Картирование минеральных и термальных вод
Обобщение материалов по подземным минеральным и термальным водам обычно завершается составлением карт по различным методикам. Рассмотрим их, начиная с карт, вышедших в странах Европы, где картирование указанных вод получило широкое распространение.
В гидрогеологическом атласе Венгрии на карте минеральных и лечебных вод масштаба 1:1 000 000 (1961 г.) нанесены скважины, вскрывшие указанные воды, отмечены их глубина и интервал опробования. Размеры условных знаков отражают дебиты в следующих градациях (л/мин): 0—100, 100—500, 500—1000, более 1000. У знаков скважин круговыми диаграммами изображен состав минеральных вод, внутри диаграмм знаками разной формы показана их температура, °C: 20, 20—25, 25—35, 35—40 и 40.
На карте минеральных и термальных вод Франции масштаба 1:1 000 000 сплошной цветной закраской показаны геологические комплексы пород, на фоне которых нанесены проявления минеральных и термальных вод. Значками и их комбинацией нанесены главные анионы, символами — катионы и газовый состав. Заливкой всего или части значка показана минерализация в градациях (г/л): 0,5; 0,5—1; 1—2 и 2. Цвет значка указывает температуру воды на выходе, причем термальными считаются воды с температурой выше среднегодовой для данной местности на 4° С, холодными — ниже этой температуры, а гипертермальными — имеющие температуру выше 50° С. На карте нанесены курорты, заводы розлива воды и др.
На картах минеральных и термальных вод того же масштаба, помещенных в «Атласе карт подземных вод Франции», изданном в 1970 г., показаны выходы минеральных холодных и термальных источников, а в перечне последних к их названию добавляется краткая характеристика.
Опубликованная в 1966 г. карта минеральных и лечебных источников Австрии составлена в масштабе 1 : 500 000. Источники разделены па пять типов: хлоридные — горькие; сульфатные — серные и гипсовые; гидрокарбонатные — углекислые и мофеты; источники, содержащие один или несколько следующих микрокомпонентов: мышьяк, железо, под, радий, серу; термы.
В. Карле считает, что методика составления карт должна меняться в зависимости от строения территории и целей проводимой работы. Для крупномасштабных карт, при изучении отдельного района обычно с несколькими группами месторождении минеральных вод последние изображаются на фоне геологической обстановки с помощью нескольких кругов разного радиуса и различной штриховки или окраски по методу Р. Удлуфта. Этими кругами, с радиусами разной величины отображены сумма твердых диссоциированных и недиссоциированных веществ и растворенных газов, в верхней половине внутреннего круга с помощью штриховки показывается содержание анионов, в нижней (точками) — катионов. Для цветовых вариантов рекомендуется термальность вод отражать красным цветом, для катионов желательны холодные тона (зеленый, голубой, серый), для анионов — теплые (желтый, красный, оранжевый).
Наоборот, на мелкомасштабных картах, охватывающих большие пространства, распространение основных типов минеральных вод можно показывать упрощенными символами, как это сделано на гидрогеологической карте ФРГ масштаба 1:500000.
Наиболее полную характеристику минеральным водам крупных, территорий может дать, по мнению В. Карле, генетический подход, причем при этом целесообразно составлять серию специальных карт, на которых, кроме фактического материала по минеральным водам, следует помещать важные с генетической точки зрения геолого-тектонические данные. Так, например, серия карт Центральной Европы включает девять карт масштаба 1:1 000 000, составленных по данным 2200 проявлений минеральных вод, и шесть карт типов минеральных вод масштаба 1:4 000 000. К. последним относятся: 1) соленые воды — типы и концентрация; 2) соленые воды — генезис и возраст; 3) сероводородные воды; 4) йодные, радиоактивные, мышьяковистые воды и воды с тяжелыми металлами; 5) углекислые воды и мофеты; 6) термальные воды (рис. 17). Основные свойства минеральных вод, как видно из условных обозначений к картам, показаны простыми символами (значками); комбинируя последние, можно достаточно полно охарактеризовать все свойства сложных типов минеральных вод.
Аналогичный подход к изображению состава и температуры минеральных вод был применен ранее, при составлении карты минеральных вод Чехословакии (1963 г.).
Карты минеральных вод ГДР, составленные до 1970 г. отображали распространение главных их типов, важнейшие проявления, а также провинции на основе данных геологии, гидрогеохимии и динамики подземных вод региона.
В последующих работах подход к составлению карт изменился в сторону более детального отображения на них не только площадного распространения различных типов минеральных вод, но и выявления геохимических связей между ними при одновременном показе изменчивости этих вод в пространстве. Содержание карты в связи со сложностью нагрузки разнесено на два листа. На первом листе отображены минеральные воды в кайнозойских и мезозойских формациях с отдельным показом таковых в пестрых песчаниках нижнего триаса, на втором — минеральные воды палеозойских отложений с характеристикой вод цехштейна. Различными оттенками цвета на картах показана минерализация вод в разных зонах и данные по гидрохимическим коэффициентам (rNa/rCl, rSО4/rCl и rCl/rBr). На каждом листе отражено также распространение соленосных отложений, диапировых структур, максимальных содержаний пода и брома, глубины залегания рассолов (при минерализации 35 г/л и выше) и поверхности минерализованных вод, к которым в ГДР относятся воды с содержанием хлористого натрия 1 г/л, практически это воды с общей минерализацией 2 г/л и более. Последнее обусловлено, по мнению авторов, тем, что в некоторых местах, в частности в Тюрингском бассейне, к питьевым относят воды с минерализацией до 2 г/л и высоким содержанием сульфата кальция.
Помимо кратко охарактеризованной гидрохимической карты, па которую попадает лишь часть территории Польши, была составлена карта минеральных вод всей ее территории в масштабе 1 : 1 500 000 (1974 г.), а также «Гидрогеохимический атлас Польши» (1977 г.). При составлении первой карты в основу легли генетические критерии; принципы, принятые при составлении карты, были выработаны Комиссией минеральных вод Международной ассоциации гидрогеологов (IAH). Ba карте показаны основные гидрогеологические структуры — артезианские бассейны платформ, предгорных прогибов и межгорных впадин; гидрогеологические массивы — области выступающих на поверхность или неглубоко залегающих кристаллических или карбонатных пород и область складчатого флиша Внешних Карпат. Геологические элементы учтены на карте в объеме, отражающем их значение для формирования и миграции минеральных вод, например, разрывные дислокации, границы распространения соленосных отложений, литология пород, слагающих гидрогеологические массивы. Распространение основных типов минеральных вод по площади показано цветом, в вертикальном разрезе — цветовыми полосами. Дополнительная характеристика минеральных и термальных вод отображена около водопунктов комбинацией значков и цвета. Здесь приведены газовый состав в градациях (мг/л): углекислота 250—1000 и более 1000; сероводород 1—10; 10—50 и более 50; радон 2 нКи/л; температура, а также содержание следующих микрокомпонентов: I, Br, Fe, Mn, F, В, SiO2, As. Изолиниями на карте показаны глубины распространения минеральных вод с температурой 50° С.
Гидрохимический атлас Польши состоит из 13 карт масштаба 1 : 2 000 000 и 24 карт масштаба 1 : 4 000 000, на которых показаны распространение и химический состав подземных вод основных водоносных горизонтов и комплексов, дана оценка возможности практического использования их для питьевых и производственных нужд, а также в лечебных целях, по возможности оценены запасы. Для каждой из карт цветом показана минерализация (г/л) подземных вод в градациях: 1; 1—10; 10—35; 35—50; 50—100; 100—200; 200; содержание брома (мг/л): 10—50; 50—250; 250—1000; 1000; иода (мг/л); 5; 5—25; 25—100; 100. При наличии данных, около водопункта особыми знаками показаны содержание углекислоты и сероводорода соответственно (мг/л): 1000—2000; 2000 и 1—5; 5—100; 100. В зависимости от степени изученности на картах штриховкой отображен химический состав подземных вод по анионам и катионам (в ммоль %) в градациях: 80; 50 и 20, Следует заметить, что, хотя согласно принятым в Польше правилам, к минеральным относят воды с минерализацией более 1 г/л, на карте во избежание отнесения к таковым вод, загрязненных вследствие хозяйственной деятельности человека, граница их поднята до 2 г/л.
В последние годы был предложен новый способ отображения, на картах вертикальной гидрохимической зональности. Вместо применения точечных, линейных или площадных знаков на карту наносят графики и диаграммы — врезки по опорным пунктам, отражающие гидрохимическую зональность, — изменение минерализации и ионного состава вод по глубине при одновременном показе геологического разреза. Опыт составления крупномасштабных карт для отдельных районов Польши и ГДР показал простоту и хорошую читаемость карт и возможность отображения на них данных о минеральных, промышленных и других типах подземных вод.
В основу карты минеральных вод Румынии (1974 г.) положены представления о тесной генетической связи минеральных и термальных вод с геологическим строением территории, в частности с литологическим составом пород, их фациями и тектоническими структурами. Кроме названных геологических факторов, на карте показано распространение 12 типов минеральных и термальных вод (см. выше, раздел «Классификации»), а также основные курорты, бальнеолечебницы, заводы розлива и т. д.
К. Щерев составил карту минеральных вод Болгарии масштаба 1 : 1 000 000. В основу ее построения положены генетические вещественные и энергетические закономерности, присущие-минеральным водам. На карте с учетом разработанной модели системы экзогенных минеральных вод и их естественнонаучной классификации цветом показаны их генетические типы: инфильтрационные (метеорные) и седиментационные (ископаемые) и их провинции — азотная и углекислая для первого типа, морская и озерная — для второго. Расчлененность провинций по генетическим типам (семействам), литолого-мннеральный состав водовмещающих пород, газовый состав вод показаны знаками; распространение типов вод в разрезе — цветовыми полосами. Очень детальная разработка таксонометрических подразделений минеральных вод по генезису, минерализации, химическому и газовому составу,, температуре, содержанию микрокомпонентов (I, Br, S, B, F, Fe, As, Сорг), приведенных в приложении к карте в виде диаграмм и таблиц, позволяет с помощью системы цветовых кружков отобразить истинный или прогнозный характер минеральных вод в основных пунктах или же по отдельным слабо изученным районам.
Ж. Петрович в 1976 г. составил схематическую карту термоминеральных вод Сербии. С учетом основных гидрогеологических структур (артезианские бассейны, складчатые области, гидрогеологические массивы) и химического состава термальных вод на карте показаны четыре провинции углекислых вод молодой магматической и термометаморфической деятельности; азотных и азотно-кислородных термальных вод в областях молодых тектонических движений; азотно-кислородных и радоновых вод массивов кислых кристаллических пород; азотных, азотно-метановых и метановых вод артезианских бассейнов. Распространение по площади и взаимосвязь отображены штриховкой, газовой п химической состав вод и их генезис — комбинацией различных значков.
Идеи, выраженные на картах минеральных и термальных вод, составленных по отдельным странам Европы, дополненные идеями советских ученых и опытом составления подобных карт в Советском Союзе, нашли свое отражение на составляемой и частично опубликованной Международной карте минеральных и термальных вод Европы масштаба 1 : 1 500 000, подготовленной Комиссией минеральных вод Международной ассоциации гидрогеологов (IAH).
На карте выделены основные типы гидрогеологических структур (артезианские бассейны платформ и краевых прогибов, меж-горных впадин, гидрогеологические складчатые области, гидрогеологические массивы, наложенные вулканические бассейны), обозначаемые определенным знаком в виде дроби, в числителе которой указывают тип и номер структуры по каталогу, в знаменателе — геологический возраст пород, заключающих минеральные и термальные воды. Для более полной характеристики структур на карте отражены некоторые характерные геологические условия, такие, как состав кристаллических пород, вулканы, главнейшие тектонические нарушения альпийского возраста, соляные купола, а также границы развития эвапоритовых отложений, областей многолетней мерзлоты и современного континентального засоления. Кроме того, изолиниями показаны глубины залегания вод (пород) с температурой 50°С.
Цветом на карте отображено площадное распространение гидрохимических провинций минеральных и термальных вод и их основные генетические типы. Выделено пять провинций: 1) областей современного вулканизма; 2) областей молодых (четвертичных и неогеновых) магматических и термометаморфических процессов; 3) областей новейших тектонических движений; 4) областей артезианских бассейнов (4а — тех же областей с водами, обогащенными специфическими компонентами на площадях развития торфяников или битумов); 5) массивов кислых кристаллических пород. Генезис основных типов минеральных вод определяют по их химическому, газовому и изотопному составу. Выделяют воды атмосферного, озерно-континентального, морского и реликтового происхождения и смешанные типы вод. При наличии в вертикальном разрезе нескольких типов вод последние изображены цветовыми полосами.
Значками на карте показаны основные месторождения и выходы вод, цветом отображен ионный и газовый состав, минерализация, специфические компоненты, температура. Форма значка указывает на современное их использование курортами, бальнеолечебницами, заводами розлива.
В странах Азии и Африки картографический материал по минеральным водам в целом весьма разноплановый. Преимущественное распространение имеют черно-белые карты-схемы размещения проявлений минеральных и термальных вод с показом геологического строения страны или отдельного района. Обычно эти карты-схемы наряду с прилагаемыми таблицами служат иллюстративным материалом публикуемых работ, освещающих те или иные вопросы распространения и формирования минеральных вод.
Аналогичный подход к составлению карт отмечается в странах Северной и Южной Америки, Австралии и в Новой Зеландии, В связи с резко возросшим в ряде регионов объемом исследовании по термальным водам и геотермальным ресурсам вопросы составления карт минеральных вод в них все еще не получили необходимого развития.
Так, например, в США и Канаде карты минеральных вод как по всей территории, так н по отдельным районам несут довольно ограниченную информацию. Обычно на картах с различной степенью детальности отражены геолого-тектонические условия, выходы минеральных или термальных источников, их температура, иногда газовый состав и минерализация. Текст сопровождается таблицами, отражающими данные по химическому и газовому составу, температуре, дебитам, а также геологическую характеристику участка.
Геотермальные системы, их классификация, использование геотермальной энергии. Геотермальная энергия в некоторых странах превратилась в весьма ощутимый источник получения тепловой и электрической энергии. Носителем ее являются термальные воды и их парогазовые смеси. Поэтому закономерностям формирования и распределения этих вод в тектонических структурах Земли, оценке их ресурсов и рациональному использованию уже на протяжении, по меньшей мере, четверти века уделяется большое внимание, особенно странами с богатыми ресурсами этих вод. На рис. 18 показано распространение основных высокотемпературных гидротермальных площадей, перспективных для получения энергии или уже используемых для этих целей.
В 1970 г. в г. Пизе (Италия) и в 1975 г. в г. Сан-Франциско (США) были проведены Международные симпозиумы по проблемам термальных вод.
В появившейся в 1965 г. одной из первых сводок-обзоров геотермальных ресурсов мира Дж. МакНитта главное внимание уделено систематизации сведений о распространении геотермальных площадей на земном шаре, геологическом строении термальных зон, физико-химической характеристике флюидов. Основной упор при этом был сделан на термальные воды высокой энтальпии, преимущественно на парогазовые системы, среди которых к тому времени достаточно хорошо разведанными и изученными было только несколько крупных площадей.
Дальнейшее развитие взглядов Дж. МакНитта о природе геотермальных площадей и их ресурсов отражено в его докладе на конгрессе в г, Пизе в 1970 г., где на основе нового фактического материала он рассмотрел опубликованные к тому времени классификации геотермальных площадей и предложил свою, основанную на особенностях тектонического развития территории. Им выделено три типа и пять подтипов геотермальных площадей:
I. Геотермальные площади, ассоциирующиеся с четвертичными вулканическими центрами:
IA — в структурах, генетически связанных с вулканическими процессами, такими, как кальдеры, периферические трещины, краевые части вулканического аппарата (Мацукава, Отаке, Ауачапан, Паужетка, Монте-Амната, Каса-Дьябло и др.);
IБ — в структурах тектонического генезиса, таких, как региональные нарушения и блоковые структуры (Уайракей, Бродлендс, Паратунка, Гейзеры, Стимбот-Спрингс, Эль-Татио, Серро-Прието, Рейкьянес, Намафьялл, Олкариа и др.).
II. Геотермальные площади, связанные с кайнозойским тектогекезом:
IIA—в блоковых структурах в пределах складчатых нарушении (Ларде-релло, Кызылдере, Биоуэй и др.);
ПБ — в рифтовых структурах (Рейкьявик, Рейкир);
IIB — в бассейнах складчатых зон (Венгерский бассейн, неовулканический район Словакии, внутригорный бассейн Грузни).
III. Геотермальные площади в предгорных зонах и платформенных регионах (Карловы Bapu и Соколовский бассейн в Чехословакии; Предкавказье; Степной Крым; Западная Сибирь и др.).
В предложенной Дж. МакНиттом классификации не выделены такие образования, как очаговые, трещинно-жильные и пластовые, однако в ней отражена разница между нагревом водой, циркулирующей на глубину по зонам нарушений, и теплом кондуктивного потока от окружающих пород. Очевидно, что геотермальные площади IIB и III относятся ко второму типу циркуляции, все остальные — к первому.
В эти же годы классификации геотермальных систем были предложены У. Махоном, Д. Уайтом, С. Арнорссоном, В.И. Кононовым, Б.Г. Поляком и А. Трусделлом.
У. Махон выделил вулканические и субвулканические геотермальные системы, которые могут быть парогазовыми или водяными, и невулканические системы. Воды первых па глубине обычно характеризуются нейтральным хлоридно-натриевым составом, меняющимся при подъеме их к поверхности в результате поступления гидрокарбонатов, сульфатов и др.; содержание хлоридов колеблется от десятков миллиграммов до десятков граммов на литр. Генезис растворителя преимущественно метеорный, а на концентрацию микро- и особенно макрокомпонентов (Cl, В, Br, Li, As) влияют такие факторы, как содержание последних в породах, температура, а в некоторой степени н возможный привнос из вулканического очага. Содержание менее растворимых компонентов (SiО2, Ca, Mg, Rb, К, Na) и карбонатов зависит от температуры, pH, минерального равновесия среды и растворимости минералов.
В газовой составляющей превалирует CO2, присутствуют также H2S, H2, CH4, N2 и инертные газы, общее количесво их составляет 0—5 вес. % от глубинного раствора.
Для парогазовых систем характерно низкое содержание хлора (за исключением высокотемпературных фумарол с HCl). Они содержат только те элементы, которые растворимы в парогазовых системах с низкими давлениями (сера, HCO3 и В соответственно в форме H2S, CO2 н HBO2, затем Hg, NH3); газовый состав сходен с предыдущей системой.
Невулканические системы отличаются большим разнообразием химического состава и минерализации. Последняя изменяется от слабой минерализации инфильтрационных вод до сильной минерализации погребенных (метаморфогенных) соленых вод и рассолов нефтяных и газовых месторождений.
Д. Уайт под геотермальной системой понимает участок земной коры, в пределах которого имеется источник тепла (локальная интрузия или региональный тепловой поток). Геотермальные системы, включающие в себя циркулирующие воды (или флюиды), называются гидротермальными. Поверхностным отражением геотермальной системы обычно является площадь развития термальных источников, фумарол и других очевидных гидротермальных явлений.
Д. Уайт положил в основу выделения геотермальных систем физическое состояние фазовых составляющих, жидких или парообразных, т. е. он различает гидротермальные и парогазовые системы.
Гидротермальные системы весьма широко распространены, особенно в глубоких осадочных бассейнах; однако они представляют собой относительно низкотемпературные системы, которые используются и могут быть использованы в будущем для обогрева, обессоливания, во фреоновых электрогенераторах н т. д. В настоящее время и в ближайшем будущем, как подчеркивает Д. Уайт, основное внимание при получении геотермальной энергии следует уделять высокотемпературным гидротермальным п парогазовым системам.
В Сан-Франциско на Втором международном симпозиуме по использованию геотермальных ресурсов А. Трусделл предложил новую классификацию геотермальных систем с учетом ранее опубликованных. Он выделил четыре основных тина геотермальных систем, основываясь на генетических особенностях источников тепла в последних: вулканические гидротермальные; парогазовые; невулканические термальные; геотермальные субмаринные и промежуточные.
Первый тип — системы с вулканическим источником тепла, изучен достаточно хорошо. Глубинные растворы или флюиды, как правило, метеорного происхождения с содержанием хлоридов 50—3000 мг/л, за исключением тех случаев, когда имеет место взаимодействие с морской или метаморфизованной водой или с эвапоритами. Присутствующие в значительном количестве Na, K, Ca, Mg поступают в воды в результате реакций взаимодействия с породами. Поступление Cl, F, В, CO2 и H2S связано в основном с привносом из магматического очага. Несмотря на то, что экспериментальные работы показали возможность выноса хлора из пород при температурах до 300° С, автор совместно с Д. Уайтом полагает, что выщелачивание пород не может считаться единственным источником поступления хлора в воды этих систем, так как это потребовало бы слишком высокого первоначального содержания его в породах или слишком большого объема выщелачиваемых пород. Однако вопрос об источниках поступления хлора в вулканические гидротермальные системы и в настоящее время однозначно не решен и, как считает А. Трусделл, нужны дальнейшие работы по химико-физическому моделированию и изотопным исследованиям для внесения окончательной ясности в эту проблему. В частности, он считает, что даже присутствие изотопа гелия (3He) в водах геотермальных систем Камчатки (Россия), Лассен Пик (США) и других не может свидетельствовать о прямом участии потока ювенильных компонентов, так как возможно, что гелий входит в состав некоторых вулканических пород и поступает в гидротермальные флюиды при выщелачивании последних.
С другой стороны, присутствие определенных, хотя бы и незначительных количеств магматических компонентов в геотермальных флюидах, как считает А. Трусделл, достаточно убедительно подтверждается тесной временной и пространственной связью и сходным геохимическим поведением определенных вулканических и геотермальных систем. Ярким примером служит вулканическая зона в Taупo (Новая Зеландия), в пределах которой, как показали геохимические исследования, разгрузка фумарол имеет переменную характеристику. Здесь наблюдаются переходы между типичными высокотемпературными эманациями (до 800° С) с высоким значением S/С при отсутствии потока вулканических газов, и почти типичным парогазовым потоком при температурах 300° С с низкими значениями указанного отношения. Несмотря на этот и подобные ему примеры — Татун (о-ва Тайвань), Тамагава и Хаконе (Япония) и другие, для количественной оценки магматической составляющей требуются дальнейшие исследования, в том числе изотопные.
К парогазовым системам отнесены геотермальные системы с выходом насыщенного или слегка перегретого пара без жидкой (водяной) фазы. На земном шаре пока зафиксировано незначительное их число — Лардерслло и Монте-Амната (Италия); Гейзеры и Лассен Пик (США); Мацукава (Япония); Кавах Камоджанг и Салак (Индонезия) и др., но несмотря на интенсивное изучение, генезис их и многие детали строения не вполне ясны. В настоящее время существует несколько гипотез, объясняющих их генезис.
Невулканические геотермальные системы широко развиты по всему миру. Источником тепла в них служит тепловой поток Земли. Повышение температуры подземных вод с глубиной зависит от геотермального градиента местности, значение которого меняется от 25 до 75° С/км или выше. Химический состав вод и закономерности их распространения изучены достаточно хорошо.
Характерной чертой субмаринных геотермальных систем, развитых в прибрежных районах, является сходство их термальных флюидов, являющихся смесью местных метеорных вод, измененных под воздействием высокотемпературных реакций с морскими водами. Воздействие последних сказывается в увеличении содержания кальция, иногда калия и хлоридов и уменьшении содержания магния, сульфатов, иногда натрия. На значительную роль морских вод в подобных системах указывают недавние химические и изотопные исследования в пределах геотермальных площадей Греции, Исландии, Гваделупы, Италии, Японии, Новой Зеландии, Турции, о-вов Фиджи. Своеобразная геохимическая и геодинамическая обстановка в пределах этих систем затрудняет применение геотермометров при исследованиях. Проводящиеся в настоящее время экспериментальные работы по изучению взаимодействия морских вод и пород при различных температурных режимах предоставят новые данные и смогут рекомендовать новые геотермометры для таких систем.
В Европе значительными ресурсами термальных подземных вод, которые можно использовать для получения тепловой и электрической энергии, обладают Венгрия, Исландия, Италия и, возможно, Греция, на территории которой ведутся интенсивные поиски этих вод и имеются благоприятные перспективы для их выявления.
На американских континентах, кроме США и Мексики, значительные ресурсы этих вод установлены в некоторых странах Центральной и Южной Америки, на Азиатском — в Японии, Турции, а также в Новой Зеландии.
В США проблеме практического использования геотермальной энергии уже давно уделяется большое внимание. Основные ресурсы сосредоточены в штатах Калифорния, Юта, Аризона, Невада, Нью-Мексико, где расположены такие широко известные месторождения термальных вод, как Гейзеры, Лонг-Вэлли, Солтон-Си, Меза, Биоуэй и др. Впервые геотермальная энергия в Калифорнии начала использоваться в 1960 г., когда на месторождении Гейзеры была пущена установка мощностью 12,5 тыс. кВт. По данным Дж. Кёнига, мощность геотермальной станции в районе Солтон-Сн к 1965 г. достигала 3 тыс. кВт, станции в г. Техейчейн к 1970 г. должна была достигнуть 220 тыс. кВт, к 1990 г. 779 тыс. кВт. Мощность геостанцни в долине Гейзеров к 1965 г. достигала 27 тыс. кВт, к 1975 г. она возросла до 600 тыс. кВт.
Наличие значительных геотермальных ресурсов совместно с интенсивной разработкой и внедрением новых научных и технологических методов позволяют считать, что в США производство только геотермальной электроэнергии к 2000 г. достигнет уровня выработки электроэнергии 1974—1975 гг., оцениваемого в 365 МВт.
Южнее, в пределах того же тектоно-вулканогенного пояса, сосредоточены геотермальные месторождения Мексики. Наиболее крупная геотермальная площадь Ceppo-Прието расположена в долине р. Колорадо. Уже к 1964 г. четыре скважины давали пар для нескольких установок мощностью 37,5 тыс. кВт каждая, а промышленная ГеоТЭС, начавшая действовать в 1973 г., за два года достигла мощности 75 тыс. кВт.
На территории Центральной и Южной Америки основные ресурсы геотермальной энергии связаны с зоной четвертичного и современного вулканизма и тектонической активности, протягивающейся вдоль Тихоокеанского побережья. На симпозиумах по изучению геотермальной энергии в Пизе и Сан-Франциско были доложены результаты исследований по вопросам размещения и возможности практического использования геотермальных ресурсов в ряде стран (Никарагуа, Гватемала, Колумбия, Сальвадор, Боливия, Перу, Чили).
Наиболее перспективными для получения геотермальной энергии являются месторождения Руис (Колумбия), Ауачапан (Сальвадор), Эль-Татио (Чили). Широкий комплекс работ, проводившихся в пределах последнего, показал, что проявления термальной активности связаны здесь с вулканогенными породами кайнозоя, выполняющими грабенообразную структуру. Суммарная разгрузка термальной воды оценивается в 250—500 л/с при средней температуре поверхностных проявлений 86°С, соответствующей точке кипения на данной высоте, и при среднем значении теплового потока в 147—170 МВт. Последний выше, чем в Японии, но ниже, чем в Новой Зеландии (8,4—85 МВт и 85—567 МВт соответственно). На месторождении планируется строительство ГеоТЭС мощностью 15 тыс. кВт.
Новая Зеландия наряду с Японией и Исландией служит классическим примером страны, богатой геотермальными ресурсами и их наземными проявлениями. Здесь расположены знаменитые гидротермальные месторождения Уайракей и Бродлендс и ряд более мелких (Роторуа, Каверау и др.). Месторождения связаны с активной вулканической зоной Таупо, поток тепла в двух первых месторождениях составляет 85 и 630 МВт соответственно. Практическое использование названных ресурсов началось в 1958 г., когда в Уайракей начала функционировать первая ГеоГЭС. К 1975 г., по данным А. Д. Эллиса, мощность действующих станций составляла в Уайракей 192 тыс. кВт, в Каверау 10 тыс. кВт, в Бродлендс планировалось увеличение мощности до 100 тыс. кВт. Кроме того, в Новой Зеландии геотермальная энергия очень широко используется в промышленности и в коммунальном хозяйстве.
В странах Африканского континента ресурсы термальных вод изучены еще далеко не достаточно. В последние 10—15 лет начались исследовательские работы по выявлению перспективных на получение геотермальной энергии площадей в Эфиопии (в Даллоле и грабене Тендахо), Руанде, Танзании, Уганде, Нигерии. Так. например, в 1974—1976 гг. широкий комплекс работ по программе ООН проводился в Кении в пределах трех геотермальных площадей — Олкариа (оз. Наиваша); Эбурру (оз. Элементейна) и у оз. Ханнингтон. Была сделана попытка оценки геотермального потенциала осадочного бассейна Южной Нигерии.
В целях выявления закономерностей распространения и формирования термальных вод, изучения их температурного режима в плане и разрезе, химического состава и других вопросов, некоторые страны приступили к картированию этих вод. Так, например, страны-участники Комиссии по планетарной геофизике (KAPG): Болгария, Венгрия, ГДР, Польша, Румыния и бывш. иСоветский Союз составили две геотермальные карты Центральной и Восточной Европы масштаба 1:10 000 000. На первой карте показано распределение температур подземных вод на плоскости среза, располагающейся на глубине 1 км, изотермы проведены через каждые 5° С. Помимо этой мелкомасштабной карты, страны имеющие достаточно большой фактический материал по глубинным замерам температур, составили крупномасштабные карты. В частности, такие карты масштабов 1:500 000 и 1:1 500 000 составлены в Венгрии со срезами, находящимися на глубине 0,5; 1; 1,5; 3 и 4 км. К 1972 г. аналогичная карта масштаба 1:1 000 000 составлена Т. Велиновым. П. Петровым и Д. Георгиевым для территории Болгарии. На ней плоскость среза размещается на глубине 1 км.
Р. Хенель составил мелкомасштабную карту-схему теплового потока для всех стран Европы (рис. 19). В пределах субконтинента отчетливо выделяется ряд положительных и отрицательных аномалий. На севере значения теплового потока составляют — 3*10в-11 Вт-м2, что типично для докембрийских щитов. В Средиземноморье наряду с участками, имеющими аналогичную или близкую интенсивность теплового потока, отмечаются площади с интенсивностью потока ~7,8*10в-11 Bt*м2. В центре Европы с северо-запада на юго-восток, вдоль структур Бретани, Альп и Динарид намечается как бы «порог» аномалий с максимумом в Паннонском бассейне.
В 1976 г. на Международном конгрессе по изучению термальных вод, геотермальной энергии и вулканизма Средиземноморья был представлен макет карты теплового потока юга Европы и Средиземноморья, являющейся частью карты всего субконтинента масштаба 1:5 000 000, подготовленного в рамках Международной комиссии по тепловому потоку (IHFC). В основу ее положены данные по тепловым потокам, распределению термальных источников, связи их с основными тектоническими структурами и возрастом новейших проявлений тектогенеза и термализма.
Термальные подземные воды за рубежом используются по-разному.
В Болгарии ресурсы этих вод весьма значительны и широко используются в бальнеологии, для отопления оранжереи и парников, в коммунальном хозяйстве.
Достаточно большими ресурсами термальных вод с температурой до 100°C обладает Чехословакия. Они приурочены здесь к центральным частям отрицательных структур, характеризующихся повышенным значением теплового потока. Выявлено 10 месторождений таких вод и несколько десятков площадей, перспективных на эти воды, главным образом в Западных Карпатах. Температура воды на глубинах 2000—4000 м находится в пределах 70—100° С, местами выше. Используются термальные воды преимущественно в лечебных целях и очень незначительно для коммунальных нужд и тепличных хозяйств.
Весьма богата термальными водами Венгрия. Основные ресурсы этих вод сконцентрированы в Паннонском бассейне, в песках и песчаниках плиоцена, залегающих на глубине от 400 до 2500 м, и меньшие в подстилающих их отложениях миоцена и триаса. Однако температура этих вод не превышает 100°С. Ресурсы термальных вод оцениваются в пределах 50—300 млрд. м3, а приблизительный объем ежегодно извлекаемой скважинами воды с температурой 30—98° С достигает 160 млн. м3, что эквивалентно использованию 1,2 млн. т нефти. Термальные воды применяют для отопления жилых зданий, теплиц, оранжерей, инкубаторов, а также в бальнеологии.
Широко распространены термальные воды на территории Италии, — это связано с тем, что она расположена в альпийской складчатой области, отличавшейся в геологически недалеком прошлом активной магматической (интрузивной и эффузивной) деятельностью и наличием глубоких отрицательных структур, заполненных осадочными образованиями в непосредственной близости от очагов названной активности. С проявлениями молодого магматизма связано формирование геотермальных месторождений Тосканы, среди которых такое крупное, как Лардерелло с температурой парогазовой смеси на поверхности от 130 до 245° С, Монте-Ампата и др. К артезианским бассейнам на глубине 2000—3500 м приурочены термальные воды с температурой до 100°C.
Используются термальные воды широко, но преимущественно для получения электроэнергии. Еще в 1904 г. на месторождении Лардерелло были заложены первые скважины с этой целью. По состоянию на 1965 г. число эксплуатационных скважин достигло 175, а выработка электроэнергии составила 2527 млн. кВт-ч. На месторождении Монте-Амиата пробурено пять скважин глубиной от 700 до 1600 м, из которых получают пар для выработки электроэнергии.
Кроме электроэнергии, пар указанных месторождений использовался или используется для получения борной кислоты, аммония, углекислого и редких газов.
В Греции, как отмечалось выше, ведутся интенсивные поиски термальных вод, которые можно было бы использовать в практических целях. По данным новейших исследований наиболее перспективной считается восточная часть страны и ее вулканическая островная дуга, на территориях которых известно достаточно большое число проявлений термальных вод. Выявлено семь перспективных площадей, на материке — Сперхиос, Сусаки, Метана и Гарасе, и на островах — Лесбос, Нисирос и Милос.
Богата геотермальными ресурсами и территория Исландии, что обусловлено положением ее в центральной части Срединноатлантического хребта, наличием многочисленных зон разрывных дислокаций и в связи с этим активной вулканической деятельностью, первые проявления которой относятся к началу палеогена и через каждые пять лет отмечаются в современную эпоху. Величина теплового потока достигает здесь 251,2*10в-3 ВТ/м2 при средней для Земли 62,8*10в-3 ВТ/м2.
Выявлены два типа геотермальных площадей — высоко- и низкотемпературные. Температура подземных вод в пределах площадей первого типа на глубине до 1000 м превышает 200°С, па площадях второго типа она не поднимается выше 150°С. На площадях первого типа проявления новейшего вулканизма фиксируются фумаролами, грязевыми вулканами, участками горячей земли, редко сольфатарами и малодебитными источниками в зонах разрывных дислокаций. Поверхностные проявления термальных вод на площадях второго типа представлены многочисленными высокодебитными источниками с температурой воды от 15 до 100°С.
Термальные воды Исландии, как показали исследования Б. Apнасона и др., обнаруживают тесную связь с атмосферными осадками и являются возобновляемыми. В связи с этим они характеризуются невысокой минерализацией, не превышающей 2 г/л и лишь в прибрежной зоне возрастающей до 52 г/л вследствие вторжения морских вод.
Использование геотермальной энергии в Исландии проводится в широком масштабе и в основном направлено на коммунальные нужды и выработку электроэнергии. Суммарная мощность известных в настоящее время 17 высокотемпературных площадей, по данным Г. Пальмасона, оценивается в 10—14 тыс. МВт, низкотемпературных — до 1,5 тыс. МВт.
Помимо выработки электроэнергии, термальные воды используются для обогрева жилых здании, парников, оранжерей, плавательных бассейнов, в бальнеологии и т. д. В частности, обогрев теплиц на острове начался в 1920 г., а производство электроэнергии было налажено в 1943 г. В настоящее время около 60% жителей используют для обогрева тепло воды, к .1980 г. эта цифра должна была увеличиться до 80%. В 1974 г. объем использованной геотермальной энергии примерно соответствовал мощности электростанции в 50 МВт. Это составляет около 4—5% ее запасов и указывает на большие возможности дальнейшего роста производства электроэнергии. Однако в связи с отсутствием внутренней потребности в таком большом количестве электроэнергии и невозможности прямой передачи ее в страны Центральной Европы выдвинут проект получения водорода с помощью электролиза воды для промежуточного накопления энергии с последующей транспортировкой сжиженного водорода в страны-потребители — Проект "Vetni Lift".
Огромными ресурсами термальных вод и постоянно увеличивающимся потреблением их характеризуется Япония. Низкотемпературные воды (до 100°С) используются в промышленности, бальнеологии, сельском и коммунальном хозяйстве и для других нужд. Добыча термальных вод для указанных целен имеет давнюю историю. Уже в 1956 г. на базе 10 578 источников функционировало 1133 курорта, вода 5240 источников использовалась для купания и 2274 — для питья. В 1970 г. в восьми вулканических районах страны имелось 1 1 608 эксплуатационных скважин, поднимавших термальную воду с температурой 25—77° С в количестве 201,2 м3/с. К марту 1972 г. число выявленных в стране термальных источников достигло 16 000, а годовой дебит их оценивался в 6,7*10в7 м3 при количестве тепла, выносимого ими (при средней температуре воды и воздуха соответственно 50 и 10°С), равном 10,9*10в7 ГДж/год. В 1974 г. 1317 населенных пунктов использовали термальную воду 5118 источников и 8085 скважин, дававших ее в количестве соответственно 9,4 и 12,8 м3/с.
Хотя приведенные данные и несколько противоречивы, однако независимо от этого они указывают на большую масштабность использования термальных вод в стране.
Термальные воды с температурой, превышающей 100° С, используются для получения электроэнергии. В настоящее время в Японии работает несколько крупных геотермальных электростанций — Мацукава, Отаке, Хатимантай мощностью 20, 11 и 10 тыс. кВт соответственно. На вновь выявленных площадях планируется ввод новых станций мощностью (тыс. кВт): в Такиноуэ — 50; Xaчобару — 50, Оникобе — 20.