Подземная гидросфера

С помощью определения трития установлено, что холодные воды наиболее мощных зон разломов, по которым приподнята центральная часть Северо-Муйского хребта, питаются преимущественно в весенне-летнее время — они имеют возраст меньше одного года. Реки и озера в формировании водопритоков к горизонтальным выработкам пока не участвуют. Что же касается терм, то они отличаются от поверхностных и холодных подземных вод более низкой концентрацией трития — их возраст исчисляется десятилетиями. Эта информация позволила дополнить традиционные методы прогноза водопритоков к горным выработкам.

Продолжительность водообмена в глубоких горизонтах определяется только ориентировочно. Тут важно другое. Если возраст вод и пород совпадает, то мы имеем дело с ископаемыми водами. Чем возраст вод меньше, тем сильнее разбавление просочившимися водами. В артезианских бассейнах, подвергшихся тектоническим перестройкам, ископаемые воды чаще всего вытеснены полностью.

При изучении подземных вод глубоких горизонтов используются главным образом стабильные изотопы, слагающие молекулу воды: данные по изотопному составу водорода и кислорода оказывают неоценимую помощь в диагностике генетического облика подземных вод. Представительную информацию об источнике растворенных веществ содержат изотопы гелия, углерода, серы, стронция, кремния, радиоактивных элементов.

Изотопы водород-2 (дейтерий) и кислород-18 несут в себе информацию о происхождении молекулы воды и отражают ее геологическую историю. Их содержание в исследуемом образце подземных вод позволяет сравнительно быстро найти исходную генетическую разновидность. Правда, надо обязательно учитывать возможное фракционирование и изотопный обмен в подземной гидросфере.

На рис. 12 показан изотопный состав первоисточников подземных вод в виде трех эталонов: за исходный состав инфильтрогенных вод приняты метеорные воды, содержание дейтерия и кислорода-18 в которых на земной поверхности изменяется от тропиков к полюсам по закону прямой линии; эталоном ископаемых вод служит стандарт среднеокеанической воды; гипотетический образец ювенильной воды получен американскими геохимиками по результатам изучения проявлений вещества глубинных зон Земли.

Рис. 12. Диаграмма изотопного состава водорода и кислорода  подземных вод различного генетического облика.

1 — стандарт среднеокеанической воды (SMOW); 2 — гипотетический  образец ювенильных вод; з — линия наземных вод; контуры: 4 — седиментогенных вод в сравнительно молодых артезианских бассейнах, 5 —  концентрированных рассолов Сибирской платформы, 6 — термальных вод Прибайкалья; линии: 7 — углекислых вод Западной Чехии, 8 — парогидротерм Камчатки и Курил.

Нанесем теперь на диаграмму результаты определения дейтерия и кислорода-18 в изучаемых образцах подземных вод (см. рис. 12). Ископаемые воды сохранились в сравнительно молодых бассейнах. Упомянутые выше концентрированные рассолы Сибирской платформы располагаются между эталонами ископаемых и инфильтрогенных вод, представляя, таким образом, смесь этих первоисточников. Смесью являются также фумаролы и конденсаты вулканических извержений на Камчатке и Курилах. А вот в формировании ресурсов термальных вод Прибайкалья ювенильная составляющая, кажется, не принимала участия.

Когда мне пришлось посетить Чехословакию, то, конечно же, я побывал на знаменитом курорте Карловы Вары и отобрал из здешних термальных источников пробы воды на изотопный анализ. Ведь именно «Карлсбадскому шцруделю», как тогда называли главный источник Карловых Вар, Э. Зюсс приписывал ювенильное происхождение. С нетерпением ждал я изотопных определений. Мнение великого геолога не подтвердилось. Термы Карловых Вар, как это можно видеть из рис. 12 и табл. 6, оказались поверхностного происхождения — по концентрации дейтерия и кислорода-18 они не отличаются от наземных вод района и ничего общего не имеют с гипотетическим стандартом ювенильных вод. На метеорную их природу указывает также наличие в углекислых водах трития, достигающее 10–15 тритиевых единиц.

Однако ювенильное происхождение в термальных водах могут иметь некоторые компоненты их состава — углекислота, сульфат, гелий, фтор, стронций и т. д. И не только на Камчатке или в Карловых Варах. В термах Прибайкалья, как свидетельствуют изотопные определения, гелий появился главным образом из мантии.