продуктивной зоны, производительность скважины, химический состав и температура подземных вод, возможность одновременного извлечения нескольких подземных компонентов (йода, брома и бора), экономические и экологические факторы.
Воды теплоэнергетического значения.Термальные воды обычно используются для лечебных целей. Таких месторождений в нашей стране насчитывается сотни. Это многочисленные проявления углекислых, азотных, сероводородных, радоновых, йодо-бромных и других термальных вод. Месторождений подземных вод теплоэнергетического назначения значительно меньше. Они сосредоточены, преимущественно, в районах современного вулканизма. В нашей стране это Камчатка и Курилы, где разведаны 20 месторождений высокотермальных вод (16 из них на Камчатке). С их помощью можно было бы выработать примерно 1500 МВт электроэнергии. В настоящее время из них освоено примерно 75 МВт, причем 62 МВт вырабатывает Мутновская ГеоЭС, остальные – Паужетская, Океанская и Кунаширская ГеоЭС.
Для примера покажем разрез Мутновского месторождения высокотермальных вод (рис.33). Даже общее знакомство с ним показывает, насколько сложны здесь гидрогеологические условия. Тепло поступает из вулканического очага, расположенного рядом. Инфильтрационные воды, погружаясь на глубину, попадают в «котел» и нагреваются до 280˚С и более. Расход восходящего потока перегретых вод 280 кг/с. В нескольких километрах от разведанного участка расположено фумарольное поле, где температура достигает 700˚С.
По технологическим требованиям для получения электроэнергии подземные воды должны иметь температуру более 150˚С. Кроме Курило-Камчатского региона такие месторождения могут быть обнаружены только в некоторых районах Предкавказья. Поэтому перспективы строительства новых ГеоЭС в нашей стране ограничены этими двумя регионами.
Технология превращения тепловой энергии в электрическую совершенствуется. В настоящее время появились бинарные системы, фреоновые установки, тепловые насосы, которые позволяют получать электрическую энергию с помощью вод с температурой значительно ниже 150˚С.
Весьма обширны в нашей стране территории, где возможна разведка и эксплуатация месторождений подземных вод с температурой в 60-150˚С. Такие воды можно использовать для обогрева помещений, ведения парникового хозяйства, технологических процессов обработки материалов и др.
Учитывая значительный прогресс в развитии технологии, преобразования и использования тепловой энергии, можно полагать, что в ближайшие годы резко возрастает разведка и эксплуатация теплоэнергетических ресурсов подземной гидросферы.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 1627;