Ученые завершили многолетние комплексные исследования термальных вод. Об участии в проекте, собравшем специалистов из нескольких регионов России и Китая, рассказала Елена Владимировна Зиппа – научный сотрудник лаборатории гидрогеохимии и геоэкологии Томского филиала ИНГГ СО РАН.
Почему это исследование актуально?
В мировой практике термальные воды активно используются в качестве экологически чистого и практически возобновляемого источника энергии. В частности, в США, Исландии, Италии, Германии, Мексике, Турции, Франции и Нидерландах до 50% теплообеспечения осуществляется за счет термальных вод. Благодаря своему химическому составу, термы обладают бальнеологическими свойствами и используются в лечебно-профилактических целях.
Кроме того, термальные воды играют значительную роль в минерало- и рудообразовании, процессах метаморфизма горных пород и при обосновании термодинамических условий недр.
Как правило, термальные воды находятся в районах тектонической активизации и подвержены влиянию современных тектонических факторов. Таким образом, результаты исследования состава терм могут быть использованы для прогнозирования сейсмических событий.
– При эксплуатации месторождений термальных вод часто наблюдаются осложнения в технологическом процессе. Эти осложнения обусловлены солеотложением и коррозией оборудования, спрогнозировать которые невозможно без глубокого изучения состава терм и особенностей их взаимодействия с минералами горных пород, – говорит Елена Зиппа.
Почему для исследования была выбрана именно провинция Цзянси?
На территории провинции широко распространены термальные воды разного состава. Их исследованию посвящено достаточное количество работ, однако российские и китайские ученые провели ряд совместных экспедиций, направленных на комплексное изучение вод.
В ходе полевых работ, которые прошли в 2015-м и 2017-м годах, ученые отобрали пробы из 18 термальных родников для изучения общего химического, изотопного состава и различных форм серы. На основании проведенного исследования специалисты выявили процессы и механизмы формирования состава терм.
В этой работе приняла активное участие и Елена Зиппа. Она выполнила сбор, обработку, анализ и интерпретацию гидрогеохимических данных, провела термодинамические расчеты, расчеты глубинных температур и глубин циркуляции вод. Помимо сотрудников лаборатории ТФ ИНГГ СО РАН, в исследованиях термальных вод провинции Цзянси принимали участие специалисты из лаборатории гидрогеохимии НИ ТПУ (Томск), лаборатории ИПРЭК СО РАН (Чита), лаборатории стабильных изотопов ДВГИ ДВО РАН (Владивосток) и Центра химического анализа и физических испытаний Восточного китайского технологического университета (Наньчан, КНР).
Результаты комплексного исследования вещественного состава, обоснование процессов и механизмов формирования термальных вод провинции Цзянси могут быть применены для разработки рациональной схемы их использования. Отработанные методики и сделанные учеными выводы можно применить и в российской практике.
Отбор проб термальных вод. На фото слева направо: профессор Гао Бэй (Восточный китайский технологический университет, г. Наньчан, Китай), Зиппа Е.В. (ТФ ИНГГ СО РАН, г. Томск), д.г.-м.н. профессор Шварцев С.Л.
Что удалось установить ученым?
В ходе исследований ученые проанализировали различные геохимические свойства термальных вод Цзянси. Впервые для них обосновано поведение соединений серы в разных геохимических обстановках, проведена оценка их равновесия с основными минералами водовмещающих пород и установлено, что термальные воды находятся на разных этапах эволюционного развития системы вода-порода согласно концепции, сформулированой профессором С.Л. Шварцевым. Суть концепции заключается в том, что вода непрерывно растворяет первичные минералы и формирует вторичные минеральные фазы, что приводит к изменению химического состава вод и геохимической среды.
Кроме этого, для исследуемых вод выявлены отличия в интенсивности растворения и площадях активных поверхностей минералов (поверхности контакта терм с минералами) на различных стадиях развития системы вода-порода, описаны процессы и механизмы формирования терм разного состава и разработана концептуальная модель их формирования.
Ученые выяснили, что формирование терм в провинции Цзянси начинается с атмосферных осадков, которые по тектоническим разломам проникают в недра до глубины 3-6 км и нагреваются до 108-166 ⁰C, принося с собой определенный набор химических элементов (в частности, сульфидов) и газовой фазы (азот, углекислый газ), при этом они непрерывно взаимодействуют с горными породами.
Справка
Исследования выполнены при финансовой поддержке грантов РФФИ 15-55-53122 ГФЕН_а, РФФИ 18-55-80015 БРИКС_т, ГЗ «Наука» Проект FSWW-0022-2020 и РНФ 17-17-01158.
В июне 2020 года по результатам исследования Е.В. Зиппа защитила кандидатскую диссертацию (научный руководитель – д.г.-м.н., зав. каф. – рук. отделения геологии ИШПР НИ ТПУ Н.В. Гусева).
Текст под редакцией Павла Красина
Фото предоставлены Е.В. Зиппой
