0 6.2.2. Задана о диффузион­

ном переносе в раз­деляющем слое [34]

1 - концентрационное поле, рассчитан­ное для момента времени t - 1,39 ч после начала инъекции индикатора; 2 - то же, для t-4,16 ч. Числа на графике - значения относительной коцетрации с / c_Q при c_Q - 1; а - длина участка инъекции; Ь - расстояние между непро- мощность слабопроницаемого ншщемыми границами { ширина обла- пласта). сти одномерной фильтрации)

f⁶

■ С.' 7 ;• v7-.\

• л * • , .1 % ♦ I • I V * • * • •* • •>

■ . -J/.^»^ * • . • • • -^ j

~7~Г7

Рис. 6.9. Схема миграции через разделяющий пласт

Так как этот расход соли равен скорости изменения количества соли в нижнем пласте (нижняя часть выделенного столбика) ,тс

где п — пористость пород нижнего пласта. Разделяем переменные и интегрируем:

dc

С₀с-с° 0 пт т_ь

где с₀ — начальная концентрация соли в нижнем пласте.

Отсюда

м

пт т,

0

\

С-С^{0 {}

с=- ₀= ехр

с₀-с

Если считать рассоление практически закончившимся, когда от­носительная концентрация с < 0,02, то время полного рассоления

4 п т т_ь

м

(6.18)

Подставляя характерные значения параметров, получаем, что t отвечает примерно миллиону лет. Иначе говоря, процессы молеку^

лярной диффузии протекают медленно, однако в геологическом мас­штабе времени они могут определять серьезные качественные изме­нения в солевом режиме водоносных систем.

ВОПРОС. Как изменится характер рассмотренного процесса, если учесть, что в нижнем пласте залегают погребенные морские воды (имеющие плотность примерно 1,03 г/см³), а в верхнем - пре­сные? Проведите количественные оценки с помощью формул (6.7) и (6.13), считая k_z = k_e= 10‘⁵ м/сут; т_в « 100 м; п -п_в-0,3; D_M - 10‘⁵ м²/сут, и определите, попадет ли вообще соленая вода в верхний пласт.

ЗАМЕЧАНИЕ. В разделяющих слоях, представленных некото­рыми тонкодисперсными глинистыми породами (в частности, монт- мориллонитовыми глинами), молекулярная диффузия может и не проявляться в сколько-нибудь существенной мере, и определяющи­ми оказываются осмотические процессы. Такие слои играют роль полупроницаемой мембраны, не пропускающей ионы (заряженные частицы) растворенных в воде соединений, но не задерживающей нейтральные молекулы воды. При этом, например, в ситуации, изо­браженной на рис. 6.9, осмотические силы, обусловленные разницей химических потенциалов и направленные на выравнивание концен­траций солей по обе стороны мембраны (разделяющего слоя), будут вызывать результирующий лоток пресной воды из верхнего пласта в нижний. Поступление воды в нижний пласт будет приводить не толь­ко к постепенному падению концентрации, но и к росту напоров в нем (напомним, что нижний пласт практически не дренируется). Возникновение разности напоров между верхним и нижним пластом означает появление в разделяющем слое гидравлического градиента, направленного против потока пресной воды. Следовательно, в конеч­ном счете, в системе может возникнуть стационарная ситуация, ха­рактеризующаяся довольно устойчивыми во времени различиями в концентрациях и напорах между нижним и верхним пластами . Отдель­ные сообщения о реальности таких гидрогеологических ситуаций можно найти в литературе.

Рассмотренные простейшие примеры убедительно по­казывают, сколь сложными могут оказаться процессы пе­реноса вещества в разделяющих пластах.

Равновесие может дополнительно смещаться за счет температурных эффектов.