Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các phép đo heli của chất lỏng trong lỗ rỗng thu được từ các lõi khoan của Đài quan sát Đứt gãy San Andreas ở độ sâu (SAFOD, Mỹ)
Tóm tắt
Heli 4He tích tụ trong các chất lỏng là một dấu vết địa hóa đã được thiết lập rõ ràng, được sử dụng để nghiên cứu động lực học chất lỏng trong vỏ trái đất. Mẫu chất lỏng trực tiếp không phải lúc nào cũng có thể thu thập; do đó, một phương pháp để chiết xuất khí hiếm từ các chất lỏng lưỡng tính của đá toàn phần thông qua sự khuếch tán đã được điều chỉnh. Heli đã được đo trên các chất lỏng lưỡng tính được chiết xuất từ đá cát và đá sét thu hồi trong quá trình khoan Đài quan sát Đứt gãy San Andreas ở độ sâu (SAFOD) tại California, Mỹ. Mẫu thường được thu thập dưới dạng lõi phụ hoặc từ các mảnh lõi khoan. Nồng độ heli và tỷ lệ đồng vị đã được đo 4-6 lần trên mỗi mẫu, cho thấy hệ số khuếch tán 4He tổng thể là 3,5 ± 1,3 × 10–8 cm2 s–1 ở 21°C, so với các hệ số khuếch tán đã được công bố trước đó từ 1,2 × 10–18 cm2 s–1 (21°C) đến 3,0 × 10–15 cm2 s–1 (150°C) trong cát và đất sét. Việc sửa đổi hệ số khuếch tán của 4He nước cho độ rỗng của lưới (∼3%) và độ rối (∼6–13) tạo ra các hệ số khuếch tán hiệu quả là 1 × 10–8 cm2 s–1 (21°C) và 1 × 10–7 (120°C), cách ly hiệu quả khí 4He trong lỗ rỗng khỏi 4He chứa trong khung đá. Tính toán mô hình cho thấy <6% heli hòa tan ban đầu trong chất lỏng lỗ rỗng đã bị mất trong quá trình lấy mẫu. Việc chiết xuất hoàn chỉnh và định lượng các chất lỏng lỗ rỗng cung cấp giá trị độ rỗng tại chỗ tối thiểu cho đá cát là 2,8 ± 0,4% (SD, n = 4) và đá sét là 3,1 ± 0,8% (SD, n = 4).
Từ khóa
#heli #chất lỏng trong lỗ rỗng #đài quan sát đứt gãy San Andreas #khuếch tán #độ rỗngTài liệu tham khảo
Bear J, Verruijt A (1987) Modeling groundwater flow and pollution: with computer programs for sample cases. Reidel, Dordrecht, The Netherlands
Boudreau BP (1997) Diagenetic models and their implementation: modeling transport and reactions in aquatic sediments. Springer, Berlin
Bradbury KK, Barton DC, Solum JG, Draper SD, Evans JP (2007) Mineralogic and textural analyses of drill cuttings from the San Andreas Fault Observatory at Depth (SAFOD) boreholes: initial interpretations of fault zone composition and constraints on geologic models. Geosphere 3(5):299–318
Crank J (1975) The mathematics of diffusion. Oxford University Press, Oxford
Erzinger J, Wiersberg T, Dahms E (2004) Real-time mud gas logging during drilling of the SAFOD Pilot Hole in Parkfield, CA. Geophys Res Lett 31(15), L15S18, 4 pp
Fyfe WS, Price NJ, Thompson AB (1978) Fluids in the Earth's crust. Elsevier, New York
Hickman S, Zoback M, Ellsworth W, Boness N, Malin P, Roecker S, Thurber C (2007) Structure and properties of the San Andreas Fault in central California: recent results from the SAFOD experiment. Sci Drilling (Special Issue No.1):29–32
Jahne B, Heinz G, Dietrich W (1987) Measurement of the diffusion-coefficients of sparingly soluble gases in water. J Geophys Res Oceans 92(10):10767–10776
Katsube et al. (1991) Petrophysical characteristics of shales from the Scotian Shelf. Geophysics 56(10):1681–1689
Kennedy BM, Kharaka YK, Evans WC, Ellwood A, DePaolo DJ, Thordsen J, Ambats G, Mariner RH (1997) Mantle fluids in the San Andreas fault system, California. Science 278(5341):1278–1281
Kennedy BM, van Soest MC (2007) Flow of mantle fluids through the ductile lower crust: helium isotope trends. Science 318(5855):1433–1436
Kipfer R, Aeschbach-Hertig W, Peeters F, Stute M (2002) Noble gases in lakes and ground waters. In: Porcelli D, Ballentine CJ, Wieler R (eds) Noble gases in geochemistry and cosmochemistry, vol 47. Mineralog. Soc. Am., Washington, DC, pp 615–700
Kulongoski JT, Hilton DR, Izbicki JA (2003) Helium isotope studies in the Mojave Desert, California: implications for groundwater chronology and regional seismicity. Chem Geol 202(1–2):95–113
Kulongoski JT, Hilton DR, Izbicki JA (2005) Source and movement of helium in the eastern Morongo groundwater basin: the influence of regional tectonics on crustal and mantle helium fluxes. Geochim Cosmochim Acta 69(15):3857–3872
Lippmann J, Rüble A, Osenbrück K, Sonntag C, Gröning M (1997) Dating porewater in rock samples from fresh drilling cores: depth profiles of stable isotopes, noble gases and chloride in hydraulically impermeable geological formations. Isotope Techniques in the Study of Environmental Change, Proc. Symp., Vienna, April 1993
Lippmann J, Stute M, Torgersen T, Moser DP, Hall J, Lihung L, Borcsik M, Bellamy RES, Onstott TC (2002) Dating ultra-deep mine waters with noble gases and 36Cl, Witwatersrand Basin, South Africa. Geochim Cosmochim Acta 67(23):4597–4619
Mishina M (2009) Distribution of crustal fluids in northeast Japan as inferred from resistivity surveys. Gondwana Res 16(3–4):563–571
National Research Council (NRC) (1990) The role of fluids in crustal processes. National Academy Press, Washington, DC
Olanrewaju J (2009) Radioactive waste management. Water Environ Res 81(10):1836–1844
Orr FM (2009) Onshore geologic storage of CO2. Science 325(5948):1656–1658
Osenbrück K (1996) Alte und Dynamik tiefe Grundwasser: eine neue Methodik zur Analyse der Edelgases im Porenwasser von Gesteinen [Old and deep groundwater dynamics: a new methodology for the analysis of noble gas in the pore water of rock]. PhD Thesis, University of Heidelberg, Germany, 116 pp
Osenbrück K, Lippmann J, Sonntag C (1998) Dating very old pore waters in impermeable rocks by noble gas isotopes. Geochim Cosmochim Acta 62(18):3041–3045
Rübel A, Lippmann J, Sonntag C (1999) Noble gases and isotopes from porewater and rocks. In: Thury M, Bossart P (eds) Monte Terri Rock Laboratory: results of the hydrogeological, geochemical and geotechnical experiments performed in 1996 and 1997, vol 23. Geological reports, Swiss National Hydrological and Geological Survey, Berne, Switzerland, pp 148–151
Rübel AP, Sonntag C, Lippman J, Pearson FJ, Gautschi AA (2002) Solute transport in formations of very low permeability: profiles of stable isotope and dissolved noble gas contents of pore water in the Opalinus Clay, Mont Terri, Switzerland. Geochim Cosmochim Acta 66(8):1311–1321
SAFOD (2008a) SAFOD Main Hole downhole logging data phase 1.2, 2812–3043 m. Scientific Drilling Database, GFZ, Potsdam, Germany. doi:10.1594/GFZ.SDDB.1126
SAFOD (2008b) SAFOD Main Hole downhole logging data phase 2 (2005), 2975–3387 m. Scientific Drilling Database, GFZ, Potsdam, Germany. doi:10.1594/GFZ.SDDB.1127
SAFOD (2008c) SAFOD Main Hole downhole logging data phase 2 (2005), 3387–3799 m. Scientific Drilling Database, GFZ, Potsdam, Germany. doi:10.1594/GFZ.SDDB.1128
Salem H (2000) Fluid-flow characterization of porous media (for the example of the Jeanne d’Arc Basin Consolidated Reservoirs). Energ Sour 22(6):557–572
Sano Y, Nakamura Y, Wakita H, Notsu K, Kobayashi Y (1986) 3He/4He ratio anomalies associated with the 1984 western nagano earthquake: possibly induced by a diapiric magma. J Geophys Res Solid Earth Planet 91(B12):2291–2295
Solomon DK, Hunt A, Poreda RJ (1996) Source of radiogenic helium 4 in shallow aquifers: implications for dating young groundwater. Water Resour Res 32(6):1805–1813
Stute M, Clark JF, Schlosser P, Broecker WS, Bonani G (1995) A 30000 yr continental paleotemperature record derived from noble gases dissolved in groundwater from the San Juan basin, New Mexico. Quatern Res 43(2):209–220
Suer S, Gulec N, Mutlu H, Hilton DR, Cifter C, Sayin M (2008) Geochemical monitoring of geothermal waters (2002–2004) along the North Anatolian Fault Zone, Turkey: spatial and temporal variations and relationship to seismic activity. Pure Appl Geophys 165(1):17–43
Thordsen JJ, Evans WC, Kharaka YK, Kennedy BM, van Soest M (2005) Chemical and Isotopic Composition of Water and Gases From the SAFOD Wells: implications to the Dynamics of the San Andreas Fault at Parkfield, California. American Geophysical Union, Fall Meeting 2005, AGU, Washington, DC, Abstract No. T23E-08
Torgersen T (1989) Terrestrial helium degassing fluxes and the atmospheric helium budget: implications with respect to the degassing processes of continental crust. Chem Geol 79(1):1–14
Van Brakel J (1975) Pore space models for transport phenomena in porous media, Powder Technol 11(3):205–236
Wiersberg T, Erzinger J (2007) A helium isotope cross-section study through the San Andreas Fault at seismogenic depths. Geochem Geophys Geosys 8, Q01002
Williams CF, Grubb FV, Galanis SP (2004) Heat flow in the SAFOD pilot hole and implications for the strength of the San Andreas Fault. Geophys Res Lett 31(15):4
Zoback MD (2006) SAFOD penetrates the San Andreas Fault. Sci Drilling 2(2006):32–33. doi:10.2204/iodp.sd.2.07.2006
Zoback MD, Ellsworth W, Hickman S (2010) Scientific drilling into the San Andreas Fault. EOS Trans AGU 91(22):197–199