Глава 3 Камеральная обработка полученных данных 3.1 Анализ тепловых полей исследуемого района
Среди тепловых аномалий Северного Кавказа на первый план выступает район Эльбрусского вулканического центра, так как Эльбрус является действующим вулканом в состоянии покоя [4,9].
Установлено, что периферический и материнский магматические очаги вулкана располагаются на глубинах 0—7 и 20—30 км ниже уровня моря соответственно, а геотермический градиент под вулканом составляет 100°С/км [1,5,8]. Полученные данные указывают на наличие существенного температурного воздействия корневой системы вулкана на окружающую ее среду, что находит отражение и в температурном режиме углекислых минеральных вод (УМВ) [4,6].
Сегодня в связи с получением новых данных о тепловых аномалиях в районе Эльбрусского вулканического центра [9,10] представляется важным выяснить характер воздействия вулканических очагов на температуру углекислых минеральных вод.
В работе выполнен анализ процессов современного выноса тепла углекислыми источниками Приэльбрусья в свете новых данных о глубинном строении флюидномагматических структур вулкана Эльбрус.
Большинство геолого-геофизических процессов, связанных с формированием жизненного цикла вулканических центров, определяется магматическими структурами, включая и геотермальную активность.
Оценка потоков энергии стала возможна благодаря изучению геолого-геофизического строения Эльбрусского вулканического центра и термических свойств окружающей среды, определяющих структуру наблюдаемых тепловых аномалий [9,10].
Движение глубинных флюидов к поверхности через разломноблоковые структуры приводит к формированию разномасштабных тепловых аномалий, проявляющихся, в том числе и в изменении температурного режима УМВ.
Измеренные в естественных условиях температуры УМВ Приэльбрусья и прилегающих территорий (всего более 500 источников) колеблются весьма незначительно: 7—12° С, реже температура опускается до 3—5°С или поднимается до 15°С. Исключение составляют теплые нарзаны у западного и северного подножия Эльбруса: 17— 22°С.
Обращает на себя внимание заметное отличие температур углекислых минеральных источников северного и южного склонов Главного Кавказского хребта. На юге температуры выше.
Это обстоятельство проявляется и в средних значениях температур источников: для севера и юга соответственно 8.2 и 11.2°С.
Кроме того, в пределах северного склона в направлении от Главного хребта к предгорьям и равнине также наблюдается общая тенденция некоторого повышения температур: от средней 7.8°С в высокогорной части Приэльбрусья до 9.5°С в среднегорной.
Полученные данные позволяют сделать предположение о некоторой роли климатического фактора в формировании температуры воды углекислых источников. В этой связи обратимся к выявлению зависимости между температурой вод и дебитом источников.
Априори представляется очевидным, что влияние глубинного прогрева вод с некоторой вероятностью должно сохраняться на многодебитных источниках, тогда как малодебитные больше подвержены поверхностным климатическим воздействиям — их легче и быстрее остудить или нагреть, т.е. привести в температурное равновесие с окружающей средой.
Таким образом, выявление прямой зависимости температуры воды от дебита источников позволило бы установить и реликтовую природу относительно повышенной температуры в многодебитных источниках.
Отсутствие такой количественной связи между температурой и дебитом свидетельствовало бы о том, что поверхностные факторы преобладают настолько, что нивелируют возможный вклад глубинного температурного воздействия на углекислую воду источников.
Анализ данных о дебите более 200 источников показал, что для вод северного склона Главного хребта начиная с дебита 500 л/сут и более обнаруживается положительная корреляция между дебитом и температурой. Следовательно, повышенные температуры вод углекислых минеральных источников Приэльбрусья отражают в среднем воздействие на них эндогенных факторов.
Для малодебитных источников (менее 500 л/сут), представленных сравнительно небольшим числом, повышение температуры скорее всего связано с поверхностным прогревом воды, так как напрямую зависит от снижения их дебита, отражая тем самым поверхностные условия летнего отбора проб. Иная картина наблюдается для источников южного склона Главного хребта.
Достаточно четкой зависимости между этими величинами не наблюдается. Однако область разброса данных такова, что содержит в себе возможность существования такой зависимости, в частности по верхней границе области разброса, где располагаются наиболее нагретые воды источников.
Среди них вполне могут присутствовать носители реликтовых глубинных температур. Между тем нижняя граница области разброса свидетельствует как бы об обратном — о превалирующем влиянии на температуру вод поверхностного прогрева.
Так или иначе, а воздействия климатического фактора на температуру источников УМВ отрицать нельзя — в большей или меньшей степени он все равно проявляется.
И в связи с этим представляется полезным попытаться устранить этот фактор для более точного выявления роли глубинной температурной составляющей.
Наиболее устойчивым температурным параметром для той или иной климатической зоны являются среднегодовая температура воздуха или температура нейтрального слоя.
Для северного склона Главного Кавказского хребта в качестве такового нами принято +5°С, что примерно соответствует среднегодовой температуре в следующих пунктах: Нальчик +8.7°С, Архыз +5.0°С, Шиджатмаз +2.3°С, Юсенги +4.2°С, среднее +5.0°С.
Принятые значения среднегодовых температур могут рассматриваться как фоновые, формируемые местными климатическими условиями.
Согласно этому допущению отклонение от фона в большую сторону могло бы быть интерпретировано как реликт глубинной температуры,
На основе этих соображений нами был рассчитан вынос глубинного тепла многодебитными источниками УМВ Приэльбрусья (более 100 источников). Он составил 21277 тыс. ккал/сут или 1030 кВт.
Особый интерес вызывает картина пространственного распределения этого глубинного потока энергии. Даже при учете всех скрытых и неучтенных потерь тепла суммарный вынос его из очага много меньше энергии, которая составляет среднюю продуктивность вулкана при его жизни. Она равна примерно 40—400 МВт [3].
Произведенные расчеты и их графическое изображение представляют интерес как тепловая проекция периферического магматического очага на дневную поверхность. Зона многократно повышенного выноса тепла образует аномалию, совпадающую с вулканической постройкой Эльбруса.
В субширотном направлении (по тренду 3 млн. ккал/сут, с которого начинается его резкое возрастание) поперечник ее составляет 10 км, в субмеридиональном он равен 30 км.
В этой связи заслуживает особого внимания и то обстоятельство, что размеры аномалии практически совпадают с размерами предполагаемых очаговых зон под вулканом, которые были выявлены различными геофизическими методами: в субширотном направлении 10 км [8, 9], субмеридиональном 20 км и более [2,7].
Сходимость результатов определения параметров очага несколькими независимыми методами исследования убеждает в надежности полученных данных и правильности избранного пути.
Выполненный анализ современного выноса тепла углекислыми источниками Приэльбрусья отражает активное состояние очага. Тепловое воздействие очага на окружающую среду на порядки превышает фоновые значения теплового потока и включает в себя не только кондуктивный, но и конвективный перенос тепла. И здесь немаловажная роль принадлежит углекислым минеральным водам.
|
