Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
?рмирование изотопного состава подземных вод изученных артезианских бассейнов.
Смешение вод различных типов и составов. Вода-растворитель является идеальной смесью изотопных разновидностей. При смешивании вод разных типов результирующая зависит от соотношения изотопов в исходных водах. Смешение водных молекул может происходить либо в паровой фазе (например, облачный пар) или в жидкой (подземные воды разных типов). В общем случае процесс смешения вод, как следует из рис. 7, будет характеризоваться отрезками АВ, ВС, АС и описываться прямыми регрессии. Изотопный состав вод, формирующихся при смешении океанической воды с метеорной (наиболее распространенный случай), будет представлен точками, расположенными в пределах заштрихованной области между прямыми I и АВ. Фигуративные точки соотношения D - 18О смешиваемой ювенильной и океанической вод и метеорной воды с ювенильной будут располагаться веерообразно относительно сторон ВС и АС треугольника ABC. В тех случаях, когда смешиваются воды с контрастными изотопными составами и химически peaкционноспособные с образованием новых соединений, например гидратов, может происходить дополнительное фракционирование изотопов. Изотопный сдвиг в этом случае на общем фоне будет незначительным.
Установление условий формирования природных вод по соотношению стабильных изотопов водорода и кислорода значительно усложняется, когда исследуются воды сложного генезиса, сформировавшиеся в результате смешения вод океанического (морского), метеорного или ювенильного происхождения. Обычно же происходит смешение каких-либо двух или реже трех основных генетических типов природных вод. В зависимости от соотношения объемов смешивающихся вод изотопный состав смеси приобретает промежуточные значения.
Соотношения смешиваемых вод и их содержания могут быть рассчитаны, по преобразованной формуле изотопного разбавления, наиболее общий вид которой представлен в работе [65]:
Mпр = (20)
где - 1,2,3, ..., n; - число изотопов в эталоне; Мэт -количество определяемого элемента в эталоне;,, - концентрация -го изотопа в пробе, эталоне, смеси соответственно; - коэффициент перехода от атомных к массовым отношениям.
Здесь
(21)
где - атомная масса -го изотопа.
Вычисление может быть произведено по любому из изотопов, но лучше брать те, которые дают наибольшие разности В- С и С-А. В случае природных вод, когда исходные количества определить сложно, а зачастую и невозможно, вычисляют пропорции смешения вод в частях или процентах по формуле
, (22)
где - доля смешиваемых вод; , , - концентрация -го изотопа водорода .или кислорода в исходных водах - метеогенной (проба), седиментогенной (эталон) и в смеси соответственно.
Определение пропорции в смеси по данным изотопного состава воды, являющейся, как правило, преобладающей частью раствора, осуществляется с более высокой точностью и надежностью, чем ранее проводимые оценки по отдельным ионам или фрагментам ионно-солевого состава, происхождение и поведение которых зачастую оказывались неконтролируемыми. Однако при этом необходимо: а) правильно определить исходные данные для расчета (D и 18О в эталоне и пробе); б) установить возможность оценки или по изотопам обоих элементов с усреднением результатов, или по изотопам одного из них. При определении доли метеоинфильтрогенных вод в седиментогенных талассогенных водах артезианских бассейнов возникает, в частности, вопрос, что принять в качестве условного эталона - океаническую воду со значениями D и 18О, отвечающими современной средней пробе воды океанов, являющейся, по существу, исходной для морских вод. или ориентироваться на их значения, характерные для данного региона. В первом случае речь идет о стандартном подходе, во втором - о региональном, учитывающем локальные особенности бассейна. Видимо, впредь по данному вопросу между исследователями либо должна существовать определенная договоренность, либо в каждом конкретном случае следует оговаривать принятые значения. Например, в нашей работе по Амударьинскому бассейну в качестве региональных значений эталона и пробы приводятся соответственно значения по D, равные - 25 и - 95‰ [1], по Волгоградскому Поволжью они составляют - 30 и - 95‰ [26] и т. д. Что касается вопроса, по изотопам одного из элементов (водорода или кислорода) или по их совокупности производить вычисление, то опыт показывает, что здесь нет однозначного ответа. В каждом конкретном случае должен быть применен индивидуальный подход. В обшем случае, ввиду относительно низкого кларкового содержания водородсодержащих минералов и пород в осадочных образованиях, лучше использовать данные по изотопному составу водорода. Это особенно существенно, когда, например. вмещающие породы выполнены карбонатами или силикатами, а пластовые температуры повышены и данные по изотопам кислорода могут оказаться непредставительными.
В ряде наших работ [1, 10, 35] рассмотрены различные подходы при определении вклада смешиваемых вод. Графический способ оценки долей смешиваемых вод может быть представлен в виде номограммы на рис. 8. Для пояснения приводим два примера, заимствованные из упомянутых работ.
Пример 1. Амударьинский бассейн. Линия ID соединяет точки Bi и Ai (22) со значениями = - 25 и - 95‰, принятыми в качестве эталонных. Метеоинфильтрогенная доля для образца 26/70 (площадь Байрамали, скв. 9, D = -35‰ [I]) составляет 15% (точка ).
Пример 2. Волынское Полесье Украины. Р