В кальдере вулкана - Геннадий Александрович Карпов

Геофизические и геологические данные свидетельствуют о том, что зона тектонических нарушений имеет здесь крутое падение, и движение гидротерм к поверхности осуществляется по вертикальным или близким к ним каналам (рис. 5). По-видимому, Узон является примером пространственного совмещения в плане очага генерации (зарождения) и зоны разгрузки парогидротерм.

Рис. 5. Схематический гидрогеологический профиль Узокской гидротермальной системы

1 — щелочно-сульфидные, хлоридно-натриевые кипящие растворы с мышьяково-сурьмяно-ртутной специализацией; 2 — хлоридно-сульфатно-натриевые растворы; 3 — сульфатно-хлоридно-бикарбонатно-натриевые растворы; 4 — пресные инфильтрационные холодные воды; 5 — изотермы; 6 —разломы, 7 — пути миграции холодных вод; 8 — пути миграции глубинных гидротерм. I–IV — зоны гидрохимических типов термальных вод

Но какие же причины привели к возникновению разных типов вод на столь ограниченном пространстве? По мнению гидрогеолога Г. Ф. Пилипенко, детально изучавшей гидрохимию Узонских терм, ими являются следующие:

1) подземное вскипание глубинных гидротерм в зоне очага разгрузки, сопровождающееся их дегазацией;

2) разбавление глубинных гидротерм инфильтрационными поверхностными и конденсатными водами, что сказывается в закономерном убывании общей минерализации, температуры и концентрации характерных компонентов от центра очага разгрузки к его периферии;

3) накопление естественных конденсатов парогазовых струй в бессточных водоемах, вследствие чего образуются типичные кислые сульфатные воды.

Увеличение содержания сульфат-иона в термальных водах сульфатного типа по сравнению с хлоридно-натриевым связано с процессом окисления сероводорода и самородной серы, отлагающейся вокруг парогазовых выходов (фото 23). Здесь возникает еще один вопрос. Чем объясняется кислая реакция некоторых термальных озер, например Фумарольного (pH 2–3) и многих средне- и низкотемпературных бессточных грифонов, если по основным компонентам они не отличаются от близнейтральных хлоридно-натриевых вод?

Здесь можно представить ситуацию следующим образом. Как видно из таблиц химического состава термальных вод (и газов), для всех типов терм характерна обогащенность аммонием, бором, сероводородом, метаном, мышьяком, углекислотой. Именно наличие в растворах аммиака, сероводорода и метана служит указанием на высокую восстановительность среды. При фильтрации растворов к поверхности в результате их взаимодействия с вмещающими породами и смешения с поверхностными водами, обогащенными кислородом, происходит самопроизвольный рост Eh. Подобный рост окислительно-восстановительного потенциала играет большую роль в инверсии щелочно-кислотных свойств гидротермальной системы, ибо окисление таких восстановителей исходных растворов, как сульфидная сера, метан, аммиак, способствует появлению ангидридов сильных кислот, которые на общем фоне снижения температуры приводят к заметному раскислению растворов.

Замечено, что пробы воды, отобранные из одних и тех же источников в разное время, различаются по содержанию отдельных компонентов. Чем это вызвано? Вопрос трудный. Наиболее естественно предположить, что гидротермальный процесс является динамичным, меняющимся во времени и в пространстве. Следовательно, как на глубине, в зоне зарождения растворов, так и в приповерхностных горизонтах с течением времени и под воздействием различных причин (тектонических подвижек, отложения минеральных солей, изменения глубины парообразования окислительно-восстановительной обстановки и т. д.) происходит нарушение фазовых равновесий и изменение режима температуры и химического состава растворов. Правильно разобраться во всем этом помогут круглогодичные режимные наблюдения на термальных долях.

МЕТАЛЛЫ В ГОРЯЧИХ ВОДАХ

Термальные растворы Узона выносят на поверхность от 0,5 до 4,5. г/л солей. Среди них имеются и рудные компоненты.

Чтобы установить происхождение рудных компонентов в термальных водах, важно проследить вариации содержания специфических элементов-индикаторов в вертикальном профиле гидротермальной системы. Мы сделали это для мышьяка, сурьмы, меди, цинка и стронция. Было проанализировано 54 выхода термальных вод, в том числе девять скважин глубиной от 2 до 17 м, термальные озера глубиной от первых метров до нескольких десятков метров и разноглубинные проточные и бессточные термальные источники.

Мышьяк. Наличие мышьяка в анализированных источниках варьирует от 0,1 до 8 мг/л. Основная масса мелких термальных источников содержит мышьяк в пределах 0,2–1,7 мг/л. Небольшое количество мышьяка отмечено и в мелких термальных озерах. В то же время в интервале глубин выхода термальных вод от 0,5 до 17 м и глубже все воды с максимально высоким содержанием мышьяка оказались хлоридно-натриевого состава. Однако в мелких источниках с сульфатным составом растворов также встречаются повышенные содержания мышьяка Характерно, что именно к интервалу 0–0,5 м приурочена рудная зона с наиболее высоким содержанием сульфидов мышьяка (см. рис. 4). По-видимому, мелкие источники с сульфатным составом растворов обогащаются мышьяком за счет растворения ранее образованных минеральных осадков. В пользу этого предположения говорят и факты падения содержания мышьяка в источниках, где в силу каких-то причин изменились температура, pH и Eh растворов. В этих случаях растворение минерального осадка сменяется кристаллизацией сульфидов.

Вариации содержания мышьяка в одних и тех же источниках во времени хорошо прослеживаются согласно данным режимных наблюдений на экспериментальной площадке Центрального участка Восточного термального поля. Здесь были установлены дренажные трубки из нержавеющей стали на глубины развития аурипигмента (0,3 м), реальгара (0,8 м) и в подстилающие слои (1,5 м и 2 м). С 1976 г. из этих горизонтов были отобраны растворы через проточную автоклавную систему с параллельным замером t, pH, Eh и концентрации сероводорода. Согласно наблюдениям, как общесолевой состав так и остальные параметры растворов на одних и тех же уровнях отбора проб испытывают вполне закономерные вариации, что отражается и на содержании в ни рудных компонентов. Несмотря на имеющиеся флуктуации содержания мышьяка в пределах одной зоны и разные периоды наблюдений, для каждого периода отмечается заметное увеличение его с глубиной. Особенно хорошо это прослежено в июне 1978 г. Возможно, высокие содержания мышьяка в верхнем, аурипигментном горизонте в мае 1976 г. объясняются разложением сульфидов мышьяка. Визуально это подмечено в июне 1978 г в бессточном источнике, где ранее отлагался желтки аурипигмент. В период отбора пробы минеральный осадок имел уже зеленый цвет (скородит) и содержание мышьяка в растворе достигло 15 мг/л.

Сурьма. Для сурьмы наблюдается несколько иная картина. Ее содержание практически во всех типах растворов (за исключением углекислых) находится в пределах 0,005– 0,01 мг/л. Не обнаружено и определенной зависимости содержания сурьмы ни от t, pH, Eh растворов, ни от глубины источников. Тем не менее в ряде крупных источников глубиной от 0,4 до 1,25 м с преимущественно хлоридно-натриевым составом растворов отмечены аномально-высокие содержания сурьмы, достигающие 0,07– 0,09 мг/л. Практически