Способ определения возраста подземных вод Советский патент 1989 года по МПК G01V9/02 

Изобретение относится к геохимии стабильных изотопов и гидрогеологии.

Целью изобретения является определение времени пребывания подземных вод в термальной зоне.

Способ основан на том, что каждая изотопно-обменная система характеризуется определенной скоростью достижения изотопного равновесия, выражаемой периодом полуобмена С, . Зная скорость изотопного обмена, при данной температуре и рН раствора рассчитывают возраст t термальных вод по формуле

tr,.a

t 1п

4.1

07б93

,

-oi,

где - доля обмена;

,

е -t соответственно факторы

фракционирования при (начальные условия), в момент анализа t и при равновесии при данной температуре.

Фактором изотопного фракционирования является разница в изотопном составе элемента между компонентами .S04-H,0(40), -HjS - 504(3) и т.д.

При низких температурах (до 100 С) изотопный обмен во многих системах

СП

9

:о

СП

200 С S02- -

практически не происходит или протекает крайне медленно. Например, в системе 50 - период полуобмена изотопов кислорода при сос тавляет около миллиона лет. При повышении температуры скорость изотопног обмен резко увеличивается и при

приходит в равновесие система

за 300 лет, система,Н за 30 дней, а система остается заторможенной даже при ЗОО более 10 тыс,лет. Определяя изотопный состав 0,8,С,Н соединений, растворенных в термальных водах, можно по системам, достигшим изотопного равновесия, оценить минимальное время пребывания воды в нагретой зоне, а по системам, не достигшим изотопного равновесия, оценить реальное время пребывания воды в нагретой зоне.

Способ осуществляется следующим образом.

Из горячих источников или разведочной скважины исследуемого района отбирается проба воды, газа, замеряются температура и рН раствора. Из части этой пробы осаждаются сульфат в виде BaSO и сульфид в виде CdS, из газовой фазы выделяются и разделяются на индивидуальные компоненты Н-, СНц и СО, В выделенных компонентах и в воде определяется изотопный состав водорода, кислорода, углерода и серы. Если изотопные системы Н - и 80 HjjO при данных условиях находятся в равновесии, а системы

H,S ю

и

не достигли рав

новесия, то отсюда следует, что вод находилась в нагретой зоне более од ного, но менее 300 лет. Для систем, не находящихся в изотопном равновесии, по формуле можно рассчитать время нахождения воды в нагретой зоне.

Способ определения возраста подземных вод апробирован для термальн системы Вайракей (Новая Зеландия) и для термальных рассолов впадины Атлантик П (Красное море).

Для термальной системы Вайракей температура воды на глубине 1000- 1300 м составляет 260-278°С, а рН раствора 6,5, Наиболее близкую к этому значению температуру дает обменная система по водороду между Н и (290°С). Это указывало на равновесное распределение изотопов

0

5

(1

5

0

5

0

водорода в этой системе. Все другие изученные изотопные системы показали отсутствие изотопного равновесия, Изотопное равновесие по водороду в системе при параметрах системы устанавливается за нескхзлько месяцев. Время же полуобмена при параметрах термальных вод системы Вайракей для системы - составляет 10 сут, Следовательно, равновесие может быть достигнуто только через 200 лет. Время нахождения воды в нормальной зоне порядка 100 лет,

Во впадине Атлантик П температура рассола достигает , а рН 6,5. В термальных рассолах впадины Атлантик П сульфаты показывают более высокое содержание S, чем в морской воде. Такое повышение величины в сульфате могло произойти только при частичном восстановлении сульфатов до сульфидов. Разница величин между сульфатом рассолов и сульфидами металлоносных осадков составляет 16%о-Такая разница соответствует равновесному восстановлению сульфатов при 400°С. При такой температуре происходит быстрый изотопный обмен не только между соединениями, содержащими серу, но и кислорода между сульфатом и водой. При таком равновесии в избытке морской воды ( 0) . кислород сульфата должен иметь S 8 о-.+ зо/оо .R современных рассолах S0 имеет величину S ,57оо .Это значение значительно меньше того, которое следует ожидать при -равновесии 50 с водой при 60 С ( + 23 /оо). Промежуточная величина в сульфате указывает на то, что при произошел только частичный изотопный обмен кислорода.

Изменение изотопного состава кис-

5 лорода сульфатов S О от+3 до+7,5 Уоо при температуре рассолов могло произойти за 200-50 лет.

Фо рмула изобретения

Способ определения возраста подземных вод путем отбора пробы воды, проведения изотопного анализа с последующим расчетом возраста, отличающийся тем, что, с целью определения времени пребывания под- ;земных вод в термальной зоне, дополнительно измеряют температуру и рН пробы воды, используя полученные зна51503035

чения, определяют период полуобмена с изотопами для каждой из изотопных систем , , , , последовательно выделяют из пробы Н, СН и СО в газовую фазу и осаждают серосодержащие соединения с последующим определением изотопного состава по О, Н, S и С и факторов изотопного фракционирования изотопных ю систем, а возраст t термальных вод рассчитывают по формуле

гд

oig

tn

In

i-eic

, 0,693 Vc-«to

ci{ фактор изотопного фракционирования в системах , , S04-HjS, CH4-Hj при условии равновесия;

i. - факторы изотопного фракционирования тех же систем при исходных условиях и в момент определения соответственно.

Изобретение относится к геохимии стабильных изотопов и гидрогеологии. Целью изобретения является определение времени пребывания подземных вод в термальной зоне. Измеряют температуру и PH пробы воды. Определяют период полуобмена изотопами для каждой из изотопных систем CO₂ - CH₄, SO₄ - H₂O, SO₄ - H₂S, CH₄ - H₂. Последовательно выделяют из пробы H₂, CH₄ и CO₂ в газовую фазу и осаждают серосодержащие соединения. Определяют изотопный состав по O, H, S, C и факторы изотопного фракционирования. Возраст термальных вод рассчитывают по формуле, включающей период полуобмена изотопами, значения факторов изотопного фракционирования при условии равновесия, а также при исходных условиях и в момент определения.