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.