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​.

Отбор проб (доктор Ли Джаэли, Зиппа Е.В.)

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.

Отбор проб (Зиппа Е.В.)

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