Термальные воды в гидрогеологических структурах Хангайского сводового поднятия Центральной Монголии

В главе 1 рассматривается история изучения термальных вод Монголии, при-
водятся сведения о начальных периодах и этапности изучения минеральных и тер-
мальных вод на всей ее территории. Отмечен вклад как российских, так и монголь-
ских исследователей при геологоразведочных работах на различные полезные иско-
паемые в разных районах, что позволило попутно расширить общие представления
о гидроминеральных ресурсах страны, в том числе и по гидротермам.
В главе 2 приведен обзор физико-географических и геологических условий
Хангайской гидротермальной системы в пределах одноименного поднятия, которое
находится в западной и центральной частях страны, примерно в 400 км западнее
Улан-Батора. Территория Центральной Монголии представляет собою типичную
горную область. Максимальная абсолютная высота гор Хангая составляет 4031 м,
однако бóльшая часть вершин имеет высоту 2000–3800 абс. м.
В геологическом строении Хангайского сводового поднятия принимает участие
комплекс осадочных и магматических пород, а также относительно большее
распространение, преимущественно на севере и крайнем западе, имеют
кристаллические сланцы, известняки и гранито-гнейсы древнепалеозойских и
докембрийских пород. На территории этой области широко распространены
кайнозойские, в большинстве случаев, четвертичные базальты, связанные с
центральными (стратовулканы) и трещинными излияниями лав. В разрезе юрских
отложений региона выделяются два резко отличных по составу и возрасту
пространственно разобщенных комплекса: преимущественно вулканогенный и
угленосный. Четвертичные отложения генетически представлены ледниковыми и
озерно-аллювиальными типами осадков.
Складчатые сооружения Монголии были сформированы в различные периоды
палеозойской эры, хотя немаловажная роль в их формировании принадлежит также и
более древним докембрийским и более молодым мезозойским тектоническим
подвижкам. Тектоника страны характеризуется сложным глыбовым, мозаичным
строением, обусловленным сочетанием разноориентированных структурных элементов,
ограниченных часто сетью пересекающихся разломов ортогональной или диагональной
ориентировки. Отметим, что разрывные нарушения для решения гидрогеологических
задач можно разделить на глубинные, региональные (структурообразующие) и локаль-
ные (обводненные) (рис. 1).

Рис. 1. Систематизация разрывных нарушений для гидрогеологических целей.

Благодаря структурно-гидрогеологическому анализу установлено, что узлы пе-
ресечения структурообразующих (глубинных) с глубокими (приповерхностными)
разломами сопровождаются на земной поверхности выходами источников с
термальными водами. Эти участки сопряжений разноранговых тектонических дис-
локаций, приуроченных к сейсмически активным районам, связаны с новейшими
тектоническими движениями. Районы распространения месторождений термальных
вод в глубоких разломах расположены в центральной и северо-западной частях
Монголии. Подавляющее большинство месторождений термальных вод приурочено
к глубоким разломам северо-западного простирания, либо к участкам пересечения
северо-западных структур с разрывами северо-восточного направления.
Особенностью неотектоники Центральной Монголии является наличие
глубоких радиальных разломов, возникших в результате действия сил растяжения
под влиянием интенсивного общего сводового поднятия этой огромной территории,
особенно в конце третичного – в начале четвертичного времени. В процессе
дальнейшего тектонического развития данной области появлялись новые разломы, а
некоторые из более древних разломов неоднократно подновлялись. Отзвуки
активных тектонических движений отмечаются и в современную эпоху, о чем
свидетельствует ежегодно происходящие на этой территории землетрясения, иногда
катастрофического характера.
В главе 3 рассмотрены структурно-гидрогеологические условия Хангайского
сводового поднятия. Гидрогеологическое районирование центральной части
Монголии произведено по геолого-структурному принципу, использованному
авторами-гидрогеологами для аналогичного районирования смежной к северу и
востоку территории страны. Выделение гидрогеологических районов в регионе
произведено на основе морфоструктурной схемы.
Рассматриваемая территория исследований расположена в пределах двух
крупных гидрогеологических регионов – Северного и Южного, соответствующих
одноименнымтектоническиммегаблокам.Гидрогеологическиерайоны
подразделяются на гидрогеологические районы первого порядка: в Северном
регионе их три, в Южном – два. Районы первого порядка отвечают одноименным
складчатым системам, которые сформировались в разные эпохи складкообразова-
ния. Районы первого порядка имеют сложное строение, в них выделяются более
мелкие районы второго порядка – гидрогеологические массивы, адмассивы,
адбассейны, вулканогенные супербассейны и артезианские бассейны.
Образование всех перечисленных структур Монголии происходило в
различные геологические эпохи, но наиболее широко распространенными являются
гидрогеологические массивы, сложенные протерозойскими, палеозойскими и
интрузивными комплексами. Все остальные структурные подразделения имеют
наложенный характер, наиболее типичными из которых являются молодые впадины,
выполненные мезозойскими и кайнозойскими осадками – артезианские бассейны.
Под гидрогеологической структурой принято понимать (Степанов, 1980; Осно-
вы, 1980; и др.) геологическое тело, внутри границ которого остаются непрерывными
характер распределения подземных вод в горных породах, условия формирования их
ресурсов и состава. Систематизация гидрогеологических структур Центральной Мон-
голии является исходным положением для построения геолого-структурных моделей
месторождений термальных вод, определения граничных условий, выбора
оптимальных моделей и расчётных схем для оценки запасов и ресурсов гидротерм.
На основе структурно-гидрогеологического районирования Хангайского сводового
поднятия в Центральной Монголии, автором выделено 3 типа гидрогеологических
структур, различающихся условиями формирования и распределения подземных вод:
гидрогеологические массивы, гидрогеологические бассейны и обводненные разломы.
Глубокие обводненные разломы, как и приповерхностные разрывные
дислокации, являются, в основном, структурами поперечными. Они оперяют
глубинные и региональные разломы, тектоническая активность которых
возобновилась на современном этапе. На территории Хангайского сводового
поднятия глубокие дизъюнктивные дислокации, в основном, проявляются много-
численными выходами термальных источников, которые формируют месторожде-
ния гидротерм в Центральной Монголии, Хангайскую гидротермальную систему.
В рассматриваемом регионе известны многочисленные проявления термальных
вод (гидротерм) и минеральных озер. Минеральные воды представлены азотными
термальными, холодными углекислыми и радоновыми водами, а также азотными и
метановыми солеными водами и рассолами. Район исследований расположен в
пределах трех провинций развития минеральных вод, выделенных в разные годы
Н.А. Мариновым и В.Н. Поповым [1963], Е.В. Пиннекером и др. [1976], Д.
Доржсуреном [1983] и др. Северную часть района занимает провинция азотных
термальных вод, центральную и южную – провинция азотных, метановых соленых
вод и рассолов, в северо-восточной части небольшая территория относится к
провинции углекислых холодных вод. В газовом составе всех типов термальных вод
преобладает азот (79,5–91,5 %, об.), присутствуют растворенный сероводород,
концентрация которого изменяется от 1 до 16,7 мг/л, и кремнезем, в количестве,
превышающем бальнеологическую норму. Для терм характерны повышенные
содержания также аргона и гелия.
Для прогнозной оценки исследуемой территории на возможные проявления
термальных вод, большое значение имеет корректное использование структурно-
тектонических, гидрогеологических и других критириев (признаков), используемых
для характеристики общих закономерностей формирования и обоснования
возможности обнаружения выходов или месторождений термальных вод. Разработ-
ка общих методических основ поиска и оценки благоприятных участков (зон) выхо-
дов гидротерм считалось ранее, и является ныне весьма важной задачей.
Анализ распределения подземных вод в гидрогеологических структурах Мон-
голии свидетельствует о том, что их наиболее крупные скопления формируются в
пределах бассейнов и обводненных разломов, причем: в зонах дробления
приповерхностных разломов локализуются, как правило, холодные пресные
подземные воды, а трещинно-жильные воды глубоких разломов обладают
повышенной температурой, специфическим составом, но также низкой величиной
минерализации. Поэтому, поисковыми признаками проявлений трещинно-жильных
термальных вод и локализации месторождений гидротерм следует считать комплекс
поисковых критериев благоприятных участков (зон), включающий сейсмический, ли-
тологический, гидрогеотермические, структурно-тектонические, геоморфологиче-
ские, магматические, криогенные, геофизические, гидрогеохимические признаки.
Таким образом, на основе структурно-гидрогеологического районирования
Хангайского сводового поднятия автором выделено 3 типа гидрогеологических
структур, различающихся условиями формирования и распространения термальных
вод: гидрогеологические массивы с распространением трещинно-грунтовых вод;
гидрогеологические бассейны с порово- и трещинно-пластовым типом подземных
вод и обводненные разломы с подземными водами трещинно-жильного типа.
Глубокие дизъюнктивные дислокации проявляются многочисленными выходами
термальных источников, которые формируют месторождения гидротерм Цен-
тральной Монголии. Разработан комплекс поисковых признаков (критериев) прояв-
лений трещинно-жильных термальных вод на благоприятных участках (зонах),
включающий различные, характерные показатели. Месторождения гидротерм,
связанные с обводнёнными разломами Хангайской гидротермальной системы, раз-
деляются на три соответствующих типа, имеющих общие гидрогеохимические и
другие показатели (табл. 1).
В главе 4 изложены геолого-геотермические условия мест проявлений тер-
мальных вод на территории Хангая. В первую очередь необходимо уточнить термин
«гидротермальная система», под которым понимается часть Земной коры над
Таблица 1
Систематизация месторождений термальных вод в обводнённых разломах Хангайской гидротермальной системы

ГлубинныеЛокальные разломы (обводненные)Структурные типы
Названиеглубоких
и регио-Выходы родников
N месторож-Приповерхностныеобводненных
нальныеГлубокие разломытрещинно-
п/п денияразломыразломов
разломыжильных вод
Оперяющий разлом Номгон уулынТермальныеМолодые открытые
Оперяющие разломы
А. Типы тектонических нарушений:А. Месторождениетектонические
Догзон и Баруун наран
МоготскаяСбросыМогот:разрывы,
А. Следы тектонических
субмеридио-Б. Песчаники и конгломератыТемпературапричленяющиеся
1Хульжнарушений
нальнаяВ. Северо-западного простиранияводы: +37…45° С под разными углами к
Б. Зона выветривания
зонаГ. Котловина вытянута вглубинным или
В. Глубоковрезанные
меридиональном направлениирегиональным
овраги
на 16 кмразломам
Оперяюшие разломы ХужиртынОперяющие разломыТермальные
А. Типы тектонических нарушений:Хөндлөн и ШарА. Месторождение
Грибообразные
Орхонскаясбросо-надвиги и сбросыА. Следы тектоническихХужирт:
зонтичные и
2ХужиртзонаБ. Конгломераты, песчаники (К),нарушенийТемпература
зонтичные
разломовграниты лейкократовые.Б. Зона выветривания воды: +35…52 °С
структуры
В. Узкая долина р. Хужирт (СЗВ. Глубоковрезанные
простирания 320°)овраги
Оперяюшие разломы Шаргалжуутын Оперяющие разломыТермальные
А. Типы тектонических нарушений:Дорлиг и ЛхамА. Месторождение
сбросыА. Следы тектонических Шаргалжуут:
Баянхонгор-
Шаргал-Б. Диориты, граниты лейкократовыенарушений(ВыходыВетвистые
3ская зона
жуутВ. Узкая долина р. ШаргалжуутБ. Зона выветриваниярассеянные)структуры
разломов
(Субширотного простирания,В. ГлубоковрезанныеТемпература
угол падения 80–90°)оврагиводы: +40…92 °С
источником теплового питания и области его влияния; в пределах этой области
происходит перенос тепловой энергии с глубин к дневной поверхности посредством
конвекции воды в жидкой или парообразной фазе при положительных
температурах. Область, в пределах которой осуществляется циркуляция термальных
вод и перенос тепла паровой фазой, считается геотермальным резервуаром.
В бассейнах осадконакопления в зоне геостатического давления формируется
мощный водоносный горизонт, воды которого аккумулируют большое количество
избыточного внутриземного тепла. Благодаря этому геотермические градиенты
здесь резко уменьшаются, и данный горизонт определяет в целом общую разгрузку
тепла на территории бассейна. Это и есть та часть избыточного тепла, которая
может быть использована для практических целей. Из недр Земли тепло может быть
получено с перегретыми водами, свойственными для гидротермальных систем.
Геотермальные области характеризуются повышенными тепловыми потоками,
обусловленными как локальными скоплениями термальной воды в земных недрах,
так и равномерным прогревом горных пород на больших площадях. В первом
случае в переносе избыточного глубинного тепла основную роль играет конвекция,
а во втором – теплопроводность (кондукция). Горячие источники со свойственной
газовой составляющей представляют собой поверхностные проявления
гидротермальных систем (рис. 2). Установлено (Хуторской, 1996), что под районами
Центральной Монголии в верхней мантии сконцентрирован малоплотный и аномально
нагретый материал. С областью разуплотнения мантии пространственно и генетически
связаны излияния базальтов в неогено-четвертичное время. Наиболее молодые
базальты приурочены к оси Хангайского сводового поднятия. В этой зоне
сконцентрировано большое количество термальных источников с температурой 35–86
°С и содержанием Не = 0,25–1,0 %.

Рис. 2. Испарения источников гидротерм на месторождении Шаргалжуут.

Пространственно очаги разгрузки гидротермальных систем Монголии
находятся в районах проявлений четвертичного щелочного вулканизма
Прихубсугулья и Северного Хангая, а также в области известково-щелочного
вулканизма Хэнтэя. Высказанное предположение о дополнительном тепловом
питании вполне обосновано. Подтверждением этого является повышение
изотопного отношения гелия в пробах газа, отобранных из источников,
приуроченных к районом развития четвертичного вулканизма. Максимальные
отношения 3He/4He = 10-5, определенные в газах, отражают примесь первичного Не,
сохранившегося в подкоровых геосферах, и являются прямым индикатором
современной разгрузки тепломассопотока из мантии в земную кору.
Проведена прогнозная оценка основных показателей гидротермальных систем
Центральной Монголии, в частности, по кремниевому и катионным геотермометрам.
Значения глубинных температур (46–128 ºС), полученных Si-геотермометром,
позволили выделить наиболее перспективные участки вне зависимости от природы
возникновения тепловой аномалии. Ими на территории Хангая оказались
месторождения термальных вод Шивэрт, Булнай, Отгон тэнгэр, Чулуут, Хуйтэн,
Хужирт, Цохиот, Хурэмт, Хульж.
Температура подземных вод за пределами районов современной вулканической
деятельности остается важнейшим критерием глубины проникновения метеогенных
вод в открытых каналах разрывных дислокаций. Для оценки глубинных температур
применена методика, использующая данные о химическом составе гидротерм.
Теоретически и экспериментально установлена зависимость концентрации
кремнезема и соотношения ряда щелочных металлов от температуры термальных
источников, позволяющая по концентрации того или иного компонента оценить
температуру на глубине формирования гидротерм.
На основе изложенных положений сделаны принципиальные выводы.
Пространственная приуроченность очагов разгрузки гидротерм Хангая, находящихся
в районах проявлений четвертичного вулканизма, связана с особенностями глубинного
строения Центральной Монголии, и сопряжена, главным образом, с ее тектониче-
ской активизацией в современную эпоху. Гидротермальная система региона
характеризуются повышенными тепловыми потоками, обусловленные выносом
глубинного тепла из недр Земли, в основном, за счет конвекции, оцененной по изо-
топному составу гелия (3He/4He = 10-5), что свидетельствует о более позднем, до-
полнительном поступлении флюидов из мантии. Обоснована ведущая роль рифто-
генного геодинамического режима развития Хангайского поднятия в формировании
современных гидротерм, выводимых на дневную поверхность по зонам дробления
пород глубоких обводненных разломов.
В главе 5 представлена ресурсная база проявлений термальных вод и основных
месторождений гидротерм Хангайского сводового поднятия. Характерными предста-
вителями группы гидрокарбонатных натриевых гидротерм являются воды месторож-
дений Хужирт и Шаргалжуут (рис. 2), на базе которых функционируют санатории
местного и республиканского значения. Отметим, что эксплуатационные запасы
месторождения термальных вод Хужирт, рассчитанные по категориям А+В+С, состав-
ляют 1742,4 м3/сут (табл. 2). А суммарный дебит горячих источников месторождения
Шаргалжуут с температурой воды 48–90° С составляет 51,0 л/с. Здесь, на участке пло-
щадью 0,25 км2 имеется более 80 источников с температурой воды выше 40 ° С.
Представителями группы сульфатных натриевых гидротерм являются такие ме-
сторождения, как Сайхан Хульж и Отгонтэнгэр, на базе которых существуют курор-
ты также республиканского значения. Установлено, что термальные воды
Отгонтэнгэр приурочены к зоне тектонического дробления интрузивных пород, а их
разгрузка связана с оперяющими и поперечными трещинами разного направления. В
пределах месторождения выявлены 40 горячих выходов с температурой 28–55 °С.
Таблица 2
Основные типы месторождений термальных вод Хангайской гидротермальной системы
как первоочередные объекты ГРР и освоения их теплоэнергетических ресурсов

Название Глубинные иСтруктурные типыЭксплуатацион- Выработка
№ месторож- региональныеглубоких обводнен-ные запасы и ре- тепла,
п/п денияразломыных разломовсурсы, м3/сутГДж/сут
Моготская Молодые тектонические
субмеридио- разрывы, причленящие-
1 Хульж198,716,63
нальнаяся к глубинным или
зонарегиональным разломам
ОрхонскаяГрибообразные
2 Хужиртзоназонтичные и зонтич-1742,4145,87
разломовные структуры
Шаргал- Баянхонгор-
3Ветвистые структуры52701134,5
жуутская зона

Геотермальные ресурсы Монголии по использованию подразделились на 3 типа:
бальнеология и санатория, теплоснабжение, электроснабжение. Теплоснабжение в
стране на базе термальных вод развивалось, в основном, путём создания мелких
объектов отопления, горячего водоснабжения и бальнеологии. Отметим, что к
теплоэнергетическим ресурсам относятся подземные воды с температурой более 35
°С, независимо от их химического состава. Распределение термальных вод в цен-
тральной части Монголии показано на рис. 3. Для уточнения потенциала тепловых
ресурсов термальных вод Хангайского сводового поднятия произведен расчёт
суммарно возможной выработки тепла. Естественные ресурсы термальных вод на
территории Хангайского сводового поднятия выражаются величиной 12681.29 м3/сут,
что можно представить данное значение в виде 1 880 926 ГДж/сут энергетического
потенциала. Значения глубинных температур, полученных геотермометром
позволили выделить наиболее перспективные участки (см. табл. 2) вне зависимости
от природы возникновения тепловой аномалии.
В настоящее время низко- и среднепотенциальные теплоэнергетические воды
Хангайского сводового поднятия для теплоснабжения промышленных,
сельскохозяйственных, гражданских объектов используются в незначительных
объемах. Автором осуществлена систематизация проявлений термальных вод в
Центральной Монголии по степени изученности, определены направления дальней-
ших исследований их бальнеологических свойств и генетического облика. Оцененный
тепловой поток гидротерм Хангайской гидротермальной системы, в дальнейшем,
позволяет обеспечить значительное расширение практического использования гид-
роминеральной и теплоэнергетической составляющей ресурсов страны. Для этого
апробирован и внедрен комплекс геофизических исследований (в частности, элек-
троразведка) на перспективных участках, а также технология проходки и соору-
жения гидрогеологических скважин, позволяющие сохранить температуру потока и
увеличить тепловой баланс восходящих флюидов.

Рис. 3. Карта распространения термальных вод Хангайской гидротермальной системы.
Заключение
Наиболее существенные результаты выполненных исследований позволяют
сделать выводы, представляющие научную и практическую значимость:
1. На основе структурно-гидрогеологического районирования Хангайского
сводового поднятия выделено 3 типа гидрогеологических структур, различающихся
условиями формирования и распределения подземных вод: горные сооружения –
гидрогеологические массивы с распространением трещинно-грунтовых вод;
межгорные впадины – гидрогеологические бассейны с порово- и трещинно-
пластовым типом подземных вод и разрывные тектонические нарушения –
обводненные разломы с подземными водами трещинно-жильного типа. В
обводнённых разломах Хангайской гидротермальной системы выделяется три их типа
с характерными показателями гидрогеологических структур.
2. Поисковыми признаками проявлений трещинно-жильных термальных вод и ло-
кализации месторождений гидротерм следует считать комплекс критериев благопри-
ятных участков (зон), включающий сейсмический, литологический, гидрогеотерми-
ческие, структурно-тектонические, геоморфологические, магматические, криоген-
ные, геофизические, геохимические показатели. Поисковые критерии представляют
собой такие природные факторы, которые прямо или косвенно указывают на
возможность обнаружения в данных условиях проявлений (месторождений)
термальных вод. Принцип комплексного изучения площади поисковых
исследований следует считать основополагающим, в соответствии с которым
должна быть дана прогнозная оценка участков проявлений термальных вод.
3. Проведенная прогнозная оценка основных показателей Хангайской гидротер-
мальной системы Центральной Монголии, в частности, по кремниевому и катион-
ному геотермометрам, позволили выделить наиболее перспективные участки вне
зависимости от природы возникновения тепловой аномалии. Ими на территории
Хангайской неотектонической структуры оказались месторождения термальных вод
Шивэрт, Булнай, Отгон тэнгэр, Чулуут, Хуйтэн, Хужирт, Цохиот, Хурэмт, Эмт,
Халуун рашаан и др.
4. Выполненная оценка теплоэнергетических ресурсов месторождений гидротерм
главного объекта страны – Хангайской гидротермальной системы позволяет суще-
ственно расширить масштабы и перспективы их эффективного использования на
основе разработки современных представлений о закономерностях распространения
и локализации трещинно-жильных термальных вод, имеющих важное народно-
хозяйственное значение.