Геотермические районы Кавказа

Раскрытыми в геотермическом отношении являются те районы Большого Кавказа, в разрезе которых отсутствуют неогеновые и майкопские отложения и на дневную поверхность выходят эоцен-палеоценовые и более древние образования. Сюда же относятся и некоторые районы Ставропольского поднятия, Грузии, Черноморского побережья, Минераловодский выступ.

В закрытых в геотермическом отношении районах Кавказа, в свою очередь, можно выделить подрайоны, характеризующиеся различными геотермическими условиями на той или иной глубине. Так, Ставропольское сводовое поднятие отличается высокими температурами на небольших глубинах (до 1000 м). Здесь на глубине 1000-1200 м залегают майкопские глины, низкая теплопроводность которых обусловливает быстрый рост температуры с глубиной. На глубине 1000 м температура изменяется от 70 до 90°С, что намного выше температуры на той же глубине в других районах Кавказа. С дальнейшим увеличением глубины в разрезе эоцен-палеоценовых и более древних отложений геотермические условия заметно изменяются.

На восточном периклинальном окончании Терского и Сунженского хребтов (Чечено-Ингушская АССР) высокие температуры отмечаются вплоть до глубин 3000 м, что обусловлено наличием таких глинистых теплоизолирующих толщ, как сарматская и майкопская. Существенное влияние на тепловой режим недр оказывают здесь также высокотемпературные воды, поступающие из Сунженской синклинали, которые отдают тепло окружающим породам.

Районы с низкими температурами до глубин 2500-3500 м и с высокими температурами на больших глубинах (прогнозно) находятся в центральных частях Западно-Кубанского и Восточно-Кубанского прогибов, в Терско-Кумской впадине, Сунженской и Петропавловской синклиналях. Эти районы отличаются значительной мощностью неогеновых отложений, в разрезе которых температура медленно возрастает с глубиной. На глубине более 2500-3500 м в интервале залегания глинистых отложений майкопской серии температура с глубиной резко увеличивается.

В пределах Апшеронского полуострова и Прикуринской низменности в Азербайджане высокая теплопроводность пород и отсутствие теплоизолирующей толщи предопределяют низкие температуры недр. На глубине 1000 м температура колеблется в пределах 32-47°С, на глубине 2000 м она не превышает 60°С. Районы, в недрах которых господствуют низкие температуры, по характеристике приближаются к геотермически раскрытым.

Высокие значения геотермической ступени характерны для мезо-кайнозойских отложений Грузии - от 33 до 60 м/°С, что позволяет рассматривать их в качестве единой теплопроводящей толщи. Правда, отдельные интервалы (олигоцен, альб-апт) исследованного разреза этих отложений могут быть отнесены и к теплоизолирующим. Вот почему температура на глубине 1000 м для межгорных впадин Грузии колеблется в широких пределах - от 31 до 81°С.

Обращает на себя внимание охлаждающее влияние Черного моря, выражающееся в общем понижении температур в прибрежных районах.

Естественно, что наряду с литолого-стратиграфическими особенностями разреза на температурные условия земных недр оказывают различное, но значительное влияние тектонический, гидрогеологический и другие факторы. Гидрогеологический фактор - движение подземных вод - во многих случаях вызывает локальные аномалии температурных условий. Лишь в пределах Кавказского горного сооружения охлаждающее влияние подземных вод ощущается в региональном плане.

Распределение температур в недрах. Характер распределения температур в недрах Северного Кавказа хорошо иллюстрируется картой геоизотерм - линий равных температур для глубины 2000 м (рис. 50). Самая высокая температура (свыше 120°С) на глубине 2000 м установлена в районе Прикумска. Высокие значения температур (свыше 90°С) отмечены в недрах Ейско-Березанского, Тихорецко-Кропоткинского районов, Адыгейского выступа, Ставропольского поднятия, Прикумской области, восточного периклинального окончания Терского и Сунженского хребтов, территории Кировабадской области. Геоизотермы хорошо оконтуривают структурные формы, в отдельных случаях уточняют, детализируют геологическое строение территории.

Рис. 50. Карта распределения температур в °С на глубине 2000 м: 1 - температуры, замеренные в скважинах, 2 - геоизотермы

Тепловой поток. Одним из важнейших геотермических параметров, характеризующих тепловое состояние земных недр, является плотность теплового потока - количество тепла, поступающего из земных глубин в единицу времени на единицу поверхности Земли. Величина потока тепла из недр крайне мала по сравнению с энергией, получаемой от Солнца. Тем не менее, использование глубинного тепла имеет большое значение в народном хозяйстве.

Распределение теплового потока в земной коре зависит от термических свойств горных пород, от структурно-геологических и гидрогеологических условий, от местных тепловых полей и т. п. Наибольшие величины тепловых потоков установлены для мегантиклинориев Большого и Малого Кавказа - районов, где глубинные процессы как в недалеком прошлом, так и в настоящее время протекали и протекают весьма интенсивно. Об этом свидетельствуют, в частности, высокая сейсмичность недр и вулканизм, имевший место как в плиоценовое, так и в четвертичное время.

Большая плотность тепловых потоков установлена в пределах Ставропольского сводового поднятия, в поперечных структурных выступах - Адыгейском, Минераловодском и др. Для значительного числа структур Ставропольского сводового поднятия тепловой поток характеризуется максимальными для Предкавказья значениями. Западно-Кубанский передовой прогиб отличается довольно низкими величинами этого показателя.

В целом ряде пунктов Терско-Кумской впадины зафиксированы величины тепловых потоков, превышающие средние для земного шара.

Значительный интерес представляет распределение тепловых потоков в пределах Терско-Сунженской зоны дислокаций, обусловленное, в частности, сложным строением региона, наличием залежей нефти и газа в разрезе как кайнозойских, так и мезозойских отложений. Сводовые части положительных структур осадочного чехла по сравнению с периклинальными окончаниями отличаются повышенными их значениями. В пределах Терско-Сунженской дислокации установлена прямая связь между величинами тепловых потоков и запасами нефти.

Для Апшеронского полуострова и примыкающей акватории Каспийского моря характерны большие вариации величин тепловых потоков. Наибольшая тепловая напряженность отмечается для Западно- и Центральноапшеронского антиклинориев, меньшая - для Восточно-Апшеронского антиклинория, минимальная - для Западно- и Восточно-Апшеронской синклиналей. Антиклинории выражены брахиантиклинальными складками, осложненными крупными разрывами, к которым нередко приурочены грязевые вулканы. Наибольшие величины тепловых потоков фиксируются в сводах структур. Вынос тепла заметно усиливается при осложнении структур грязевыми вулканами: по путям извержения происходит интенсивная передача тепла из недр. Подобное явление изучено авторами на примере структур Локбатан, Биби-Эйбат, Балаханы-Сабунчи-Раманы, Зых, Песчаный-море и др. Причем установлено, что погружение складок и затухание складчатости сопровождаются уменьшением величин тепловых потоков. К зонам тепловых потоков свыше 1,4*10^-6кал/см²*с тяготеют нефтяные залежи, а в зонах, характеризующихся тепловыми потоками 1,0*10^-6-1,2*10^-6 кал/см²*с, наряду с нефтяными встречаются газоконденсатные залежи.

На территории Грузии взаимосвязь теплового ноля и геотектонического строения также проявляется весьма отчетливо. Так, в молодых складчатых системах на Большом Кавказе и в центральной части Аджаро-Триалетии (Боржоми) величины тепловых потоков наибольшие; на межгорной плите, именуемой Грузинской глыбой, величина теплового потока значительно меньше.

На территории Армении значения тепловых потоков изменяются в пределах 0,8*10^-6-3,8*10^-6 кал/см²*с. Наибольшая величина этого показателя, установленная для курорта Джермук, связывается с магматическими процессами, происходившими здесь на протяжении длительного времени, вплоть до недавнего прошлого. Свидетельством этого являются выходы термальных вод с температурой до 45°С. Наименьшая тепловая напряженность зафиксирована для Араксинской впадины.

Источники тепловой энергии. Большинство исследователей склонны считать основным источником энергии, обусловливающим тепловой режим нашей планеты, радиоактивный процесс. При составлении теплового баланса Земли учитывается энергия, выделяемая при радиоактивном распаде так называемых долгоживущих изотопов семейств урана, тория, актиния, а также радиоактивных изотопов калия, кальция, рубидия, стронция, индия, олова, теллура, лантана, неодима, лютеция, вольфрама, рения, висмута. Наибольшим тепловым эффектом распада отличаются изотопы урана и тория.

Одним из возможных источников внутренней энергии Земли часто называют гравитационную энергию. Согласно космогоническим представлениям, при образовании Земли происходила аккумуляция вещества протопланетного облака воедино, которая сопровождалась освобождением огромного количества гравитационной энергии. Часть ее шла на нагрев планеты, а часть трансформировалась в упругую энергию сжатия планеты и расходовалась на излучение в окружающее пространство.

Установлено, что продолжительность одного оборота земного шара вокруг своей оси за время существования Земли увеличилась в несколько раз, что сопровождалось изменением энергии вращения. Она перераспределялась в виде механической энергии, часть которой расходовалась на деформацию Земли посредством приливного трения и трансформировалась в тепловую энергию.

Из других планетарных источников тепла следует назвать энергию фазовых переходов, тепловой эффект космического потока нейтрино, частично захватываемого веществом Земли и т. п.

Гипотеза радиоактивного разогрева Земли является в настоящее время наиболее продуманной и разработанной.