Загрузил sergey.voropaev2012

С изотопия газов Камчатки

реклама
Vernadsky Institute of Geochemistry and
Analytical Chemistry (GEOKHI) RAS
ГЕОХИ
Изотопия углерода для некоторых вулканических
пород и газов Камчатки
Воропаев С.А., Малик Н.А.*, Севастьянов В.С., Душенко Н.В.
ГЕОХИ РАН (voropaev@geokhi.ru)
* Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, ПетропавловскКамчатский
Работа поддержана грантом РФФИ, проект N 19-05-00554
Vernadsky Institute of Geochemistry and
Analytical Chemistry (GEOKHI) RAS
ГЕОХИ
Проницаемые зоны земной коры в районах активного вулканизма являются удобными
объектами для изучения состава глубинных мантийных и коровых газов. Эти зоны
характеризуются поступлением к земной поверхности огромных количеств магмы и
газов, связанных с современными геотектоническими процессами, большим
количеством трещин на разных глубинах и высокой сейсмической активностью.
Важное значение для понимания природы гидротермальных систем, как правило,
рудоносных и содержащих углеводороды, имеют геохимические исследования,
позволяющие выявить вклад мантийной компоненты. Для этих целей в пределах
юго-восточной и центральной Камчатки нами было начато изучение изотопного состава
углерода (δ13С VPDB) выделяемых фумарольных газов и лавы и проведено сравнение
с известными данными по изотопному составу благородных газов (He, Ne, Ar).
ГЕОХИ
F. V. Kaminsky et al.
“Kamachitite diamonds … ”
American Mineralogist, 2019
T. Ishilawa et al.
Geochimica et Cosmochimica Acta,
Vol. 65, No. 24, pp. 4523–4537, 2001
ГЕОХИ
1 – континентальная
литосфера;
2 – субдуцирующая
океанская литосфера;
3 – отделение флюидов;
4 – частичное
плавление и подъем
магмы;
5 – подводящие каналы
и промежуточные
магматические очаги;
6 – изотермы, град.
Схема магмообразования на Камчатке и Курильской дуге.
Г.П. Авдейко, 1993
ГЕОХИ
2019
ГЕОХИ
2020
ГЕОХИ
Рисунок 1. (а) Общий вид прибора
(б) принципиальная схема работы.
1 – электронный блок управления;
2 – индукционный нагреватель (печь);
3,9 – защитный диск из теплоизоляционной
ваты МКРР;
4 – кварцевая лодочка с загружаемым образцом;
5,7 – вакуумная пробка из резины
со стопором для отбора газа;
6 – термопара (сплав Nicrobell D);
8 – теплоотражающий экран;
10 – основное тело кварцевого реактора;
11 – манометр;
12 – резервуар для выравнивания давления в
замкнутом контуре с поршнем;
13 – вакуумный натекатель;
14 – игла газоплотного шприца.
ГЕОХИ
Для проведения дегазации при температуре 100°С в течение 2-х часов
выполнялась продувка гелием (освобождение от адсорбированных газов и
воздушных примесей). Температура дегазации составляла 500°С
(выдерживали при данной температуре 10 минут для максимального выхода
летучих). Анализ состава и количества газов выполнялся на газовом
хроматографе «КристалЛюкс-4000М».
Таблица 1. Содержание летучих компонентов в образцах лавы ТТИ-50, вулкан Толбачик
Образец
Определяемый компонент (мкг/г) или (мг/кг)
Н2
N2
CH4
CO
CO2
H2O
H2S
CH3-SCH3
пепел
0.06015
1.05801
0.04627
0.22194
9.77964
10.22870
-
1.9784*
10-5
Lp 2/1
0.05229
2.52382
0.01724
0.12161
2.19183
13.85770
-
-
Lp 3/1
0.15491
2.16087
0.02145
0.15310
2.46919
4.16930
0.04857
-
ГЕОХИ РАН
Ценную информацию для понимания Камчатских магматических систем дало изучение
вулканических газов, выделенных из лавы и активных фумарол. Показано, что среди них
преобладает водяной пар (более 70%), установлены также CO2, CO, CH4, H2, N2, NH3, S2, H2S,
SO2, COS, CH3SCH3, HCl, HF, инертные газы, в том числе мантийный 3Не, борная и
мышьяковистая кислота, хлориды и фториды металлов.
В наших исследованиях вулканические газы определялись непосредственно из фумарол методом
отбора газа «через водяной затвор»: в емкость с водой опускали вакутейнеры (вода вытесняла
весь воздух), шланг погружали в воду и после многократной продувки набирали газ в
вакутейнеры, там же под водой их закрывали .
В частности, был исследован Налычевский вулканический центр, где по кругу расположены
действующие (Авачинский, Корякский, Жупановский) и потухшие вулканы (Козельский,
Дзендзур, Ааг, Арик и др.). На их склонах и в центре Налычевской долины находятся
многочисленные гидротермальные источники. На внешнем к этой структуре подножии
Корякского вулкана расположены также Кеткинские выходы (скважины), они интересны тем, что
в составе их газа до 70-80% метана.
Таловские источники находятся в 35 км от Авачи, в 8 км от Налычевских источников, макс
температура 70 °С, координаты N53 34’ 28.8’’ E158 50’ 18.3’’. Типичный химический состав газа,
% об: He – 0.02836, H2 - 0.001084, O2 - 9.752, N2 - 39.26, Ar - 0.4873, CO2 - 49.91, CH4 - 0.5479.
ГЕОХИ РАН
Изотопный анализ газов проводился на масс-спектрометре Delta Plus с
предварительным разделением смеси на газовом хроматографе HP 6890. Данные
представлены в виде значений δ13C – отклонений в ‰ относительно стандарта
VPDB. Погрешность измерения не превышает 0.05‰.
Изотопные данные по углероду метана и углекислого газа для двух из 10
Талычевских источников, Налычевский вулканиеский центр, приводятся ниже в
таблице 2.
Таблица 2. Изотопный состав газа Таловских источников
Источник
δ13СVPDB (CH4)
δ13СVPDB (CO2)
∆С = δ13СCO2 - δ13СCH4
Таловский 1
- 25.91
- 1.84
24.07
Таловский 3
- 27.61
- 4. 32
23.29
ГЕОХИ РАН
В предположении термодинамического равновесия для реакции изотопного обмена
13С и 12С метана и углекислого газа, коэффициенту разделения Таловских газов
соответствует температура магматического очага ~ 312-324 °С (Oмото, 1982).
Известно, что, если для углекислого газа δ13C (CO2) меньше –10‰, то он
органического происхождения; если же δ13C (CO2) больше чем –8‰, то
неорганического . Мантийный CO2 обычно имеет изотопный состав δ13C между –5
‰ и -9‰; при этом δ13C (CO2) при тепловом разложении органики находится между
–25‰ и –5‰.
α A-B = RA/RB
CO2 - CH4 фракционирование изотопов углерода
( A BCD T) 
A
T
3
8
 10 
B
T
2
6
 10 
C
T
3
 10  D
1( T)  ( 4.1945.2108.934.36T)
Oмото и др. Геохимия гидротермальных рудных месторождений, М., Мир, 1982
ГЕОХИ РАН
Термальные источники кальдеры вулкана Узон связаны с магматическим очагом крупной
вулкано-тектонической структуры, сложенной толщей вулканогенных пород возрастом от
среднего неоплейстоцена до голоцена. Породы фундамента полностью перекрыты
вулканогенными породами и предполагают, что они находятся на глубине 3–4 км. Первые
исследователи предполагали, что нефть кальдеры Узон может выноситься из пород
богачевской свиты, но новые данные показывают, что исходное ОВ было ближе к
бактериальным матам современных термальных полей и могло накопиться в озере,
заполнявшим кальдеру.
Узон: нефтяная пленка на поверхности термального
раствора (лунка ~50 см)
ГЕОХИ РАН
Спасибо за внимание !
Скачать