О чрезвычайных ситуациях в Кроноцком и Корякском заповедниках, Южно-Камчатском заказнике им. Т. И. Шпиленка просьба сообщать по телефону оперативного дежурного ФГБУ «Кроноцкий государственный заповедник»: +7-924-891-52-36.  

Если вы почувствовали землетрясение, сообщите об этом в Камчатский филиал геофизической службы РАН www.emsd.ru/lsopool/poll.php 

Конкурсы и акции Кроноцкого заповедника
 

Прогноз глубинных температур в недрах Гейзерной гидротермальной системы на основе геотермометров

Главная / Направления деятельности / Научная деятельность / Научные статьи сотрудников / Прогноз глубинных температур в недрах Гейзерной гидротермальной системы на основе геотермометров

Список статей / Состояние уникального Узон-Гейзерного природного комплекса / Прогноз глубинных температур в недрах Гейзерной гидротермальной системы на основе геотермометров

Автор: Батаева О. П.

Для установления прогнозных геотермальных ресурсов гидротермальных систем необходим оценочный прогноз глубинных температур, который в случае неразбуренных гидротермальных систем проводится на основе показаний ионных геотермометров.

Теоретические предпосылки по определению глубинных температур с помощью данных о гидрохимии в очаге разгрузки, а также практическое их применение в последнее время получили освещение в зарубежной и отечественной литературе.

Глубинные температуры геотермальной системы являются важнейшей характеристикой ее энергетического потенциала.

Применение геотермометров для оценки глубинных температур теплоносителя-обязательная часть геохимических исследований. Геотермометры разработаны в результате интенсивных исследований геотермальных систем в конце 60 годов в связи с их практическим освоением, а также в результате успехов в области эксперементальной геохимии. По-видимому, Фурнье и Роу впервые количественно оценили глубинные температуры по содержанию SiO2 в воде горячих источников и скважин. В настоящее время условно можно выделить три основные группы: 1) геохимические или ионные геотермометры; 2) газовые; 3) изотопные

Важнейшим достоинством Na/K геотермометра является наименьшая по сравнению с другими геохимическими гермометрами заависимость от побочного влияния процессов фазового разделения и смешения гидротермальных растворов с холодными метеорными водами.

Большая группа SiO2 геотермометров выведена эксперементально по растворимости различных форм SiO2 и некоторые из них скорректированы с учетом возможного испарения и охлаждения раствора, осаждения кремнекислоты. При этом учитываются: 1) температурный интервал, 2) эффект отделения (потери) пара, 4) смешение с холодными грунтовыми водами, 3) возможное осаждение кремнекислоты до отбора пробы, либо осаждение и полимеризация в процессе хранения, 5) влияние рН раствора на избыточную растворимость кварца, 6) совместное участие нескольких кварцевых минералов в формировании ионного состава раствора.

Кварцевый геотермометр хорошо работает в интервале 0–250°С. В уравнение температурной зависимости вводится абсолютное содержание SiO2 в растворе, поэтому этот геотермометр чутко реагирует на изменение этого параметра. Если в результате вскипания флюида происходит потеря пара, то концентрация кремнекислоты в растворе возрастает пропорционально весовой доле утеренного пара. Это обстоятельство необходимо учитывать при пересчете температур по анализам содержания SiO2 в воде кипящих источников. При кондуктивном охлаждении потери пара не происходит. Для адиабатического охлаждения используется уравнение, учитывающее потерю пара. Если происходит смешанный механизм, то искомая температура должна находится в интервале граничных значений температур, рассчитанных по уравнениям с учетом и без учета потерь пара.

Предполагается, что воды гидротермальной системы, имеющие метеорное происхождение, испытав нагрев на глубине, проявляется на поверхности в виде источников. Причем, если вода будет нагрета на глубине выше температуры кипения, то при подъеме к поверхности она будет охлаждаться адиабатически или кондуктивно; если глубинная температура меньше температуры кипения то источник может иметь ту же самую температуру или немного ниже.

Достижение равновесия в резервуаре при относительно постоянной температуре и достаточном времени взаимодействия является реальным процессом. Но вследствие различных путей подъема воды на поверхность равновесия могут остаться 1) глубинными — для случая быстрого подъема воды без промежуточного резервуара, где не происходит химических реакций; 2) нарушенными — на пути подъема воды имеются приповерхностные резервуары, где происходит перемешивание вод с различной температурой и минерализацией; в этом случае возникают новые равновесия, которые отражают новые температурные условия, свойственные поверхностным резервуарам.

Оценка глубинных температур в недрах Гейзерной гидротермальной системы.

В табличных приложениях к отчету приведены отдельно расчеты глубинных температур. Использовались кварцевые и натрий калиевые термометры.

В случае силикатного геотермометра температуры определялись по кварцевым термометрам, предполагая кондуктивное или адиабатическое охлаждение воды до выхода на поверхность.

Наиболее высокие температуры для гейзеров, кипящих и пульсирующих источников на гейзерном термальном поле показывает силикатный термометр (кондуктивное и адиабатическое охлаждение). По сравнению с натрий-калиевым он сильно завышает глубинные температуры. Средняя глубинная температура по кварцевым термометрам -180°С, притом термометр, учитывающий потерю пара при адиабатическом охлаждении, более точный, чем кондуктивный. Интервал температур колеблется от 150 — в источниках группы щита Древний, где идет разбавление термальной воды грунтовой до 200-гейзеры Сахарный, Тройной и Сосед.

Натрий-калиевый термометр работает здесь лучше, в среднем температура в недрах системы по термометру 150°С. На термальном участке с гейзерами Тройной, Сосед и Сахарный темперпатура — 168°С, в источниках группы щита Древний -115°С (это естественно, так как концентрации натрия и калия в термальных источниках щита Древнего из-за поверхностного метаморфизма с участием ионно-обменных реакций с травертинами отличаются от термальной воды гейзеров).

На графике геотермометров источников вулкана Кихпиныч явно завышена температура по натрий-калиевому термометру, т.к. на этом участке происходит выщелачивание катионов, кварцевые термометры вероятнее всего показывают истинные глубинные температуры, которые хорошо коррелируются с поверхностными температурами.
Таблица 1

Геотермометр Температурный интервал, С Выражение концентрации Автор Примечание
0–250 мг/л Фурнье (1977) Кварц; без потери пара при кондук
тивном охлаждении
0–250 мг/л Фурнье (1977) Кварц; потеря пара при адиабатическом охлаждении
0–245 мг/л Уайт,Эллис
(1970)
  1. Геотермические и геохимические исследования высокотемпературных гидротерм. М «Наука» 1986 г., стр. 161–164.
  2. В.А. Ильин, В.И. Кононов, Б.Г. Поляк, С.В. Козловцева. Оценка глубинных температур с помощью гидрохимических показателей.//»Геохимия» № 6 1979 г.
  3. В.М. Сугробов. Н.Г. Сугробова. Особенности разгрузки высокотемпературных подземных вод в Долине Гейзеров. // «Вопросы географии Камчатки №10, 1989 г.
  4. Действующие вулканы Камчатки. М. «Наука», 1991 г.