Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
бусловлена проникновением воды с более высокими минерализацией и содержанием дейтерия и кислорода-18 в зону менее высокого содержания этих изотопов и их смешением.
Иные условия формирования типичны для аномалии метеджанского типа, представляющей подземные воды того же верхнеюрского комплекса на глубине 2704 - 2826 м с температурой 104-115. Состав воды здесь хлоридный кальциево-натриевый, но с аномально низкой для этих глубин минерализацией (80-100 г/л и ниже). Несмотря на пониженную минерализацию, изотопный состав вод типичен для крепких рассолов морского генезиса: .
Объяснение аномалии в этом случае связывается нами с изменением фазового состояния высокоминерализованного рассола, мигрировавшего в парообразном состоянии из области высоких температур и давлений. При снижении значений этих величин конденсат опреснялся, однако изменения изотопного состава практически не отмечалось. Следовательно,точка зрения Е.Ф.Станкевича о том, что подземное испарение может существовать лишь в верхнем неглубоко залегающем водоносном горизонте..., неточна [61, с. 96].
Фракционирование изотопов в процессе движения природных вод. Континентальные поверхностные воды (атмосферные осадки, воды рек, озер, морей и ледников) при движении просачиваются в горные породы и почву по капиллярным и субкапиллярным noрам и микропорам, трещинам и т. д. При этих и других условиях движения подземных вод будет происходить перераспределение изотопов вследствие смешения вод различных типов, изотопно-обменных равновесий, испарения и конденсации. Перечисленные процессы приводят к наиболее значительным эффектам фракционирования. Причем первые два преимущественно имеют региональное значение, последние - локальное (трещины, пустоты), несмотря на самую высокую их разделяющую способность. Возможно воздействие и других процессов (диффузионного, адсорбционного, радиационно- и электрохимического и т. д.), ведущих также к разделению изотопов. Масштабы фракционирования изотопов вод, особенно верхней гидродинамической зоны в связи с относительно хорошей ее промытостью и большей скоростью движения вод, небольшие; для вод более глубоких горизонтов, хотя они в целом и слабо изучены, оказываются существеннее. Постановка экспериментов по оценке масштабов фракционирования, особенно в природных условиях, почти всегда сопряжена с трудностями познания данного элементарного процесса из-за большого многообразия накладывающихся других факторов, направленность которых может быть различной. Поэтому лишь в отдельных опытах удается моделирование, близкое к природным элементарным актам.
Рядом исследователей были проведены полевые и лабораторные эксперименты по изучению изотопного состава вод в процессе инфильтрации. В частности, Г. Кнетш и др. [Knetsch G. е. а., 1962 г.] изучали влияние на фракционирование изотопов кислорода продолжительности и дальности подземной миграции в пределах одного и того же водоносного горизонта (нубийская серия, Западная пустыня, Северная Африка). Они установили незначительное изменение отношения 18О/16О (0,9‰) при движении воды по пласту в течение 20-30 тыс. лет и при переносе на расстояние более 1000 км с изменяющимся минералогическим составом. В. Н. Сойфер с соавторами [60] не нашли изменений в концентрации дейтерия при движении подземных вод на протяжении нескольких сотен метров в аргиллитах и песчаниках горячеключевской свиты, отобранных по падению пласта. Л.С.Власова [20] считает, что возможной причиной могли быть как невысокая точность фотонейтронного метода (20-30‰), так и высокая скорость фильтрации, обусловленная высоким градиентом напора и хорошими фильтрационными характеристиками песчаников и аргиллитов. Как показали наши эксперименты, распределение дейтерия и кислорода-18 в почвенных водах и водах приповерхностной зоны умеренных широт вплоть до глубин 430 м [10 и др.], приуроченных к пористым и трещиноватым меловым, песчаным, мергельным и частично глинистым отложениям, как правило, отвечает таковому в локальных сезонных и (или) среднегодовых осадках. Это позволяет сделать заключение об отсутствии заметного фракционирования изотопов в водах, приуроченных к этим горизонтам. В зонах с аридным климатом воды верхней зоны (грунтовые) могут за счет испарения заметно обогатиться тяжелыми изотопами по сравнению с локальными атмосферными осадками.
Л. С. Власова [20] теоретически проанализировала роль различных процессов, влияющих на фракционирование изотопов подземных вод при их движении в пористых средах глубоких горизонтов на примере Днепровско-Донецкого и Амударьинского артезианских бассейнов, заимствовав экспериментальные изотопные данные из работ [1,43]. Взяв за основу метод гидродинамического моделирования и рассчитав различные модели молекулярно-диффузионного и конвективно-диффузионного массопереноса, она провела оценку наибольшего соответствия теоретических кривых распределения наблюдаемым усредненным их концентрациям в пластовых водах каждого бассейна.
Анализ предложенных моделей, в частности для подземных вод Амударьинского бассейна, показал, что распределение изотопов водорода и кислорода лучше всего описывается простой гидрологической моделью смешения морских вод юрских отложений с метеорными водами вышележащих, в основном меловых, вожений. Для Днепровско-Донецкой впадины молекулярно-диффузионная модель оказалась не в состоянии объяснить распределение концентрации тяжелых изотопов водорода и кислорода вод в вертикальном разрезе палеозоя и в этой свя