Дейтерий и кислород-18 в глубоких подземных водах седиментационных бассейнов

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Дейтерий и кислород-18 в глубоких подземных водах седиментационных бассейнов

28.07.2020

Формирование глубоких подземных вод осадочной оболочки Земли имеет длительную и сложную историю. Глубокие воды седиментационных бассейнов формировались на месте древних морей и лагун, тяготеющих к материковым окраинам. Наблюдается непосредственная связь мощности осадочных толщ с тектоническими горизонтальными подвижками литосферных плит и, как следствие этого процесса, — с вертикальными тектоническими движениями земной коры. Наибольшая осадочная толща согласно гипотезе глобальной тектоники плит аккумулируется на деструктивной границе плит, там, где океаническая плита погружается позади островных дуг. Особый тип бассейна седиментации может возникать и на конструктивных границах в начальной стадии разрыва континента, например в Красном море.

Таким образом, главные бассейны седиментации, образовавшиеся в различные геологические эпохи, были связаны с окраинными частями плит, т. е. с теми участками земной коры, где происходили максимальные тектонические вертикальные подвижки. Характерно, что подавляющее число открытых к 1970 г. нефтяных месторождений-гигантов связано с бассейнами седиментации и располагается в шельфовых зонах современных материков.

На стадии поверхностного существования седиментационного бассейна (это относится в первую очередь к бассейнам, где шло осаждение эвапоритов) в результате испарения воды изотопный состав водорода и кислорода мог несколько отличаться от питающей его морской воды. При испарении с уменьшением объема концентрация солей в таком бассейне нарастала, что приводило к уменьшению активности воды и, следовательно, к снижению скорости испарения. Это в свою очередь на конечных стадиях упаривания влияло на изотопный состав водорода и кислорода воды. Как показали, например, З. Софер и Дж. Гат, содержание дейтерия в таких бассейнах в зависимости от влажности окружающего воздуха могло уменьшаться по сравнению с первоначальной морской водой bD = 0. Так, при относительной влажности 40—50% и изотопном составе пара bDп = -80%, когда в бассейне может произойти упаривание до садки бишофита, изотопный состав водорода воды практически на всех стадиях упаривания превышает концентрацию дейтерия в океанической воде. При влажности воздуха 80%, когда бассейн в естественных условиях может выпариться до стадии садки галита, изотопный состав водорода оставшейся воды может уменьшиться и достичь значения bD = -20%.

В подземных условиях на стадии диагенеза осадочной толщи изотопный состав подземных вод также может изменяться. Как правило, при температурах, повышенных по сравнению с поверхностными, происходит изотопный кислородный обмен подземных вод с водовмещающими породами, и концентрация кислорода-18 в подземных водах может возрастать. Концентрация дейтерия также не остается постоянной, но ее изменение вследствие процессов обмена с гидроксидсодержащими минералами, например глинистыми, выражено гораздо слабее, чем изменение изотопного состава кислорода, так как содержание кислорода в породах осадочной толщи более чем на порядок превосходит содержание водорода.

Таким образом, по концентрациям дейтерия подземные воды, сингенетичные с осадочной толщей седиментационного бассейна, значительно отличаются от инфильтрационных метеогенных вод, поступающих в бассейн на континентальной стадии его существования. На основании изложенного можно сделать вывод о том, что по концентрациям дейтерия в подземных водах древних седиментационных бассейнов можно отличать древние морские воды от инфильтрационных метеогенных вод даже при идентичности их химического состава.

Э. Дегенс с сотрудниками изучал изотопный состав кислорода пластовых вод нефтегазоносных провинций штатов Оклахома, Техас, Колорадо и Юта.

В целом для всех бассейнов отмечается увеличение значений b18O с ростом минерализации исследуемых вод. Отклонение b18О в сторону отрицательных значений, зафиксированное в ряде проб и сопровождающееся снижением их минерализации, могло быть вызвано внедрением современных метеорных вод или смешением с древними инфильтрационными водами при положительных тектонических подвижках. Положительные значения b18О в некоторых пробах объясняются возможным испарительным концентрированием кислорода-18 на стадии поверхностного существования бассейна, например при испарении из замкнутых лагун. Э. Дегенс и др. указывают также, что сходство изотопного состава кислорода подземных рассолов и океанических менее минерализованных вод позволяет сделать предположение о том, что концентрирование солей в подземных водах седиментационных бассейнов обусловлено не только испарительным их концентрированием на стадии поверхностного существования, но и процессами фильтрации подземных вод через глинистые толщи. По мнению авторов, изотопные данные могут служить отправными критериями для определения пропорций метеорной и «погребенной» воды в исследуемом образце.

Разной детальности исследования изотопного состава глубоких пластовых вод выполнены Д. Уайтом, Р. Клейтоном, Б. Хитчоном и И. Фридманом, А. Рожковски и К. Пржевлоцки и др.

Основываясь на этих работах, X, Тейлор пришел к выводу, что в большинстве седиментационных бассейнов Северо-Американского континента метеорные воды являются главным компонентом подземных рассолов. В связи с этим он предложил для подобных вод вместо понятия погребенные воды использовать термин измененные (метаморфизованные) погребенные воды, или «формационные воды». Такие формационные воды, по мнению автора, должны присутствовать во всех бассейнах осадконакопления. В ряде случаев эти воды могут являться важными рудообразующими флюидами.

В Польше с помощью комплекса природных изотопов (D, 18O, Т, 14C) исследовали генезис водопритоков в три соляные шахты. В частности, на основании изучения распределения D и 18O в водопритоках на различных горизонтах было установлено, что с увеличением глубины возрастает количество погребенных морских метаморфизованных вод, характеризующихся повышенными содержаниями дейтерия и кислорода-18. Особенно это характерно для соляной шахты Клодава, расположенной в соляном куполе цехштейна. Отмечено также, что даже в глубокие горизонты шахт в ряде случаев поступает значительное количество современных инфильтрационных вод. Так, на третьем уровне шахты Вапно установлено присутствие в водах трития (20—30 Т. Е.) и радиоуглерода (74% от современного стандарта) при общей их минерализации, равной 360—422 г/л.

С использованием дейтерия и кислорода-18 можно идентифицировать не только древние, но и современные морские воды, поступающие в водоносные горизонты в прибрежных районах. Такие работы выполнялись для ряда районов земного шара.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: