Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
зи была предложена новая конвективно-диффузионная модель, учитывающая (допускаемую гидрогеологами) современную инфильтрацию метеорных вод в глубокие водоносные горизонты палеозойских отложений.
Отдавая должное автору [20], проделавшему трудоемкую работу по составлению моделей, следует отметить, что такие модели, на наш взгляд, правомочно использовать при моделировании динамики вод отдельных стратиграфических горизонтов или даже локальных структур. В региональном масштабе они, как правило, недостаточно информативны из-за идеализации большого числа наложенных природных процессов, влияющих на формирование изотопного состава пластовых вод в пределах каждой отдельной структуры. Подобного рода ситуации отмечаются при рассмотрении корреляционных связей между и минерализацией для некоторых локальных структур Днепровско-Донецкой впадины [43], распределении изотопов водорода и кислорода в водах зоны водонефтяного контакта (ВНК) ряда нефтяных месторождений Припятского и Западно-Сибирского нефтегазоносных бассейнов [12, 50] и т. п.
По существу, к такому же заключению приходит и Л.С.Власова при сопоставлении рассчитанных и экспериментальных изотопных данных, отмечая, в частности, что большая часть экспериментальных точек отклоняется от теоретических (модельных) кривых распределения концентраций дейтерия и кислорода-18. Последнее объясняется неучитываемыми моделями микропоровых процессов разделения изотопов воды при миграции в пористых средах и другими явлениями.
ПРОЦЕССЫ, КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В настоящее время в результате многочисленных исследований [32. 43, 53, 60 и др.] установлено, что главными процессами, контролирующими формирование изотопного состава глубоких подземных вод являются смешение вод различного происхождения, депарение и изотопно-обменные равновесия. Существует и другая группа процессов, элементарный акт разделения изотопов в которых приводит к небольшим сдвигам в изменении их концентрации. К ним относятся: диффузионный, термодиффузионный, атмо- лиз, радиационный и электрохимический, адсорбционный, растворение и кристаллизация, биологический и др. Суммарный эффект фракционирования изотопов в большинстве процессов этой группы даже при многократных повторениях единичной операции не приводит к существенным сдвигам в изотопном составе воды, за что некоторые из них отнесены к эффектам второго порядка малости [60]. Роль этих процессов действительно изучена значительно хуже, поскольку поведение изотопов с их участием плохо фиксировалось не масс-спектрометрическими методами, за что, на наш взгляд, они традиционно, но не вполне справедливо квалифицированы как практически не имеющие значения [53]. Ниже будет показано, что не только в теоретическом плане, но также и в практическом их роль оказывается не менее значимой, чем процессов с макроэффектами разделения изотопов.
Использование изотопного состава природных соединений для решения задач геологии и гидрогеологии предполагает, что изначальное статистическое распределение изотопов химических элементов является природной константой и дальнейшая их судьба связывается с фракционированием изотопов в результате физических, химических или биологических процессов. Применительно к молекулам воды физические процессы могут приводить и приводят к их разрушению. В этом случае должна наблюдаться параллельность в изменении изотопного состава элементов. Если же отношения стабильных изотопов водорода (D/Н) и кислорода (18О/16О) изменяются в результате химических, биологических и других процессов, т. е., как правило, избирательно к одному из элементов, корреляция может отсутствовать.
В формировании глубоких подземных вод, например артезианских бассейнов, в принципе могут принимать участие все типы природных вод. Поэтому для анализа условий их формирования воспользуемся соотношением D - 18О в основных генетических типах природных вод: океанических или морских, метеорных и ювенильных (магматических). Помимо треугольника АВС, вершинами которого служат средние значения упомянутых типов вод, нанесем на диаграмму в координатах D-18О (рис. 7) [Gutsalo L.К., Vetstein V. Е., 1974 г.; Ветштейн В. Е. и др., 1979 г.] прямые I-III, характеризующие в совокупности со сторонами треугольника поведение изотопов в процессе формирования подземных вод и облегчающие понимание сущности этих явлений. В качестве координат средних значенийD - 18О для метеорных вод принимаются многолетние среднегодовые их содержания в атмосферных осадках данной местности или ориентируются на интервалы распределения изотопов в различных климатических зонах и физико- географических районах (см. табл. 15). Значения D и 18О для средней океанической воды (SMOW) принимаются равными нулю. На основании изучения вариаций отношения D/H и 18О/16О в ряде разновозрастных минералов (от 90 до 1140 млн. лет), образовавшихся в нижних горизонтах земной коры или верхней мантии и отобранных в различных районах мира, С. Шеплард и С. Эпштейн предложили гипотетический изотопный состав ювенильной воды с?D = -4820‰ и ?18О = +7 +9. Для соотношения изотопов кислорода предложенные значения в основном согласуются с теоретическими представлениями и экспериментальными исследованиями других авторов [14, 62, 64, 87 и др.]. Что касается значенийD, то здесь мнения исследователей весьма расходятся, причем большинство считает их более низкими, чем предложено в работе[90]. Например, Б. Арнесон и др. [Arnason В. е. а., 1968 г.] на?/p>