ГлавнаяУайт с соавторами дал подробный обзор составов подземных вод всех типов. Составы вод термальных источников были рассмотрены Уорингом и другими, а их классификацию обсуждали Уайт и Эллис и Махон.
В табл. 13.2 приведены концентрации главных компонентов вод нескольких областей, полученных при разгрузке скважин. Концентрации растворенных веществ даны в единицах миллиграмм на килограмм (частей на миллион) для проб воды, взятых в зоне разгрузки при атмосферном давлении и охлажденных до температуры воздуха для проведения анализа. Поскольку при высокой температуре вода кипит, выделяя пар, то по мере того, как она поднимается к поверхности, она оказывается настолько концентрированной, насколько это возможно в зависимости от первоначальной ее температуры и энтальпии разгрузки. Например, из скважины, проводящей нагретую до 250° С воду, при нормальном атмосферном давлении выделяется смесь, состоящая приблизительно на 29,5% из пара и на 70,5% из воды с температурой 100° С. Кроме изменений концентраций меняются также значения pH воды и относительная концентрация кислотных и основных компонентов, что обусловлено удалением таких газов, как CO2 и H2S, в паровую фазу. В табл. 13.2 для многих компонентов, равновесия которых зависят от величины pH, даны суммарные концентрации ионных и молекулярных форм (например, суммарная концентрация CO2, равная CO2 + HCO3- + СО3в2-, выражена как CO2).
В районах выхода кипящих горячих источников, в составе которых преобладает вода, было обнаружено, что общая химическая природа вод источников и буровых скважин одинакова, за исключением тех элементов, концентрация которых контролируется зависящими от температуры, быстро обратимыми равновесиями. В данной области отношение хлора к литию, цезию, фтору, брому, иоду, мышьяку или бору в водах из глубоких скважин часто мало отличается от аналогичных отношений в водах главных поверхностных источников. Наоборот, концентрации большей части главных породообразующих элементов меняются на пути от условий, господствующих на глубине, к условиям естественного истекания.
Воды многих источников, которым свойственны высокая кислотность, высокие концентрации сульфата и низкие концентрации хлорида, имеют поверхностную природу и представляют собой наземные воды или «висящие» водоносные горизонты, нагретые потоками пара. Нагретые паром метеорные воды в условиях застойного подземного режима также могут быть представлены водами с низкой соленостью и высоким содержанием бикарбонатов.
Воды высокотемпературных геотермальных систем ниже уровня кипения и атмосферного окисления представлены часто щелочными хлоридными растворами, pH которых отличается на 1—2 единицы от нейтральных значений pH для данной температуры. Соленость таких вод широко меняется от одного поля к другому; то же свойственно и относительным концентрациям ионов.
Концентрации бора в отношении к хлору могут быть чрезвычайно высокими в геотермальных областях, связанных с осадочными породами, например в Ньяве и Кизилдере. В геотермальной области Бродлендс отмечается возрастание концентраций бора с запада на восток, что коррелируется с увеличивающейся ассоциированностью вод глубокой циркуляции с граувакковыми и аргиллитовыми породами.
Редкие щелочи — литий, рубидий и цезий — концентрируются в основном в водах, связанных с толщами риолитовых или андезитовых пород или с областями развития осадочных пород, имеющих сопоставимый химический состав. Например, в области Ньява в местных осадочных отложениях содержится литий в количестве, близком к среднему его содержанию в риолитах. Высокая концентрация рубидия и цезия в водах Матсао свидетельствует о том, насколько эффективно эти элементы могут быть извлечены из андезитовых пород и концентрироваться в высокотемпературном кислом растворе.
Воды Матсао имеют высокую сульфатную кислотность, которая, очевидно, вызвана реакцией этих вод с сероносными слоями. Близкие условия развиты на неглубоких горизонтах поля Ротокауа, Новая Зеландия; однако глубокое бурение вскрыло разбавленные нейтральные воды, содержащие хлориды щелочей, которые приурочены к слоям, залегающим ниже сероносного горизонта. В Мацукаве небольшое количество воды с высоким содержанием сульфатов и низким содержанием хлоридов, излившейся из скважин на ранней стадии, представляло собой, очевидно, окисленный конденсат, просочившийся через преимущественно паровую зону, подсеченную буровыми скважинами. За исключением ситуаций такого рода, концентрации сульфатов в высокотемпературных водах глубокой циркуляции обычно более низки (даже для системы Рейкьянес, которая питается морской водой).
Далее содержится информация о малых концентрациях металлов в скважинных геотермальных водах, а дополнительные данные о низкотемпературных водах см. ранее. За исключением вод с очень высокой соленостью или кислых геотермальных вод, концентрация рудообразующих элементов в них очень низка (часто <0,01 г/т). Главные породообразующие компоненты — магний, алюминий, железо и марганец — также присутствуют в очень малых количествах в разбавленных высокотемпературных хлоридных водах. Концентрации тяжелых металлов двух областей — Солтон-Си и Серро-Прието — заметно различны (близкие геологические и температурные условия, но соленость вод неодинакова), поскольку в глубоко залегающих горячих рассолах поля Солтон-Си были обнаружены исключительно высокие концентрации тяжелых металлов. В кислых водах в Матсао содержатся значительные концентрации цинка и свинца.