Подземные воды районов активного вулканизма

Активный современный вулканизм приурочен в основном к регионам, где континентальная кора соседствует с океанической: островным дугам, глубоководным желобам, побережьям внутренних морей и редко к молодым разломам, расположенным на континен­тах. Подземные воды в таких регионах образуют водоносные си­стемы со специфическими условиями их строения, питания, разгруз­ки и состава воды. Высокая температура развитых здесь подземных вод, разнообразие их фазового и химического состава обусловили применение к ним особого термина — гидротермы(современные или древние), широко используемого в геологии. К гидротермам относятся струи пара, жидкие горячие водные растворы, пароводя­ные смеси, т.е. все виды горячих вод и пара, широко распростра­ненных в рассматриваемых регионах.

Гидротермальные системы районов современного вулканизма ~ это крупные емкости, в которых активно проявляется гидротермальная деятельность, связанная с аномально высоким привносом тепла из глубоких частей земли. С гидрогеологических позиций — это бассейны горячих вод и пара, которые часто разгружаются на поверхности земли.

Большинство гидротермальных систем связано с вулкано-тектоническими депрессиями либо обширными древними кальдерами, реже с наложенными грабенами горно-складчатого обрамления. Участки непосредственной гидротермальной деятельности в пре­делах депрессий часто приурочены к локальным структурным поднятиям (сложным горстам), ограниченным крутопадающими разломами.

Многообразие гидротерм и геологических условийих прояв­ления приводит и к формированию специфических формихразгрузки, которые не встречаются в районах вне проявления гидротермальной деятельности. К основным видам форм прояв­ления такой разгрузки относятся фумаролы, гейзеры, паровые струи и термальные родники.

Фумаролы — это вулканические эманации в виде парогазовых струй или спокойных выделений газов из трещин и каналов в жерлах, на внутренних стенках; внешних склонах вулканов (первич­ные фумаролы) или на поверхности неостывших лавовых потоков и пирокластических покровов (вторичные фумаролы).

Фумаролыразделяются на:собственно фумаролы (преиму­щественно хлористо-сернисто-углекислые газы с температурой до 800^о С); сольфатары (парогазовые струи с преобладанием сероводорода или сернистого газа и температурой 90-300° С); мофеты (преимущественно углекислые парогазовые струи с температурой до 100° С).

Гейзеры — это своеобразные родники, периодически, строго закономерно выбрасывающие воду и пар. Морфологически гейзер представляет систему; состоящую из канала, подводящую перегре­тую воду или горячий пар к находящемуся вблизи от поверхности подземному резервуару (камере), в который по боковым каналам или трещинам поступает холодная или метеорная вода. От камеры также идет канал к поверхности, венчающийся чашеобразной ворон­кой. Выход воды из резервуара к поверхности затруд­нен. Чтобы такой выход (извержение) начался, требуется создание в резервуаре определенного давления, после достижения, которого канал приоткрывается и вода с паром выходит в виде фонтана.

6. УПРАВЛЕНИЕ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ

6.1. Пресные воды

Проблема чистой воды выходит на одно из первых мест в мире и по своей значимости опережает такие глобальные проблемы человечества, как изменение климата, деградация озонового слоя, засоление и эрозия почв, защита атмосферы от загрязнения, сохранение чистоты океана и др. Это обусловлено той особой ролью воды, которую она играет в становлении биосферы и развитии жизни.

Вода не просто источник жизни — она, как справедливо заметил известный французский писатель и путешественник Сент-Экзюпери, — сама жизнь. Но далеко не любая вода — жизнь. Загряз­ненная вода становится опасной для той же жизни. Сегодня вода больше не является неограниченным безвредным естественным продуктам. И эта реальность должна быть глубоко осознана всеми, а специалистами тем более. Водные ресурсы в наше время требуют совершенно нового подхода при их изучении и использовании.

Прежде чем говорить о сути таких подходов, рассмотрим, сколько же воды имеется на нашей планете, так как именно от нее зависят жизнь на суше и хозяйственная деятельность человека. Оценки запасов пресной воды появились сравнительно недавно, и их точность пока недостаточна, хотя общее представление они дают:

Приблизительное количество пресной воды на Земле представлено в табл. 6.1.

Таблица 6.1 Пресные воды гидросферы

Как видно из приведенных данных, основные запасы пресной воды (85%) сосредоточены в ледниках. Однако использование ледников как источника пре­сных вод остается пока проблематичным, по крайней мере, в течение ближайших десятилетий. Вслед за льдами, идут подземные воды, хотя среди них доля пресноводной составляющей минимальна (толь­ко 6,7%). Суммарно ледники и подземные воды составляют 99% запасов пресной воды на Земле.

Общий объем пресных вод на планете достигает 28,3 млн. км³, что составляет только около 2% общего объема гидросферы. Но если из этого объема выбросить часть вод, законсервированных в воде полярных ледников, недоступных для использования, то объем пресной воды составит только 4,2 млн. км³, или 0,3% объема гидросферы. В пересчете на одного человека это составит 0,8-10⁶ м³ воды.

В каче­стве одного из критериев обеспеченности населения водой прини­мается объем поверхностного и подземного стока на душу населения конкретной страны или региона в целом.

В целом каждый житель земного шара в среднем обеспечен 9,1 тыс. м³/год пресной воды, в том числе за счет подземного стока 2,7 тыс. м³/год. Естественно, что насе­ление не всех континентов обеспечено водой одинаково: наиболее благоприятная ситуация характерна для Австралии с Океанией и Южной Америки, менее благоприятная — для Европы, а по ресур­сам подземных вод — для Азии.

Приведенные данные будут, тем не менее, абстрактными, если мы не разберемся в количестве используемой человеком воды.

По мере совершенствования и развития производства человек потребляет все больше и больше воды. Поэтому мнение о том, что развитие цивилизации можно измерять в литрах потребляемой на душу населения воды, является справедливым. Человек каменного века потреблял, видимо, менее 10 л воды в сутки. В настоящее время только на бытовые нужды в среднем в мире приходится более 200 л. При этом потребляется тем больше воды, чем более развита страна. Так, во многих развивающихся странах и в настоящее время потребление воды не превышает 30 л/сут, а в высокоразвитых составляет 500-600 л/сут. Римляне в период расцвета Римской империи потребляли до 700 л/сут, т.е. намного больше, чем большая часть населения земного шара в наши дни. Следовательно, расцвет и упадок цивилизаций, стран и городов также можно оценивать в литрах потребляемой воды.

Хотя потребление воды в мире непрерывно растет (с началаXX в. оно выросло в 6 раз), все же имеется огромный резерв неиспользуемой пресной воды. Проблема питьевой воды заключается не столько в ее количестве, сколько в качестве, которое вызывает особое беспокойство.6.2. Минеральные лечебные воды

Минеральными (лечебными) подземными водами называют такие, которые оказывают благотворное физиологическое воздействие на человеческий организм в силу общей минерализации, ионного состава, содержания в воде газов, наличия терапевтически активных микрокомпонентов, содержания радиоактивных элементов, щелочности и кислотности, а также повышенной температуры.

К минеральнымпитьевым лечебным водам относят воды с общей минерализацией от 8 до 12 г/л. На отдельных месторождениях в зависимости от химического состава допускается применение лечебных вод и более высокой минерализации. Минеральные воды могут быть солоноватыми, солеными и рассолами. Общая минерализация их изменяется от 2 до 35 г/л и выше. Известны курорты, на которых используются рассолы с минерализацией от 35 до 150 г/л (Усолье Сибирское, Серегово, Усть-Кут, Лугела и др.). Химический состав минеральных вод самый разно­образный.

По температуре минеральные воды подразделяются на: холодные с температурой менее 20° С; те­плые — от 20 до 37° С; горячие — от 37 до 42° Сочень горячие с температурой выше 42° С.

По основному газовому составу выделяют минеральные воды:углекислые, сероводородно-углекислые, сероводородные (сульфидные), азотные, азотно-метановые метановые. Существенно отметить, что одну и ту же воду одновременно можно отнести к различным основным группам, если принадлежность их к категории минеральных вод определяется не одним, а несколь­кими показателями. Установленных и общепринятых критериев (основных показателей), которые дали бы возможность избежать в таких случаях субъективного подхода, пока не разработано.

Наиболее хорошо известными минеральными водами являются следующие группы специфических вод: углекислые, сероводородные (сульфидные) и радиоактивные.

Территории, в пределах которых развиты определенные группа минеральных вод, принято называть провинциями. Каждая из них характеризуется особыми геологическими условиями и обладает группой вод, связанных общ­ностью некоторых признаков. Минеральные воды одной провинции в целом отличны от вод другой

Промышленные воды

К промышленным подземным водам относят такие, которые заключают в растворе полезные компоненты или их соединения в количествах, обеспечивающих в пределах конкрет­ных гидрогеологических районов по технико-экономическим показа­телям их рентабельную добычу и переработку

В настоящее время из подземных промышленных вод извлекают иод, бром, поваренную соль, а в некоторых странах также соединения бора, лития, рубидия, германия, урана, вольфрама и другие ве­щества.

Наиболее важным показателем для промышленных подземных вод является содержание полезного компонента, который выгодно из этих вод извлекать. Из промышленных подземных вод наиболее изученными в России, являются йодные, бромные и иодо - бромные, а менее — борные и др.

Глубина залегания подземных промышленных вод изменяется в широких пределах — от первых десятков метров до 4—5 кми более, наиболее распространенные глубины залегания подземных промышленных вод составляют 1 000—3 000 м.

Подземные промышленные воды обычно содержатся в терригенных (пески, песчаники, гравелиты, конгломераты и др.), карбонат­ных (известняки и доломиты), соленосных породах и в ангидритах с прослоями карбонатных пород и реже вулканогенных отложениях.

Подземные промышленные воды являются высоконапорными. На отдельных участках их статические пьезометрические уровни в скважинах устанавливаются выше поверхности земли. Однако значительно чаще они располагаются на глубинах от первых метров до 300 м от поверхности земли и даже более.

При промышленной оценке месторождений подземных промыш­ленных вод для обоснования возможности и целесообразности их использования требуется провести учет экономических факторов. Для каждого месторождения непременно проводится геолого-эконо­мическая оценка.

Геолого-экономическая оценка осуществляется на основе исполь­зования материалов следующих видов исследований: анализа региональных закономерностей распространения подземных про­мышленных вод; выявления размеров и оконтуривания границ месторождений этих вод в различных водоносных горизонтах и комплексах изучаемого бассейна; количественной региональной оценки эксплуатационных запасов промышленных вод; комплекс­ной оценки возможности и целесообразности их практического использования.

При оценке эксплуатационных запасов промышленных вод суще­ственно установить их кондиции в процессе добычи в конкретных геолого-гидрогеологических условиях. При этом кондиционные требования должны быть такими, чтобы себестоимость извлекаемого компонента не превышала его отпускную цену.

Термальные воды

К термальным водам (термам) относят такие, темпера­тура которых превышает температуру человеческого тела (37° С). Воды с температурой от 37 до 42° С считаются горячими (термальными), от 42 до 100° С — очень горячими (высокотермальными) и с температурой выше 100° С — перегретыми. Некоторые исследователи теплые (субтермальные) воды с температурой от 20 до 37° С относят также к термальным.

Исходя из практической целесообразности использования под­земных вод в народном хозяйстве, выделяют: 1) воды с температурой до 20°С наиболее пригодны для целей водоснабжения; 2) воды с температурой 20—50° С наиболее пригодны для бальнеологических целей и иодо-бромного производства; 3) воды с температурой 50—75° С целесообразно использовать для обогрева теплиц, парников, для теплофикации сельскохозяйственных объектов и в бальнеологических целях; 4) подземные воды с температурой 75—100° С могут быть использованы при тепло­фикации городов, курортов, сельскохозяйственных объектов (по­селки, крупные тепличные комбинаты и др.); 5) воды с температурой свыше 100° С рекомендуется использовать главным образом для энергетических целей. При этом, чем выше температура вод, тем больше их энергетический потенциал.

Термальные воды имеют широкое распространение в пределах, как платформенных областей, так и горно-складчатых.

Общая минерализация термальных вод изменяется в весьма широких пределах: от 1 до 650 г/л.

Перспективными являются районы, на площади которых гео­термический градиент наибольший. В таких районах имеется воз­можность вскрывать термальные воды с достаточно высокой темпе­ратурой на сравнительно небольших глубинах. Особенно благо­приятными оказываются участки, на которых из скважин вода фонтанирует с достаточно большими дебитами, а по составу и минерализации она вполне пригодна для эксплуатации.

6.5. Основные виды и последовательность выполнения гидрогеологических работ

К основным видам гидрогеологических исследований относятся гидрогеологическая съемка, буровые и горные работы, полевые опытно-фильтрационные и лабораторные работы, стационарные на­блюдения за режимом подземных вод, геофизические исследования.

В соответствии с действующей инструкцией по планированию и в целях обеспечения максимальной эффективности все геолого­разведочные работы на подземные воды проводятся по следующим стадиям: региональные геолого-геофизические, и гидрогеологи­ческие работы масштабов 1 : 500 000—1 : 50 000; поиски место­рождений подземных вод; предварительная разведка; детальная разведка; эксплуатационная разведка