С.М.Судариков

Газовый состав

подземных вод

•Природной воды, лишенной растворенных газов не бывает, поскольку в природе нет вакуума.

•Обязательной составляющей каждой природной воды являются растворенные газы.

•Происхождение их может быть связано с атмосферой, процессами дегазации мантии, химическими и биохимическими процессами, происходящими в недрах Земли и на ее поверхности.

Воздух.

•Воздух в подземном пространстве рассматривается как однородная флюидная фаза с такими компонентами, как азот, кислород, аргон и т. п. Сухой атмосферный «чистый» воздух содержит (в %): N2 78,09; О2 20,15; Аr 0,93; СO2 0,03, а также следы других газов.

•В зоне аэрации соотношения компонентов воздуха непостоянны. Для нее характерны повышенное (по сравнению с атмосферным воздухом) содержание СO2 (1—5 %) и пониженное O2 (20% до 0%).

Азот (N2)

•Содержание азота в атмосфере по объему составляет 78,1 %. Практически почти в любой природной воде имеется растворенный азот. Растворимость (при 0 °C и парциальном давлении 0,1 МПа) 23,6 мл/л, или 29,5 мг/л (17 мл/л). В равновесии с воздухом может находиться 29,5 · 0,78 = 23 мг/л азота.

•Большая часть N2, растворенного в подземных водах верхних горизонтов, имеет атмосферное происхождение. Концентрация пропорциональна парциальному давлению газа.

Воздушный азот проникает на

глубины в несколько км.

•В областях современного вулканизма в газовом составе подземных вод может появиться небольшое количество азота вулканического (мантийного) генезиса.

•В нефтегазоносных районах в подземных водах появляется азот биогенного происхождения, связанный с разложением органического вещества нефти. Биогенный азот используют как нефтегазоносный признак.

•Отмечено повышение содержания с глубиной, с ростом парциального давления.

биогенного или вулканогенного происхождения, пользуются

коэффициентом Ar · 100/N2

• Допущение - весь аргон в газовой составляющей имеет воздушное происхождение. Для воздуха этот коэффициент равен 1,18 %; для воздуха, растворенного в воде, разница в растворимости аргона и азота изменяет коэффициент на 2,53 %.

• Если в спонтанном газе Ar · 100/N2<1,18, а в

растворенном <2,52, то избыточный азот не воздушного происхождения, чаще всего – биогенного. Расчеты эти приблизительные, так как не учитывается радиогенный аргон.

Кислород (O2)

•Объемная доля кислорода в воздухе составляет 20,9 %. Растворимость кислорода (при 0 °C и парциальном давлении 0,1 МПа) 49,2 мл/л, или 70,3 мг/л (34 мл/л). В равновесии с воздухом может находиться 70,3 · 0,209=14,7 мг/л кислорода.

•Близкие к этому значения содержания кислорода и характерны для поверхностных и грунтовых вод. Главный источник растворенного в воде кислорода

– воздух.

В недрах кислород расходуется на

окисление органич. веществ, Fe,

сульфидов.

• Участие аэробных бактерий приводит к появлению в подземных водах биогенного

CO2

• Выпадают в осадок оксиды и гидроксиды Fe, цементирующие горные породы.

• Формируются зоны окисления и вторичного обогащения на сульфидных месторождениях.

• В результате кислород быстро расходуется и на глубинах первых сотен метров его содержание обычно не превышает нескольких миллиграммов на литр.

Озон (O3) (от др-греч ὄζω —

пахну)

• Впервые озон обнаружил в 1785 г. голландский физик М. ван Марум по характерному запаху и окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр. Термин озон предложен немецким химиком X.Ф. Шёнбейном в 1840 г., вошёл в словари в конце XIX века.

Распределение озона

•В воздухе на поверхности Земли 1.1012 см-3 (молекул в куб.см газа).

•На высоте 15-25 км в 3 раза больше.

•В полярных широтах до 5.1012 .

•Это и есть озоновый слой, сформировавшийся в силуре, когда количество кислорода в атмосфере достигло около 10 % от современного.