ГлавнаяБуровыми скважинами в областях развития горячих вод, указанных в табл. 13.1 (первые 15 областей), были вскрыты смеси пара и жидкой воды, пропорции которых зависели от первоначальной температуры ниже земной поверхности. Тем не менее в некоторых областях с низкой проницаемостью пород отмечалось постепенное возрастание отношения пар/жидкость. В областях Лардерелло, Гейзеры и главным образом в Мацукава после короткого периода разгрузки из скважин начинал выходить только пар. Составы потоков пара не меняются в зависимости от давления отбора, однако для продуктов разгрузки, представленных смесью пара и воды, подобные изменения в зависимости от давления, при котором отделяется пар, происходят, что вызвано особенностями распределения растворенных веществ между фазами.
В паровой фазе содержится большая часть газов, которые первоначально были растворены в горячей воде глубокой циркуляции. В табл. 13.3 приведены аналитические данные для пара, выделившегося из продуктов разгрузки скважины при атмосферном давлении, данные о доле пара в продуктах разгрузки и также о рассчитанных суммарных концентрациях газов в глубокозалегающих подземных водах. Этот расчет имеет значение только в тех случаях, при которых подток к скважине представлен одной жидкой фазой. Там же, где в подтоке к скважине участвует пар, выделившийся во вмещающие породы, энтальпия разгрузки превышает энтальпию воды для температуры внутри скважины, измеренной или рассчитанной с помощью кварцевого геотермометра (см. ниже).
Для различных областей содержание газа в паре из буровых скважин сильно меняется: от минимальных значений приблизительно 0,01 мол. % до многих десятых процента; при этом содержание двуокиси углерода часто превышает 80% общего количества газов. В большинстве вулканических гидротермальных областей следующим наиболее распространенным газом является обычно сероводород, однако в областях развития осадочных или метаморфических пород более распространенным может оказаться метан. Газы, связанные с более низкотемпературными (приблизительно 100°С) термальными водами в областях развития третичных исландских базальтов, содержат преимущественно азот. Состав пара в районе Гейзеров достаточно отличен от состава пара в области Лардерелло, характеризуясь сравнительно высокой долей метана и водорода и низкой концентрацией борной кислоты. На основании данных о концентрации борной кислоты в паре Лардерелло (температура отделения 220° С) было определено, что концентрация ее в глубоко расположенной жидкой фазе составляет около 1%.
В некоторых геотермальных областях были выполнены анализы содержания инертных газов: гелия, неона, аргона, криптона и ксенона (табл. 13.4). Для горячих источников Йеллоустон и Лассен отношения концентраций инертных газов (за исключением гелия) позволяют предполагать, что их происхождение связано с растворением воздуха в холодной воде]. Тем не менее отношение Ar/Не составляет для этих областей примерно 60 (в сравнении с ним в холодной аэрированной воде ожидается отношение, приблизительно равное 7000), что указывает на присутствие радиогенного гелия. В скважинах в Уайракее и Лардерелло были обнаружены еще более низкие отношения Аг/Не, составляющие соответственно примерно 20 и 0,65. Было также установлено присутствие радиогенного аргона.
Отношение N2Mr в геотермальных газах более высокое, чем следовало бы ожидать при дегазации насыщенного воздушного раствора в воде, образованного при нормальных температурах. Это отношение достигает значений до 800 в Лардерелло, что свидетельствует об ином источнике азота, а не только об атмосферном. Халстон и Мак-Кейб обнаружили корреляцию между избыточным азотом в пробах из Уайракея и концентрацией водорода в газах, предположив, что оба этих газа могли быть выделены из органического вещества, содержащегося в породах. Однако для Йеллоустона Гантер, проведя суммирование всех данных о количествах выносимых в паре и воде компонентов, смог установить возможность корреляции между выходом азота и аргона и теми их относительными количествами, которые могли бы образоваться за счет растворенного в холодной воде воздуха.
Там, где подток к скважинам представлен только жидкой фазой, имеется возможность увязать концентрацию газов в растворе глубокой циркуляции с парциальными давлениями Pгаз = XKгаз, где X — мольная доля газа в растворе, а Кгаз = Pw/Azw (при низких давлениях газа), где Pw — давление водяного пара, a zw — показатель сжимаемости пара (zw = PwV/BT).
В табл. 13.5 показаны приблизительные парциальные давления конкретных газов в нескольких геотермальных системах. Максимальные парциальные давления газов в паровых выходах в Лардерелло и в районе Гейзеров были получены в расчетах, в которых были приняты законы идеальных газов, а давления водяного пара были приравнены к давлению насыщенного пара при температуре разгрузки. Парциальные давления большинства газов меняются в широких пределах от поля к полю, однако парциальное давление водорода PH2 обычно имеет значение около 0,1 бар. Исключение представляет Эль-Татио, но для этой области парциальные давления всех некислотных газов особенно низкие и предполагается наличие существенной потери газа из горячей воды в процессе ее латерального течения в неглубоком водоносном горизонте через геотермальное поле.