книги из ГПНТБ / Сыдыков, Ж. С. Гидрохимические классификации и графики

Ill класса — под диагональю и IV класса — на нижней го­ ризонтальной стороне квадрата. С помощью проведения еще одной диагонали (из верхнего левого угла в правый верхний) и получения в квадрате четырех треугольников на графике можно находить основные пальмеровские характеристики — Si, S2, Ai и Аг. Таким образом, каждая точка в квадрате,

изображающая состав воды, одновременно показывает вели­ чину характеристик и классы, по Ч. Пальмеру.

Основной недостаток графика-квадрата Н. И. Толстихина состоит в том, что по нему нельзя определить порознь содер­ жание в воде анионов SO,)" и СГ, а также катионов Са" и Mg"'; здесь каждый номер воды отражает сумму сильных кислот и сумму щелочных земель. Для устранения этого недостатка предложены различные методы как самим авто­ ром, так и другими исследователями. Одним из таких мето­ дов является метод двойной нумерации анализов вод в квад­ рате, предложенный Н. И. Толстихиным.

Система двойной нумерации вод (Толстихин, 1964, 1967;

Губенко и Толстихин, 1965) основана на векторной диаграм­ ме-квадрате О. С. Джикии (1963) и Л. А. Шимановского (1963). Здесь, так же как и в прежнем варианте, квадрат разделяется на 10 горизонтальных и 10 вертикальных рядов

(через каждые 10%-экв). Полученные малые квадратики нумеруются слева направо и сверху вниз (рис. 7). Каждый анализ изображается вектором, соединяющим две точки: точку а на пересечении координат Na' и СГ и точку в по координатам Са и НСОз. Вектор, соединяющий эти точки, представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольни­ ка, катеты которого в масштабе графика отвечают содержа­ нию ионов Mg" и SO4" в процент-эквивалентах. Сам же век­

тор показывает направление изменения состава воды от хлоридов натрия и гидрокарбонатов кальция. В данном слу­ чае номер воды состоит из двух чисел в соответствии с поло­ жением точек а и в в занумерованных малых квадратиках.

Классификационные графики К. В. Филатова. Для более полного показа состава подземных вод по сравнению с суще­ ствовавшими ранее графиками Дж. Ш. Роджерса (1917 г.), Н. И. Толстихина (1931, 1937) и др. в 1948 г. К. В. Филатов предложил несколько видов графиков. В двух из них два сопряженных ионных треугольника образуют квадрат и ромб. В обоих вариантах в левом треугольнике нанесены анионы, в правом — катионы в процентном содержании (рис. 23). По абсциссам и ординатам треугольников соответ­ ственно откладываются значения СГ и НСОз, Са" и Na'. Пересечение перпендикуляров к сторонам треугольников из точек, отмечающих содержание указанных ионов, дает точ-

101

Рис. 23. График-квадрат химического состава подземных вод, по К. В. Филатову. Поля распространения вод: 1 — гидрокарбонатных, 2 — суль­ фатных, 3 — хлоридных, 4 — смешанных, 5 — кальциевых, 6 — магние­ вых, 7 — натриевых; 8 — границы чистых типов вод; 9 — коэффициент по преобладающему аниону или катиону смешанного (0,5—1), переход­

ного (1—1,9) или чистого (более 1,9) типа вод.

ку анализа. Перпендикуляр из этой точки на высоту треу­ гольника отображает величины SO/' и Mg". «Чистые типы» вод по классификации К. В. Филатова ограничиваются в квадрате (или ромбе) линиями в точках, соответствующих 6 6 %, т. е. отвечают коэффициентам по преобладающим ани­ онам или катионам свыше 1,9. Между линиями 66 и 50%

размещаются анализы вод переходного типа с коэффициен­ том от 1 до 1,9, и точки смешанных типов вод находятся в

102

центральном треугольнике квадрата с коэффициентом по преобладающему аниону или катиону ниже 1 .

В отличие от аналогичного графика Н. И. Толстихина здесь раздельно отображаются SO4" от Cl' и Са" от Mg'.' и

показываются переходные и смешанные типы, но не отмеча­ ется минерализация вод. Поэтому указанные графики допол­ нены графиком-кругом, где учитывается и этот параметр.

Рис. 24. График-круг химического состава подземных вод, по К. В. Фи­ латову. Границы гидрохимических типов вод: 1 — чистых, 2 — смешан­ ных и переходных; 3 — коэффициенты по преобладающему аниону и ка­ тиону смешанного (0,5—1,0), переходного (1—1,9) и чистого (более 1, 9)

типа воды. Остальные знаки те же, что и- на рисунке 23.

График-круг К. В. Филатова (рис. 24) по радиусу разде­ ляется на равные части, отвечающие величинам сухого остатка. Через них вписываются окружности. Вся плоскость круга разбита на три сектора, а каждый сектор, в свою оче­

103

редь, — на три части. В центральной части сектора нанесе­ ны воды «чистого» типа, а в двух боковых — переходные типы по классификации автора. Окружности разделены на 100 равных частей, отвечающих сумме процент-эквивален­

тов анионов или катионов, принятых каждая в отдельности за 100%. Смешанные воды наносятся во внутреннем малом круге и выражаются в процентах от 34 до; 50. Наряду с поло­ жительной стороной графика есть и ряд недостатков. На нем нулевое значение минерализации отложено не в центре или на периферии круга, а на некоторой средней окружности, типы вод помещены вне ее.

Общим для всех графиков К. В. Филатова является то, что в них состав воды характеризуется только по одному превалирующему иону для главных и переходных типов, а содержание ионов откладывается с перерывами между 66

и 50 °/о -экв. Поэтому легко можно прийти к выводу, что прин­ цип непрерывности здесь не соблюдается. Не выдержан так­ же и принцип соответствия, поскольку для одних вод пока­ заны одни превалирующие ионы, а для других — другие, а остальные совсем не отображены.

Круг-диаграмма Ф. А. Макаренко (1949) автором при исследованиях был применен еще в 1939 г. для системати­ зации и сопоставления химического состава минеральных источников геолого-географическими, геотермическими дан­ ными и т. д. Для нанесения различных компонентов состава воды и других ее показателей круг разделяется на ряд секторов. Количественное их значение отмечается концентри­ ческими окружностями, проведенными в масштабе через равные промежутки. Точки на линии масштабной окружно­ сти размещаются произвольно. На рисунке 25 показаны три способа изображения химического состава подземных вод. На одном графике (рис. 25, А) все основные ионы подземных вод отображены (в процент-эквивалентах) самостоятельно на шести секторах диаграммы.

На другом графике (рис. 25, Б) изображен солевой состав основных четырех групп компонентов вод (Na и К, Са и Mg', Cl и S04, НСОз).

Химический состав их показывается уже не шестью точ­ ками, а только двумя, т. е. как на двойном графике Фере. Здесь не выделяются отдельные компоненты каждой группы. В этом варианте он ближе к графику-квадрату Н. И. Толсти-

хина (1937), где тоже не расчленены компоненты этих четы­ рех групп ионов, но наносятся еще проще — одной точкой. Здесь масштаб радиальный двухсторонний: от внешней окружности идет нарастание (%-экв) Сан-Mg' и НСОз, а от внешней — N a+K и CI+SO 4 . Каждая точка сектора являет­

104

ся, таким образом, сопряженной и показывает содержание двух групп компонентов.

На третьем графике (рис. 25, В) точками нанесено содер­ жание С1 и N a+K , а черточками — остальных составных, частей от центра круга. Концы черточек, отклоняющихся в: сторону часовой стрелки (круга диаграммы) показывают,-

Рис. 25. Круг-диаграмма химического состава подземных вод, по Ф. А. Макаренко. А — вариант графика, где каж­ дый из основных ионов подземных вод наносится само­ стоятельно на отдельном секторе (в процент-эквивалентах, начиная от центра круга к периферии); Б — вариант гра­ фика, где основные ионы отображаются попарно от цент­

окружности); В — пример показа основных компонентов воды точкой, а остальных — вектором.

содержание SO/ 7 и Са“, а в обратную сторону — HCCV ir

Mg". Для облегчения читаемости при большом количестве анализов анионы и катионы наносятся различными знака­ ми.

Ввиду того что во всех вариантах диаграммы непрерыв­ ное изменение свойств вод отражается лишь по радиусу, а по окружности состав их меняется скачкообразно, о соблю­ дении принципа непрерывности йе может быть и речи.

105-

Поскольку смешение различных по химическому составу вод можно выразить на этой диаграмме, как и на диаграм­ ме К. В. Филатова, не прямой линией, а спиралью, то это уже противоречит принципу соответствия. Впрочем, всякая круговая (полярная) система координат не может обеспечить соблюдения принципа соответствия, так как при любых условиях в подобных диаграммах смешению двух вод не может отвечать прямолинейное направление (Дуров, 1961, стр. 17). По этой причине круговая диаграмма — «гидро­ геохимический цикл» В. М. Левченко (1948, 1953) — также не отражает основных принципов построения диаграмм.

На диаграмме В. М. Левченко (рис. 10) центральную часть системы занимает I класс вод, в котором содержатся

•эквивалентные количества гипса и гидрокарбоната магния. Главные классы расположены симметрично лучам фигуры пятиконечной формы и обозначены символами анионов, по наименованию которых могут быть названы эти главные классы системы. Все промежуточные классы вод располо­ жены в центральной части диаграммы. Классы наименее метаморфизованных вод (морских сульфатно-хлоридных, континентальных гидрокарбонатно-сульфатных и подземных ■бессульфатных гидрокарбонатно-хлоридных) названы «пер­ вичными» в отличие от типичных метаморфизованных вод: сульфатных (глауберовых), гидрокарбонатных (содовых) и хлоридных (хлориднокальциевых).

Оси симметрии на диаграмме делят все воды в зависимо­ сти от их расположения на поверхностные и глубинные, ♦окисленные и восстановленные, холодные и термальные, дегазированные и обогащенные газами.

Хотя диаграмма во многом позволяет уточнить генезис природных вод, но ее практическое применение затрудни- -тельно.

Ионные треугольники (треугольники Фере) были введены в гидрогеологию, как отмечено выше, из других областей знаний в качестве одного из способов устранения недостат­ ков графиков-квадратов. По этому способу анионы и катио­ ны наносятся в треугольных координатах (по методу Дж. Гиббса) на два самостоятельных треугольника: на один — три главных аниона и на другой — три главных ка­ тиона. Эти треугольники можно использовать для графи­ ческого изображения классификаций подземных вод, пред­ ложенных различными авторами, в том числе классифика­ ций С. А. Щукарева (рис. 26, А), В. А. Приклонского

(рис. 26, В) и др.

Ионные треугольники позволяют графически отобразить все главные анионы и катионы самостоятельно, тем не менее

106

они имеют определенные недостатки. Существенным из них является искусственное разделение единого качественного показателя подземных вод на две части (анионы и катионы). Для их увязывания первоначально рекомендовалось обоз­ начить анализы различных типов вод разными знаками или

Рис. 26. Графики-треугольники анионного и катионного состава подзем­ ных вод (треугольники Фере). Римскими и арабскими цифрами обозна­ чены классы вод, по С. А. Щукареву (А) и В. А. Приклонскому (Б), соот­ ветственно в анионных и катионных треугольниках.

символами. Но этот метод не обеспечивал наглядности изо­ бражаемых на графике массовых анализов. В связи с этим позже отдельными исследователями (Толстихин, 1933, 1937;

Крейчи-Граф, 1934; Хилл, 1940; Пайпер, 1945, 1955; Ду­ ров, 1948, 1959; Посохов, 1957, 1961; Дорошенко, 1964 и

др.) предлагались разные методы объединения ионных треу­ гольников в солевые квадраты или ромбики с помощью ортогонального проектирования.

107

Классификационная диаграмма В. А. Сулина (1946)

является иллюстрацией гидрохимической, названной им: «генетической», классификации. Она состоит из двух квад­ ратов, соприкасающихся в одной точке, где значение rNa': :гС1'=1. Сторонами этих квадратов служат числители

(rNa'—гСГ и гС1'—rNa) и знаменатели (SO/' и Mg") гене­ тических коэффициентов В. А. Сулина, предельное значение которых составляет 100 %-экв. Каждый из сулинских типов вод (см. выше) занимает половину этих квадратов, образую­ щих четыре равнобедренных треугольника: хлоридномагниевый и хлориднокальциевый (верхние), сульфатнонатриевые и гидрокарбонатнонатриевые (нижние). Если в обоих квадра­ тах провести вторые диагонали и линии, исходящие из нача­ ла координат и противолежащих ему углов квадратов, к серединам противоположных сторон, то в каждом из четы­ рех основных полей образуются по шесть дополнительных,, а всего 24 поля, соответствующих выделенным В. А. Сулиным группам и подгруппам вод (рис. 27).

Х лоропальциевы и

D о го w во во Е

Рис. 27. Классификационная диаграмма В. А. Сулина (римс­ кими цифрами обозначены поля распространения подгрупп вод).

Классификационная диаграмма В. А. Сулина хотя и сложна по принципу построения, но широко используется гидрогеологами-нефтяниками. К основным ее недостаткам относятся отсутствие учета степени минерализации подзем­ ных вод и неудачный выбор координат. В частности, про­ тивопоставление rSO/' и rMg", наносимых влево и вправо

108

от точки соприкосновения двух квадратов (по оси орди­ нат), не оправдано геохимически, так как очень часто рост или уменьшение их содержания происходит не в противо­ положном направлении, а параллельно. Вверх и вниз от этой точки по оси абсцисс наносится уже не содержание отдельных ионов, а разность: rNa'—rCl' и rCl'—rNa‘. Та­ ким образом, ордината и абсцисса диаграммы имеют неоди­

При величине rNa’irCl7 более 1,02 и значении коэффи­ циента сульфатности (lOO'-SO^Cl') более 2 на графике выде­

ляются воды, не относящиеся к хлоридному типу. Когда значение указанных коэффициентов варьирует в пределах от 1,02 до 0,98 (для rNa'rrCl') и от 2 до 1, в составе хлорид­ ных вод не образуются хлориды кальция (последний в них

109