Способ оценки процесса карстования массивов карбонатных пород

 

Изобретение относится к гидрогеологии и инженерной геологии и предназначено для определения скорости растворения массивов карбонатных пород под действием метеогенных вод. Цель изобретения - повышение достоверности способа и снижение затрат на его осуществление. Способ заключается в том, что по данным о химическом составе подземных вод и об изотопном составе углерода карбонатной системы этих вод (<SP POS="POST">13</SP>С,<SP POS="POST">14</SP>С) судят о количестве карбонат-иона, поступившего в подземные воды за счет растворения водовмещаемых пород (<SP POS="POST">13</SP>С), и о скорости выноса растворенных карбонатных компонентов из массива (<SP POS="POST">14</SP>С).

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5046 Ol Ч 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ IWHT СССР

1 (21) 4295696/24-25 (22) 05.08.87 (46) 23. 10. 89. Бюл. 11-" 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (72) В.A ..Поляков и A ..Е . Ткаченко (53) 550.84 (088.8) (56) Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям и оценке территорий для промьппленного и гражданского строительства в карстовых рай-онах СССР.-М.: ПНИИС, 1967, с. 20.

Чикишев А.Г. Методы изучения карста.-М.: Изд-во МГУ, 1973, 63 с. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА КАРСТОВАНИЯ МАССИВОВ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к гидрогеологин и инженерной геологии и пред,назначено для определения скорости растворения массивов карбонатных пород под действием метеогенных вод .

Целью изобретения является повышение достоверности способа и снижение затрат на его осуществление.

Способ основан на следующих закономерностях.

Процесс карстования массивов карбонатных пород в общем виде можно представить как растворение кальцита (доломита) под действием агрессивной углекислоты. В естественных условиях генерация углекислого газа происходит главным образом в гипергенных условиях (в почвенном слое) эа счет корневого дыхания растений и микробиологической деятельности. Интенсивность выноса

„„SU„„1516998 A t

2 (57) Изобретение относится к гидрогеологии и инженерной геологии и предназначено для определения скорости растворения массивов карбонатных пород под действием метеогенных вод.

Цель изобретения — повышение достоверности способа и снижение затрат на его осуществление. Способ заключается в том, что па данным о химическом составе подземных вод и об иэотопном составе углерода карбонатной системы этих вод (С, С) судят о

1З 14 количестве карбонат-иона, поступившего в подземные воды эа счет растворения водовмещаемых пород (С), f3 и о скорости выноса растворенных карбонатных компонентов иэ массива (С). сравнительно хорошо растворимого гидрокарбоната кальция в свою очередь В! является функцией интенсивности водообмена. Влияние на интенсивность кар- урраа стования карбонатных пород литогических особенностей пород, температуры, химического состава и ионной силы раствора и других факторов также связано с динамикой подземных вод. Изотопы углерода являются наиболее информативными показателями процесса карстования карбонатных пород. Действительно, растворению подвергаются углеродсодержащие породы под действием также углеродсодержащего растворенного в подземных водах газа (углекислого).

Карбонатные породы и биогенный углекислый газ значительно различаются по изотопному составу углерода.

1516998 — К

<3 С рп.

-), -I8%о г 0...>

1З

-18%o

0 m - = (1

qm =- qМ(I где

V И вЂ” -- — --(1

l †18

Среднее эначеHHP d l(. карбснатных пород морского генезиса равно О %o (+5- — 5 %о), " С пресноводных карбонатов в среднем составляет- 11 %o, С биогенного (почве11ного) уг1Ъ 5 лекислого газа равно — 25 %13. Раст-воренные карбонатнь1е компоненты имеют характерные изотопные метки„ иоэ— воляюшие определять долю НСО, обу разовавшейся в результате растворе-ния карбонатных пород.

Если увеличение содержания карбонатных компонентов в воде в условиях подземной циркуляции происходит в результате растворения карбонатных пород коллектора, при растворении СО с образованием гидрокарбонатионов происходит фракциониравание изотопов и растворенные карбонатные компоненты обогащаются иэотопом "- С на 7%о по сравнению с газообразной двуокисью углерода, водоносный горизонт сложен известняками морского генезиса, а почвенный углекислый гаэ имеет стандартньй" изотопный состав, к пчцентрация карбонатных компонентов (Р,1ГО, НСО, CO ) в исслецуемой воде М мг/л, то концентрация составляющей, связанной с растворением пород (jn) 03" С вЂ” относительное годер к;1-. п 1А рп

ВНр. С в расTBopEHíiê карбонатных подземных вод.

В водоносном горизонте, сложенно1. карбонатами кальция и магния, в фо::-. мировании изотопного состава стабиль- у(1 ного углерода карбонатнсй сис темы подземных вод значитеЛьную роль могут играть процессы. осаждения вторичньгх карбонатов, неучет которъ1:у. приу одит K cущественным погрешностям ь определении доли карбонатов, поступивших в раствор иэ породы. Отсюда общее количество углерода, с дествовавшее до выпадения вторичного кальцита, можно выразить как 5Г1 (С3„.„=(С) +(C) „, Частичное выпадение в осадок карбонатов кальция приводит к фракционированию изотопов углерода по релеевскому механизму с коэффициентами разделения Ы 1 = 1,002 и

1,004.

Фр;1кционирование 1 С необходимо учить1вать при восстановлении изотопного состава стабильного углерода карбонатной системы подземных вод.

1000 + Сп С п

-1

+ Спппр С + Спр.р13 г"С „+ 1ООО(1-К) о l к уда С „с" Р

3 где д С „и — иэотопный состав ста13 бильного углерода карбонатной системы подземных вод до выпадения вторичного кальцита.

Интенсивность выноса карбонатных компонентов иэ карстующегося массива карбонатньгх пород и, следовательно, интенсивность карстовых процессов, помимо величины m (насыщения подземных вод карбонатами водовмещающих пород), в большей степени зависит от среднего времени пребывания воды L в изучаемом массиве пород. !ля стационарной системы 1. = 1у/q, де 11 — естественные запасы подземных вод, а q — их ресурсы, отк уда

1. рецнее время пребывания (нли воэ13аст) воды может быть определен по

-;осмогенному радиоактивному иэотопу г11ерода " С.

Вынос карбонатных компонентов иэ массива пропорционален скорости р уствоpе«ия единицы обьема карстующнхся пород, поэтому выражение с13 з С -5 7

i; = M У1 — — "- -"-У-3 80331n У

Г4 C) является показателем наличия карстового процесса.

Оценку интенсивности развития карста в пространстве и времени производят путем изучения изменения величины Б по площади исследуемой территории ипи во времени.

Способ реализуют следующим образом .

Ра исследуемом массиве карбо1;атных пород отбирают пробы воды из любых существующих водопроявлений

151699 (скважин, колодцев, родников) и определяют общий химический состав, содержание карбонатных компонентов и иэотопный состав углерода карбонатной системы этих вод (У С и

5 ! С ) ). Все эти определения производят известным способом . По полученным данным вычисляют показатели 1!1, I и I < и делает вывод об ин- 10 тенсивности карстования пород на исследуемой территории. Зная по независимым наблюдениям среднюю мощность изучаемых отложений Н (y) и их среднюю пористость и, по значению пока- 15 зателя Н, (определенного как среднее из всех N на массиве или участ1 ке массива) переходят к показателю карстовой денудации D (мм эа 1 тыс. лет, или м KM год, который ра- 20 вен

D 1ср 5 210 Ип где 5,2 10 константа, учитывающая объемную массу карбоната кальция и перевод массовой концентрации карбонатных компонентов в карбанат кальция, а также согласующая размерности определяемых величин.! 35

Предлагаемый способ позволяет повысить достоверность оценки процесса карстования массивов карбонатных пород и снизить затраты на ее осуществление .

Формула изобретения

Способ оценки процесса карстован я массивов карбонатных пород, включающий отбор проб подземных вод, изучение их химического состава с определением содержаний растворенных карбонатных компонентов и суждение по полученным данным о наличии и интенсивности карстовых процессов, о т л и ч а ю— шийся . тем, что, с целью повышения достоверности способа и снижения затрат на его осуществление, дополнительно определяют изотопный сос- 55 тав углерода карбонатной системы подземных вод и его изменение во времени, при этом о наличии карстового

8 6 процесса и его интенсивности судят с использованием показателей

)/8033"

М М(1 -18 о 1

I N; /N, Ni / 11 макс 1 где N — показатель наличия (F 0) или отсутствия (P 60) карстового процесса;

М вЂ” содержание в воде растворенных карбонатных компонентов; д С вЂ” иэотопный состав стабильис пр ного углерода карбонатной системы подземных вод с учетом поправки к измеренному значению У С для данной пробы в зависимости от выпадения вторичных карбонатов в условиях подземной циркуляции

Р С + 1000 (1-К) С !!с!!р

Э где К = О, 002 (C) пр

СC ) +(СЗ.р (С)„измеренное содержание растворенного углерода в пробе воды; количество углерода, выпавmего в осадок в виде вторичного кальцита, определяемое по химическому составу воды в точке опробования, концентрация радиоуглерода в подземных водах интенсивность развития карста по территории исследований; показатель наличия карстового процесса в точке i во время показатель наличия карстового процесса, максимальный из зафиксированных в районе исследования; интенсивность развития карста во времени; показатель наличия карстового процесса в точке во время t . оказатель наличия карстовоо процесса в точке (C)—

t 1ic3

tg

N