Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
трации через глинистые уплотненные мембраны. Напомним, что ультрафильтрацией принято называть процесс, который препятствует прохождению ионов в водном растворе через полупроницаемые мембраны (например, сланцевые или уплотнение глины), пропуская в то же время воду. Модельный эксперимент состоял в продавливании дистиллированной воды и 0,01 раствора NaCl через уплотненный монтмориллонитовый диск толщиной 3,7 мм при давлении 100 бар. При этом было установлено уменьшение концентрации дейтерия и кислорода-18 соответственно на 2,5 и 0,85 ‰ по сравнению с остаточным раствором. Содержание соли в растворе не оказывало влияния на полученные результаты. Авторы делают заключение, что главная роль при фракционировании изотопов через глинистые мембраны принадлежит адсорбционному процессу, а молекулярная диффузия имеет подчиненное значение. Этот вывод сделан в связи с установлением в ультрафильтрате и утяжеленном остатке тангенса угла наклона в соотношении D - 18О, отвечающего 3,0 - 3,2; для молекулярной диффузии он составляет ~0,5.
Термодиффузионный процесс. Термодиффузия - один из наиболее эффективных и простых методов концентрирования изотопов Процесс термодиффузин в природных условиях может проявляться под влиянием, например, нефтегазовых залежей, характеризующихся геотермическими аномалиями. Перераспределение изотопов происходит в пределах границ температурных полей. Обычная диффузия не вызывает подобного распределения изотопов. Как правило, термодиффузия сопровождается обычной диффузией с обратным знаком, уравнивающей содержание изотопов в смеси. Поэтому результирующее фракционирование изотопов очень мало.
Атмолиз. Разделение изотопов в этом процессе идет посредством промежуточного компонента-носителя и различной скорости диффузии молекул изотопной смеси. Разделяющая способность системы та же, что и при обычной диффузии.
Радиационно-химический процесс. В настоящее время вопрос о протекании в земных недрах радиационно-химических превращений ни у кого не вызывает сомнений. Однако роль этих процессов в формировании изотопного состава подземных вод, по нашему мнению, недооценивалась, а масштабы фракционирования не изучались.
В. И. Вернадский [19] первый указал на мощность радиационно-химических взаимодействий и, в частности, процессов, приуроченных к нефтегазовым залежам. Он определил, что в год 1 г радия дает по крайней мере 10,95 л (т. е. около 6 г) гремучего газа, и заключил, что общий эффект этого явления должен быть огромным.
Нами [11, 12, 17] при изучении распределения изотопов кислорода и водорода в пластовых водах зоны ВНК на примере ряда нефтяных месторождений Белоруссии и Западной Сибири впервые было сделано допущение о возможном участии радиационно-химических процессов в формировании изотопного состава контурных вод нефтегазовых залежей. Основанием для такого заключения явилось сопоставление фактических материалов (см. гл.III, табл. 21) с данными, полученными другими авторами [28, 54 и др.]. В частности, как следует из табл. 21, в пределах продуктивных структур исследуемых нефтяных месторождений был обнаружен эффект закономерного увеличения содержания дейтерия и кислорода-18 в контурных водах, градиент концентрации которых направлен к ВНК. Аналогичным распределением характеризуется и радий в водах зоны ВНК нефтяных месторождений как Припятского прогиба, так и других бассейнов [54]. Для нефтяных месторождений Припятского прогиба между концентрацией дейтерия и кислорода-18 и расстоянием L до ВНК, а также распределением тяжелых изотопов воды и радием устанавливается криволинейная связь, описываемая системой квадратичных уравнений. Интересна и другая особенность в распределении изотопов кислорода и водорода в водах зоны ВНК обоих бассейнов. Дисперсия изотопов кислорода и водорода в водах девонских межсолевых и подсолевых отложений Припятского прогиба больше, чем в мезозойско-кайнозойских отложениях Западной Сибири, что, вероятно, обусловлено фактором времени.
Л. К. Гуцало [28] при изучении подземных хлоркальциевых рассолов Днепровско-Донецкой впадины в интервале глубин 2000-3000 м и условиях восстановительной обстановки обнаружил существование свободного кислорода вблизи залежей нефти и газа в количествах, значительно превышающих возможности его растворения (захвата) из атмосферы. На основании расчетов и установленной корреляции между содержанием кислорода и радия и увеличением их концентрации по мере приближения к контуру нефтяной или газовой залежи он делает заключение, что происхождение и наличие свободного кислорода и водорода в подземных водах палеозоя Днепровско-Донецкой впадины обязаны радиолитическому процессу. В этой связи представляется, что радиационно-химические процессы также принимали участие в формировании изотопного состава вод зоны ВНК, хотя нельзя исключать роль других процессов (см. более подробно гл. III).
В теоретическом плане механизм фракционирования изотопов кислорода и водорода в водах зоны ВНК можно объяснить исходя из основных положений теории разделения изотопов [5]. В закрытых и восстановительных условиях контурных вод нефтегазовой залежи при радиолизе воды и образовании большого числа атомарных, радикальных и других реакционноспособных частиц и их рекомбинации благодаря большей подвижности, легкие изотопные разновидности (и их фрагменты) будут уходить из воды в первую очередь с частичным расходованием водорода на гидрогенизацию углеводородов, реакцию восстановления Fe3+ и сульфатов, а кислород?/p>