Исследование механизма генезиса геотермальных ресурсов в районе Юнькай, Южный Китай, на основе геофизических данных

Почему здесь важен тепловой поток из недр

По всей территории гор Юнькай на юге Китая группы природных горячих источников выходят на поверхность, указывая на мощные источники тепла, скрытые глубоко под землёй. В густонаселённом регионе с потребностью в чистой энергии понимание происхождения этого тепла и путей его миграции может превратить природное явление в надёжный низкоуглеродный ресурс. В исследовании использованы малые вариации гравитационного поля Земли, образцы пород и компьютерное моделирование, чтобы воссоздать ясную картину формирования геотермальных ресурсов и определить, где в районе Юнькай находятся наилучшие перспективы для их освоения.

Ландшафт, сформированный разломами и древними породами

Район Юнькай расположен на геологическом перекрёстке, где сходятся два крупных коровых блока, которые в течение сотен миллионов лет испытывали сжатие, растяжение и перестройку. Эти долговременные тектонические силы разломали кору крупными глубинными разломами и позволили массивам расплавленной породы, в основном гранита, подняться и кристаллизоваться на глубинах. Сегодня эти древние граниты залегают на глубинах от нескольких до более чем десяти километров и богаты естественно радиоактивными элементами, такими как уран, торий и калий. По мере их медленного распада выделяется тепло, превращая граниты в долговечные подземные «радиаторы». Одновременно сеть разломов, направленных на северо‑восток и северо‑запад, служит системой «водопроводов», направляющих горячие флюиды к поверхности и локализующих горячие источники в местах пересечения разломов.

Чтение гравитационного поля для картирования скрытых структур

Прямые данные бурения по Юнькай редки, поэтому исследователи обратились к гравитационному полю Земли для картирования глубинных структур. Небольшие изменения гравитации указывают на контрасты плотности пород, которые можно проанализировать в частотной области, чтобы оценить глубину ключевых слоёв коры. Отделяя широкие глубокие сигналы от более мелких и затем изучая горизонтальные и вертикальные изменения гравитации, команда проследила границы плотных и менее плотных тел и очертила основные разломы. Они также применили метод Эйлеровой деконволюции для оценки глубин этих структур. Результаты показывают, что большинство разломов проникают лишь в верхние несколько километров, но некоторые глубокие разломы на юго‑западе уходят ниже 8 километров. Интрузивные тела обычно залегают на глубинах 6–8 километров, а особенно глубокие центры гранитов находятся ниже 10 километров, что, вероятно, связано с предыдущим подъемом горячего мантийного материала под регионом.

Гранит как медленный, но мощный источник тепла

Чтобы оценить, сколько тепла дают эти интрузии, команда собрала данные по 56 образцам гранита со всего региона. Используя измеренное содержание радиоактивных элементов, они рассчитали тепловую продукцию каждого породного блока. Значения высоки по мировым меркам: примерно от 1,9 до 6,0 микроватта на кубический метр, со средним значением 3,4. Некоторые плутоны, такие как тело Шицун, особенно «горячие», со средней продукцией выше 5,0. Поскольку граниты имеют тенденцию концентрировать эти элементы в верхней коре, их совокупный эффект повышает региональный тепловой поток значительно выше средних показателей по Китаю и континентальной Земле в целом. Наблюдения показывают, что горячие источники группируются вблизи крупных гранитных тел и вдоль главных разломов, подтверждая, что эти радиогенные граниты выступают ключевыми источниками тепла, нагревающего циркулирующие подземные воды и поддерживающего наблюдаемые геотермические аномалии.

Как дождевая вода превращается в горячий источник

Используя спроецированные структуры и измеренные свойства пород, исследователи построили двумерные компьютерные модели теплопроводности по характерным разрезам коры. Они задали реалистичные граничные температуры и теплопроводности, затем сверили результаты с независимыми оценками глубины, при которой магнитные минералы теряют намагниченность, — это соответствует температуре около 550 °C. Смоделированные температурные профили согласовались с этими независимыми данными, что повысило доверие к моделям. Сопоставив эти тепловые профили с химией воды и данными по изотопам, авторы предлагают ясный цикл: дождевая вода и горный сток просачиваются в грунт и следуют по трещинам и крупным разломам вниз, иногда на глубины в несколько километров. По пути вода нагревается окружающей тёплой корой и особенно высокотеплопроизводительными гранитными телами. Сильнее нагретые, переполненные и под давлением флюиды затем поднимаются обратно вдоль тех же или пересекающих разломов, смешиваются с более холодными мелководными грунтовыми водами и в конечном итоге выходят на поверхность в виде групп горячих источников в местах пересечения и вскрытия разломов.

Где находятся лучшие перспективы геотермальной разработки

Исследование приходит к выводу, что юго‑восточная часть района Юнькай предлагает особенно благоприятные условия для разработки высокотемпературной геотермальной энергии. Там модели указывают на достижение температур около 150 °C на глубинах примерно 4,5 километра или меньше, что достаточно мелко, чтобы представлять интерес для производства электроэнергии или крупномасштабного отопления. Проще говоря, сочетание глубоких, хорошо связанных разломов, богатых теплом гранитных интрузий и обильного осадкообразования создаёт природную подземную «котельную», фокусирующую тёплую воду в определённых зонах. Показав, как взаимодействуют дождевая вода, породы и глубинное тепло в этой обстановке, работа даёт научную дорожную карту для поиска и ответственнogo использования геотермальных ресурсов в Юнькай и в аналогичных регионах, контролируемых разломами, по всему миру.

Цитирование: Zhou, Y., Qiu, N., Zhu, C. et al. Study on the genesis mechanism of geothermal resources in the Yunkai area, South China based on geophysical data. Sci Rep 16, 13876 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44329-3

Ключевые слова: геотермальная энергия, горячие источники, системы разломов, теплопродукция гранита, Юнькай Южный Китай