Горячая вода, накопленная в геотермальных системах, может иметь различное происхождение. Она может быть метеорной водой, которая циркулировала на больших глубинах и оказалась нагретой. В том случае, когда местный высокий геотермический градиент обусловлен интрузией магмы, вода может высвобождаться из магмы в процессе охлаждения и кристаллизации; такая вода может стать частью системы термальных вод. Воды в ареолах активного метаморфизма, выделяющиеся из водосодержащих минералов горных пород в процессе рекристаллизации и дегидратации этих минералов при повышенных температурах и давлениях, могут достичь поверхности Земли в виде источников. Термальные воды в областях осадконакопления представлены преимущественно измененными реликтовыми водами, захваченными в процессе формирования осадков; однако эти воды (например, рассолы нефтяных полей) обычно не имеют достаточно высоких температур, чтобы рассматривать их в данном обзоре.
В районе, характеризующемся высоким тепловым потоком, на метеорные воды, проходящие на значительные глубины по трещиноватым или пористым горным породам, накладывается воздействие различий плотности, которые возникают по мере того, как вода нагревается кондуктивно. При этом в системе горных пород устанавливается цикл конвективного течения вод, и в благоприятных условиях вода, нагретая до высоких температур на глубоких горизонтах, может возвратиться к поверхности. Эти благоприятные условия состоят в следующем: геологические структуры, обеспечивающие циркуляцию воды до глубоких горизонтов; достаточно медленное прохождение вод; большая площадь поверхности соприкасающихся с ними пород, необходимая для осуществления достаточного теплообмена; пути обратного движения к поверхности Земли по разломам, трещинам или проницаемым слоям.
Чтобы система имела практическое значение в качестве источника геотермальной энергии, необходимо накопление горячих флюидов в близповерхностных горизонтах. Многие геотермальные системы имеют непроницаемую «шапку» горных пород, предотвращающую быстрое истекание из конвективной системы и вызывающую латеральное распространение горячих вод в нижележащих формациях пород. В геотермальной области Импириал-Валли в Калифорнии непроницаемый комплекс глинистых отложений представляет экран как для истекания горячих вод из пористых песчаников, так и для кондуктивного потока тепла. В геотермальных полях Уайракей и Бродлендс залегающие близ поверхности непроницаемые аргиллиты и потоки риолитов вызвали соответственно латеральное распространение и накопление горячих вод в пористых пемзовых брекчиях. Факка и Тонани отметили, что существует естественная тенденция к самозапечатыванию геотермальных систем за счет близповерхностного отложения кремнезема и кальцита. Этот факт, а также данные изотопного анализа и химического баланса позволили создать модель, в которой краткие периоды (порядка 10в3 лет) главного истекания вод из системы чередуются с длительными периодами (10в4—10в5 лет) кондуктивного нагрева воды и ее незначительного истекания. Наступление периодов главного истекания может быть вызвано тектонической деятельностью или гидротермальным взрывом. Доказательством этого утверждения служат главные террасы, сложенные кремнеземом, указывающие на то, что в термальных областях активность была в прошлом значительно большей, чем в настоящее время. В некоторых из таких областей слабого вытекания вод бурением была обнаружена современная главная подземная система горячих вод.
Главная