Осмотическая фильтрация соленой воды в осадочной толще, содержащей полупроницаемые области, и ее возможные приложения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнено математическое моделирование и исследование процесса фильтрации соленой воды в осадочной толще с учетом явления осмоса. Показано, что осмотическое взаимодействие соленой и пресной воды в осадочной толще, содержащей прослои и включения слабопроницаемых пород (глины, илы и т.д.), может привести к появлению зон больших аномалий давления и разрушению геосреды. Предложенный осмотический механизм разрушения геосреды объясняет образование покмарков и кратеров на поверхности пассивных участков коры, не испытывающих каких-либо движений и деформаций длительный период времени. Данный механизм является альтернативным по отношению к распространенной точке зрения о полигональной системе разломов тектонической природы, на основе которых объясняются покмарки на морском дне или кратеры в областях вечной мерзлоты на суше. Исследуемая математическая модель показала, что в рассматриваемых условиях возникает конвекция раствора с замкнутыми линиями тока наподобие гравитационной конвекции.

Об авторах

М. М. Рамазанов

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mukamay-ipg@mail.ru

Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики

Россия, Махачкала; Москва

Л. И. Лобковский

Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук; Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: llobkovsky@ocean.ru

академик РАН 

Россия, Москва; Владивосток

Н. С. Булгакова

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Дагестанский государственный университет народного хозяйства

Email: ipgnatali@mail.ru

Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики

Россия, Махачкала; Махачкала

С. Р. Гаджимагомедова

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук; Дагестанский государственный университет народного хозяйства

Email: salikhat.g@gmail.com

Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики

Россия, Махачкала; Махачкала

Список литературы

  1. Magara K. Compaction, Ion Filtration, and Osmosis in Shale and Their Significance in Primary Migration // The Am. Assoc. Petrol. Geol. Bullet. 1974. V. 58. №. 2. P. 283–290. https://doi.org/10.1306/83D913D5-16C7-11D7-8645000102C1865D
  2. Neuzil C.E. Osmotic generation of ‘anomalous’ fluid pressures in geological environments // Nature. 2000. V. 40. P. 182–184. https://doi.org/10.1038/35003174
  3. Young A., Low P.F. Osmosis in agrillaceous rocks // AAPG Bull. 1965. V. 49. P. 1004–1008. https://doi.org/10.1306/A663368E-16C0-11D7-8645000102C1865D
  4. Fritz S.J. Ideality of clay membranes in osmotic processes: A review // Clays Clay Miner. 1986. V. 34. P. 214–223. https://doi.org/10.1346/CCMN.1986.0340212
  5. Bolt G.H. Electrochemical phenomena in soil and clay systems // Developments in Soil Science. V. 5B. 1979. P. 387–432. https://doi.org/10.1016/S0166-2481(08)70666-4
  6. Рамазанов М.М., Каракин А.В., Лобковский Л.И. Математическая модель движения растворов с учетом осмотического эффекта // ДАН. 2019. Т. 489. № 1. С. 75–79. https://doi.org/10.31857/S0869-5652489175-79
  7. Keijzer Th.J.S., Loch J.P.G. Chemical osmosis in compacted dredging sludge // Soil. Sci. Soc. Am. J. 2001. V. 65. P. 1045–1055. https://doi.org/10.2136/sssaj2001.6541045x
  8. Marine I.W., Fritz S.J. Osmotic model to explain anomalous hydraulic heads // Water Resour. Res. 1981. V. 17. P. 73–82. https://doi.org/10.1029/WR017I001P00073
  9. Hanor J.S. Geofluids: Origin, Migration and Evolution of Fluids in Sedimentary Basins / Ed. John Parnell. Geological Society. 1994. P. 151–174.
  10. Bachu S. Synthesis and model of formation-water flow // Alberta Basin, Canada. Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 1995. V. 79. P. 1159–1178. https://doi.org/10.1306/8D2B2209-171E-11D7-8645000102C1865D
  11. Berry F.A.F., Hanshaw B.B. Geological field evidence suggesting membrane properties of shales // Proc. 21st Int. Geol. Congress. Copenhagen, 1960. P. 209.
  12. Мирзаджанзаде А.Х., Ентов В.М. Гидродинамика в бурении. М.: Недра,1985. 196 с.
  13. Воронкевич С.Д., Сергеев В.И., Емельянов С.Н. Исследование фильтрационно-осмотических процессов при создании плотных защитных экранов / Задачи механики природных процессов. М.: НИИ Механики МГУ, 1983. С. 47–63.
  14. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации / Под ред. Ю. А. Чизмаджева. М.: Мир, 1973. 280 с.
  15. Чураев Н.В. Физикохимия процессов массопереноса в пористых телах. М.: Химия, 1990. 272 с.
  16. Graham J., Tanaka N., Crilly T., Alfaro M. Modified Cam-Clay modeling of temperature effects in clays // Can. Geotech. J. 2001. V. 38. P. 608–621. https://doi.org/10.1139/cgj-38-3-608
  17. Srivastava R.C., Avasthi P.K. Non-equilibrium thermodynamics of thermo-osmosis of water through kaolinite // Hydrol. 1975. V. 24. P. 111–120. https://doi.org/10.1016/0022-1694(75)90145-6
  18. Астахов А.С., Маркевич В.С., Колесник А.Н., Ван Рудзян, Кононов В.В., Обрезков М.С., Босин А.А. Возможные условия и время формирования покмарков Чукотского плато // Океанология. 2014. Т. 54. № 4. С. 1–14. https://doi.org/10.7868/S0030157414040029
  19. Логвина Е.А., Матвеева Т.В., Гладыш В.А., Крылов А.А. Комплексные исследования покмарков на Чукотском плато // Проблемы Арктики и Антарктики. 2011. № 2(88). С. 45–54.
  20. Morgado A., Rocha L., Cartwright J., Cardoso S. Osmosis drives explosions and methane release in Siberian permafrost // arXiv - PHYS – Geophysics. Pub Date: 2023-08-11. https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.06046
  21. Рамазанов М.М., Булгакова Н.С., Лобковский Л.И. Осмотическая конвекция // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2022. Т. 504. № 1. С. 47–52. https://doi.org/10.31857/S2686740022020109

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024