Гидродинамические условия горно-складчатых областей

В горно-складчатых областях по гидродинамическим особенностям выделяется два типа гидрогеологических структур: межгорные артезианские бассейны и горные массивы трещинно-жильных водонапорных систем. Поскольку последние являются гидрогеологически раскрытыми структурами, основной областью формирования минерализованных вод с повышенным содержанием мнкрокомпонентов здесь являются полузакрытые водонапорные системы (бассейны) в межгорных депрессиях.

Нижний гидродинамический этаж межгорных артезианских бассейнов обычно сложен осадочными и осадочно-вулканогенными отложениями, в которых формируются пластово-поровые и пластово-трещинные металлоносные минерализованные воды, насыщенные углекислотой преимущественно термометаморфического генезиса.

Благодаря отсутствию регионально выдержанных мощных водоупоров нижний гидродинамический этаж межгорных бассейнов характеризуется лучшей промытостью по сравнению с платформенными артезианскими бассейнами. Соответственно общая минерализация углекислых металлоносных вод межгорных бассейнов значительно ниже, чем в платформенных впадинах. И только при наличии соленосных отложений она может достигать 150 г/л в зоне замедленного водообмена.

В межгорных бассейнах с широким развитием карбонатных пород распространены трещинно-карстовые воды, не содержащие высоких содержаний микрокомпонентов. Мощность зоны активного водообмена пресных вод в межгорных депрессиях может доходить до 2 км.

Обогащенные микрокомпонента ми глубокие термальные воды формируются, как это было охарактеризовано на примере конкретных месторождений углекислых металлоносных вод, в гидростатически экранированных зонах разломов. Скрытая разгрузка углекислых трещинно-жильных вод в верхних водоносных горизонтах проявляется, по данным исследований Г.С. Вартаняна, в виде гидродинамического купола. Это увеличение сечения потока восходящих углекислых металлоносных вод в зоне разгрузки вызывается резким падением градиентов напора.

Растекаясь в пластовом водоносном горизонте пресных вод, углекислые металлоносные воды наследуют направление их движения. Восходящий углекислый поток оттесняет от водовыводящей трещинной зоны пресные холодные воды и выходит на поверхность, образуя открытый газирующий очаг разгрузки. Скрытая разгрузка соленых металлоносных углекислых вод фиксируется в вышележащих водоносных горизонтах по повышенным величинам пьезометров, аномальному газовому и солевому составу.

В областях проявлений современного вулканизма динамические особенности глубоких трещинных металлоносных гидротерм в виде бурного парообразования и газоотделения в очагах разгрузки оказывают сильное воздействие на процессы концентрирования и рассеяния растворенных химических веществ.

Под современной гидротермальной системой обычно подразумевают водонапорную систему термальных вод с четко выраженными областями теплового питания, стока и разгрузки. В тех слу-^ чаях, когда эти системы экранированы слабопроницаемыми литологическими образованиями или какими-либо тектоническими структурами (надвиги, сбросы и др.), в их нижней гидростатически закрытой зоне формируются металлоносные термальные воды.

Эффективная трещинная водопроводимость и коэффициенты фильтрации гидротермальных систем Камчатки, обогащенных микрокомпонентами, по данным Ю.Ф. Манухина, достигают 487 м2/сут и 12,6 м/сут.

Динамическая пористость рыхлых пирокластических отложений, слагающих верхний динамический этаж гидротермальных систем, колеблется от 0,1 до 0,2. Как правило, последние приурочены к нижним погруженным частям артезианских склонов вулканических массивов и межгорным депрессиям. В гидродинамическом отношении они расчленяются на два этажа: маломощный верхний с преимущественно пластово-трещинным движением холодных слабоминерализованных и охлаждающихся термальных вод и глубокий нижний, в котором движение перегретых соленых металлоносных вод происходит исключительно по крутовосстающим разломам и тектонически нарушенным зонам.

Максимальные величины напоров глубоких минерализованных термальных вод достигают 26 м над поверхностью земли при среднем превышении водоразделов 800—1000 м над открытыми очагами их разгрузки в долинах рек.

Удельные дебиты скважин колеблются от 0,03 до 0,3 л/с. По расчетам В.В. Аверьева, возраст наиболее молодых гидротермальных металлоносных систем Камчатки в среднем составляет всего 10 тыс. лет. Уровенный режим этих систем более стабилен, чем у относительно старых и соответственно более промытых в верхней части гидротермальных систем, отличающихся поэтому более слабой минерализацией, меньшей хлоридностью и металлоносностью вод.

В наиболее минерализованных металлоносных гидротермальных системах воды движутся с меньшей действительной скоростью (до 600 м/год) по сравнению с другими относительно более старыми зрелыми гидротермальными системами, что и объясняет их более высокую минерализацию и обогащенность микрокомпонентами.

По мнению Ю.Ф. Манухина, движение термальных металлоносных вод в вулканогенно-осадочных водовмещающих породах носит в основном ламинарный характер и лишь в ограниченном околотрубном пространстве самоизливающихся глубоких скважин приобретает ламинарно-турбулентный режим.

В активных вулканических областях, как показало глубокое гидрогеологическое разбуривание гидротермальных систем Камчатки и Курильских островов до глубины 2 км, можно выделить лишь три гидродинамические зоны: весьма интенсивного, интенсивного и замедленного водообмена. Обогащенные микрокомпонентами азотно-углекислые и углекислые термальные воды формируются соответственно во второй и третьей зонах интенсивного и замедленного водообмена под экраном слабопроницаемых эффузивных образований.

По данным исследований В.В. Аверьева, В.М. Cyгpoбова, Е.А. Бакина и Ю.X. Манухина, на раннем этапе формирования гидротермальной системы в результате прорыва эндогенного флюида, активизирующего водообмен в глубинной зоне, образуется локальная зона дренирования, стягивающая глубокие перегретые (<100°С) воды с пониженной вязкостью и плотностью. С появлением новых очагов разгрузки естественная депрессионная воронка растет, подтягивая как термальную, так и холодную воду с прилегающих территорий. Это приводит к усилению водообмена с поверхностью, падению температуры и общей минерализации глубоких термальных вод. Градиент гидростатического напора при этом растет.

Итак, в отличие от платформенных гидрогеологических структур, вмещающих металлоносные рассолы, гидродинамические условия формирования последних в горно-складчатых областях, особенно в районах активного вулканизма, характеризуются водообменом повышенной интенсивности. Этому способствуют высокая активность тектонических, сейсмических и вулканических процессов, ускоряющих движение вод в глубоких горизонтах гидротермальных систем. Зона замедленного водообмена в горно-складчатых областях смещается на значительно большую глубину вследствие отсутствия регионально выдержанных водоупоров, значительного превышения и более близкого расположения областей питания по отношению к областям разгрузки.