Способ определения возраста подземных вод

 

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 CO<SB POS="POST">2</SB> - CH<SB POS="POST">4</SB>, SO<SB POS="POST">4</SB> - H<SB POS="POST">2</SB>O, SO<SB POS="POST">4</SB> - H<SB POS="POST">2</SB>S, CH<SB POS="POST">4</SB> - H<SB POS="POST">2</SB>. Последовательно выделяют из пробы H<SB POS="POST">2</SB>, CH<SB POS="POST">4</SB> и CO<SB POS="POST">2</SB> 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.

СОК)Э СОВЕ ГСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

V 02 (51) 4 р - (- и;,-1 . (. 1 (,. ...,1., .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 о о где — — -- — доля обмена;

<Е о о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4292613/24-25 (22) 3 1.07,87 (46) 23.08.89. Бюл, 1Е 31 (71) Институт геохимии и аналитической химии им, В,И.Вернадского (72) В.А.Гриненко, В.И.Устинов и Ю.А.Таран (53) 550.83 (088.8) (56) Манухин Ю.Ф. О зонах водообмена геотермальных районов Камчатки: Материалы III Всесоюзного вулканологического совещания, 28-31 мая 1969 r.

В кн Вулканизм и глубины Земли.

М.: Наука, 1971, с, 219-223, Ферронский В.И, и др. Космогенные изотопы гидросферы, — Y.: Наука, 1984, с. 5-15. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА ПОДЗЕМНЬИ ВОД

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 иэотопно-обменная система характеризуется определенной скоростью достижения изотопного равновесия, выражаел мой периодом полуобмена ь,12 . Зная скорость изотопного обмена, при данной температуре и рН раствора рассчитывают возраст t термальных вод по формуле ф о4 о1.о

l2

1п — — —, О, 693 о Е oCо

„.,Я0, .1оозщ. (57) Изобретение относится к геохимии стабильных изотопов и гидрогеологии. Целью изобретения является определение времени пребывания подземных вод в термальной зоне. Измеряют температуру и рН пробы воды. Определяют период полуобмена иэотопами для каждой иэ изотопных систем СО—

СН4 ° S04-Н,О, S04 -H,S СН4-Н2 Последовательно выделяют из пробы Н, СН4 и СО2 в газовую фазу и осаждают серосодержащие соединения. Определяют иэотопный состав по О, Н, S, С н факторы изотопного фракционирования.

Возраст термальных вод рассчитывают по формуле, включающей период полуобмена иэотопами, значения факторов изотопного фракционирования при условии равновесия, а также при исходных условиях и в момент определения.

Ыо, oC H a(, — соответственно факторы фракционирования при t=0 (начальные условия), в момент анализа t и при равновесии при данной температуре, Фактором изотопного фракционирования является разница в изотопном составе элемента между компонентами

S04 Н20(ЬО ) Н S S04(Ь Б) и т д

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

3 1503С3 практически не происходит илн протекает крайне медленно. Например, в системе SO — H O период полуобмена изотопов кислорода при 10-25 С сос5 тавляет около миллиона лет. При повышении температуры скорость изотопного обмена резко увеличивается и при

200 С приходит в равновесие система

$04 — Нх$ за 300 лет, система Н2 10

Н 0 за 30 дней, а система CO -CH4 остается заторможенной даже при 300 С более 10 тыс.лет. Определяя изотопный состав O,S 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 2(I время пребывания воды в нагретой зоне, Способ осуществляется следующим образом, Иэ горячих источников или разведочной скважины исследуемого района отбирается проба воды, газа, замеряются температура и рН раствора. Иэ части этой пробы осаждаются сульфат в виде Ba$04 сульфид в виде CdS, 30 иэ газовой фаэы вьщеляются и разделяются на индивидуальные компоненты

Н, СН4 и СО . В вьщеленных компонентах и в воде определяется изотопный состав водорода, кислорода, углерода и серы. Если иэотопные системы Н вЂ”

Н 0 и S04 -Н О при данных условиях находятся в равновесии, а системы

Н S — $0 и СН -СО не достигли рав

2 4 4 2 новесия, то отсюда следует, что вода . 40 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, 45

Способ определения возраста подземных вод апробирован для термальной системы Вайракей (Новая Зеландия) и для термальных рассолов впадины

Атлантик П (Красное море). 50

Для термальной системы Вайракей температура воды на глубине 10001300 м составляет 260-278 С, а рН раствора 6,5. Наиболее близкую к этому значению температуру дает обменная система по водороду между

Н и Н О (290 С). Это указывало на равновесное распределение изотопов волорода в этой системе. Rce другие изученные иэотопные системы показали отсутствие изотопного равновесия, Иэотопное равновесие по водороду в системе Н -Н О при параметрах системы устанавливается эа несколько месяцев.

Время же полуобмена при параметрах термальных вод системы Вайракей для системы H

Во впадине Атлантик П температура рассола достигает 60 С, а рН 6,5 °

В термальных рассолах впадины Атлантик П сульфаты показывают более высокое содержание S чем в морской воде. Такое повышение величины о 4S в сульфате могло произойти только при частичном восстановлении сульфатов до сульфидов. Разница величин о 4 $ между сульфатом рассолов и сульфидами металлоносных осадков составляет 16% .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 (S 80=

=0) кислород сульфата должен иметь

3 0=+3 / . В современных рассолах SO имеет величину 8 0=+7,5%a .Это значение значительно меньше того, которое следует ожидать при .равновесии

SO с водой при 60 С (+23 /оо) ° Про4. межуточная величина 8 0 в сульфате указывает на то, что при 60 С произо-шел только частичный изотопный обмен кислорода.

Изменение изотопного состава кислорода сульфатов о 0 от +3 до +7,5 /« при температуре рассолов 60 С могло произойти эа 200-50 лет.

Ф о р м у л а изобретения

Способ определения возраста подземных вод путем отбора пробы воды, проведения изотопного анализа с последующим расчетом возраста, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью определения времени пребывания под,земных вод в термальной зоне, дополнительно измеряют температуру и рН пробы воды, используя полученные эна1503035

С (sz ч

0,693

Составитель Б.Голубов

Редактор С,Пекарь Техред М.Ходанич Корректор М.Пожо.Заказ 5083/56 Тираж 484 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 чения, определяют период полуобмена иэотопами для каждой иэ изотоп<(у ных систем СО -СН, S04-Н О, $0 -Н $, СН -Н, 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 1ð систем, а возраст t термальных вод рассчитывают по формуле где ф(— фактор изотопного фракционирования в системах СО -СН

$0» Н О $04 Нэ$, СН4 Н при условии равновесия;

Ы„ о — факторы изотопного фракционирования тех же систем при исходных условиях и в момент определения соответственно.