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

соотношениям ионов тип воды. Это вызывает определенное неудобство при построении графика.

В 1961 г. Е. В. Посохов для графического изображения классов, групп и типов вод, по О. А. Алекину, предложил еще один вариант комбинирования двух треугольников с двумя квадратами (рис. 30). В этом варианте, построенном на базе комбинированной диаграммы Н. И. Толстихина, по-

СоС1г-

Рис. 30. График-комбинация двух треугольников с двумя квадратами, по Е. В. Посохову.

следняя значительно усложнена дополнительным введениемеще одного квадрата и шкалы для нанесения минерализации вод. Здесь принцип составления графика остается прежним, но результат каждого анализа изображается тремя точками, причем точка на квадрате является сопряженной.

Для определения направлений проектирования ионных точек на один из двух квадратов, так же как и в прежнем методе Е. В. Посохова, сперва необходимо устанавливать ти­ пы вод по соотношению rNa: и гС1'. После этого проектиру­ ются на нижний квадрат только точки I и IX типов (rN a'> >гСГ), а на верхний — точки III типа (rNa‘ < гС1'). Причем над диагональю нижнего квадрата будут находится точки.

111-

характеризующие воды I типа, ниже — II типа, а влево от диагонали верхнего квадрата — воды Ша типа (хлоридномагниевые воды, по В. А. Сулину) и вправо от диагонали — Шб типа (хлориднокальциевые воды).

Минерализация воды изображается на специальной шка­ ле на пересечении точек одного из треугольников и квадра­ тов, характеризующих классы и типы вод. Шкала не является стандартной, а видоизменяется в зависимости от необходи­ мости выделения воды той или иной градации минерализа­ ции.

Комбинированная диаграмма В. П. Дорошенко (1964)

служит также графической интерпретацией классификации О. А. Алекина. Она состоит из трех основных элементов:

.двух ионных треугольников Фере (А и Б) и трапеции типов вод (В), объединяемых в одну систему графиков (рис. 31).

Рис. 31. Графическая интерпретация В. П. Дорошенко гидрохимиче­ ской классификации О. А. Алекина.

Кроме того, включен еще один вспомогательный элемент — ромб (Г), который выполняет роль связующего звена между анионным (А) и катионным (Б) треугольниками.

Трапеция, состоящая из трех треугольников, как у Е. В. Посохова (1957), построена с учетом характерных со­ отношений ионов, определяющих типы вод, которые для дан­ ных целей выражены в процент-эквивалентах через два аргу­ мента — rNa‘ -f-rHCOg +rSO" . Последние слагают стороны

трапеции и их значение колеблется для rSO" от 0 до 100%- экв и для rNa'+rHCOg—от 0 до 200%-этсе. При этом в каж­

112

дом треугольнике трапеции выделяются определенные типы вод (I, II, Ша и Шб). Общие стороны треугольников соответ­ ствуют граничным условиям между отдельными гидрохими­ ческими типами.

Ромб построен в системе координат С1', Са" и разделен диагональю на две части. В нижней помещаются воды Шб типа, содержащие хлориды кальция. Положение состава каждой воды на ромбе определяется пересечением линий, проведенных параллельно его сторонам из точек, расположен­ ных в треугольниках.

Ввиду того что все точки в треугольниках, трапеции и ромбе сопряжены, часть из них может быть найдена графи­ чески, без нанесения, например, точки на анионный треуголь­ ник. Изображение различных показателей подземных вод на одном графике в виде сопряженных между собой точек выра­ жает общность их класса, группы и гидрохимического типа.

Графики, отражающие содержание основных

испецифических компонентов подземных вод

Кописываемой группе графиков прежде всего относятся простые прямоугольные диаграммы X. Квинке, Л. Я. Ячевского, Э. Э. Карстенса, А. Н. Огильви, А. Н. Славянова, А. С. Уклонского, Л. Грюнхута и других, предложенные до 30-х гг. XX в., а также круговые диаграммы разных авторов типа круг-диаграммы Н. И. Толстихина (1931), полулогариф­ мическая диаграмма X. Шёллера (1941 г.) и графики, отобра­ жающие изменение содержания отдельных компонентов в за­ висимости от других характеристик подземных вод, анало­ гичные графики смешения вод, по А. Н. Огильви (1925), или «гидрохимических профилей» А. А. Бродского (1954). В

этих графиках в основном показаны результаты единичных или небольшого количества анализов. По принципам по­ строения они довольно простые.

График смешения вод. Исследования показали, что от­ дельные типы подземных вод всегда представляют собой смесь двух (или состоящих из многочисленного ряда двух разных) видов вод с неодинаковой концентрацией и различ­ ным содержанием отдельных компонентов. Геометрически этому процессу соответствует только одно решение—прямая линия, соединяющая две точки состава (или его элементов) смешиваемых вод, что определяет принципы соответствия и непрерывности. Это было осуществлено в простейшем гра­ фике А. Н. Огильви (1925), основанном на уравнении прямой линии вида у = ax-fa (рис. 32, А), где х н у — соответственно

значения общей минерализации и отдельного компонента подземных вод (в эквивалентной форме), откладываемые на осях абсцисс и ординат, о и в (свободные члены) — первая производная х (тангенс угла наклона линии) и отрезки пря­ мой, отсекаемой на оси ординат.

Аналогичным типом графиков являются диаграммы раз­ ного рода зависимостей между минерализацией и другими макро- и микрокомпонентами подземных вод или их изме­ нения во времени и пространстве.

Графический профиль, составляемый по методу

А. А. Бродского (1954), выражает принципы непрерывности

исоответствия по площади. Строится он следующим образом (рис. 32, Б). По оси абсцисс откладываются в масштабе рас­ стояния между точками отбора проб воды. Если преследует­ ся цель показать изменения состава воды во времени или с глубиной, то на этой оси вместо расстояния можно отклады­ вать время или глубину отбора проб. По оси же ординат на­ носится содержание ионов в миллиграмм-эквивалентах. Вна­

чале наносятся последовательно и в определенном порядке анионы, в первую очередь гидрокарбонат, затем сульфат и, наконец, хлор-ион. На профиль, образованный анионами, таким же путем наносят катионы в последовательности Са" —Mg”—Na'—К'. Поскольку суммы миллиграмм-эквивален­ тов анионов и катионов всегда равны, то в любом месте гра­

U 4;

pone. Принцип его построения очень прост и не требует по­ яснений. На нем отображаются ионы в миллиграммах на литр и в миллиграмм-эквивалентах, а также pH и некоторые специфические микрокомпоненты подземных вод (рис. 33).

Круг-диаграмма Н. И. Толстихина (1941) была предложе­ на для изображения данных единичных анализов. Круг вер­ тикальной линией разделяется на две части, на левой и пра-

Иб

вой половине которого в масштабе в процент-эквивалентах откладываются анионы и катионы. Диаметр круга также в масштабе отвечает величине минерализации воды (рис. 34, А). В зависимости от степени минерализации подземных вод на одной циклограмме можно изобразить данные несколь­ ких сопоставимых анализов, концентрически расположив один круг внутри другого и нанеся в каждом из образовав­ шихся секторов содержания анионов и катионов в том же порядке, как и в случае отдельных кругов-диаграмм (рис. 34, Б).

В последнее время в гидрогеологической практике стал применяться несколько иной вариант круговой диаграммы Н. И. Толстихина, который состоит из двух концентричес­ ких кругов. Во внутреннем круге показаны анионы, а во внешнем — катионы (рис. 34, В). Диаметр его в масштабе отображает величину минерализации воды.

Круг-диаграмма X. Удлюфта (1955). Вариант круговой диаграммы американского гидрогеолога X. Удлюфта почти аналогичен описанной. Она также состоит из двух концент­ рически расположенных кругов (рис. 34, Д). В ней помимо главных ионов (во внешнем круге) и растворенных газов (во внутреннем круге) подземных вод отражаются содержа­ ния недиссоциированных молекул (кремнекислота и др.) и микроэлементов, которые изображаются длиной прямых, проведенных от окружности к центру в масштабе в милли­ граммах на литр.

Круговые диаграммы и в настоящее время удобны для показа данных анализа вод отдельных водопунктов на гидрогеолого-гидрогеохимических картах, но как самостоя­ тельные графики они менее интересны.

Графики, отражающие относительное содержание основных ионов и солевого состава подземных вод

К этой группе относятся комбинированные графики-диаг­ раммы, на которых отображается содержание как отдель­

Н. И. Толстихина (1937), Р. А. Хилла (1940), А. М. Пайпера

(1945, 1955 гг.), С. А. Дурова (1948), О. С. Джикии (1963) и

Л. А. Шимановского (1963), Н. В. Роговской и А. Т. Морозо­ ва (1964), И. В. Губенко (1965), Д. У. Миралиева и Г. Н. Са­ лимовой (1967 г.). Графики последних авторов выражают результат единичного анализа, а остальные — групповых анализов.

117

Круг-диаграмма Д. У. Миралиева и Г. Н. Салимовой

(1967 г.) предложена в качестве иллюстрации к классифика­ ции В. А. Сулина (1946). Она состоит из двух концентриче­ ских кругов (рис. 34, Г) с диаметрами 1,2 см (внутренний) и 2,2 см (внешний). Во внешнем круге, так же как у Н. И. Толстихина, в процент-эквивалентах обозначаются анионы (в правой части) и катионы (в левой). Во внешнем круге также в процент-эквивалентах откладываются основ­ ные гипотетические соли, начиная от менее растворимых к более растворимым (слева направо от вертикальной линии), которые характерны для трех природных обстановок форми­ рования подземных вод, по В. А. Сулину: континентальной, морской и глубинной.

Комбинированная диаграмма Н. И. Толстихина (1937)

предложена автором в дополнение к графику-квадрату для

Си С а

Рис. 35. Комбинированные диаграммы химического состава подземных вод, по Н. И. Толстихину (А) и К. Крейчи-Графу (Б).

раздельного изображения хлоридных ионов от сульфатных и кальция от магния. Здесь комбинируется квадрат-диаграм­ ма с двумя треугольниками Фере (рис. 35, А). На одном из них в процент-эквивалентах откладывается содержание ани­ онов : хлора — на правой стороне треугольника, начиная от его вершины и вниз, сульфатЬв — по его основанию, начи­ ная от левого угла и вправо, гидрокарбонатов — по левой стороне, начиная от правого угла при основании и вверх. Точка пересечения прямых, проведенных для этих трех глав­ ных анионов параллельно нулевым их линиям, соответствует содержанию их в данной пробе воды. На другом треуголь­ нике аналогичным путем наносится содержание катионов и. находится соответствующая им точка. Проектируя анион­ ные. и катионные точки на график-квадрат, можно опреде­ лить одной точкой положение данного анализа вод.

118

Е. В. Посохов (1957) показал, что комбинированная диаг­ рамма Н. И. Толстихина в известной мере может служить иллюстрацией для классификации О. А. Алекина (1946). В данном случае классы и группы вод будут наноситься соот­ ветственно в анионных и катионных треугольниках, а ти­ пы — в квадрате. При обычном взаимном расположении этих фигур I тип вод находится выше диагонали, проведен­ ной с левого нижнего угла квадрата в верхний правый, а II тип — ниже. Если повернуть верхний треугольник Н. И. Тол­ стихина вершиной вправо, а в вершине бокового треуголь­ ника поместить С1', разместив остальные анионы в нижних углах, тогда над диагональю квадрата поместятся воды III типа, а ниже — I и II типов.

Комбинированный график известного румынского геоло­ га К. Крейчи-Графа исторически возник также в дополнение к его графику-квадрату, на сторонах которого объединяются ионы НСОз' и SO4 ", Са" и Mg". В отличие от принципа ком­

бинирования Н. И. Толстихина ионных треугольников с квадратом здесь в одной точке соприкасается вершина одно­ го треугольника, соответствующая максимальному содержа­ нию Mg", с вершиной другого треугольника — SO4"

(рис. 35, Б).

Комбинированные диаграммы американских авторов.

Точки ионных треугольников, получаемые аналогично опи­ санным методам, американские геологи Р. А. Хилл (1940) и А. М. Пайпер (1945) проектируют не под прямым углом, а под углами 120° (рис. 36, А) и 60° (рис. 36, Б). При этом солевой состав вод помещается не в квадрате, а в ромбе, на стороне которого наряду с катионами Са" и Mg" (во всех случаях) объединены анионы SO4" и СТ (у А. М. Пайпера, как и у Н. И. Толстихина) или SO4" и НСОз' (у Р. А. Хилла,

как и у К. Крейчи-Графа).

Позже (1955 г.) А. М. Пайпер несколько разнообразил свой первоначальный вариант диаграммы, раздвинув друг от друга все три фигуры (рис. 36, В). Здесь так же, как и в прежнем варианте, можно отобразить и факт смешения вод разной минерализации на основе принципов Н. С. Курнико­ ва, поскольку смесь двух химически различных вод на гра­ фике характеризуется прямой линией. Тем не менее амери­ канские способы комбинирования в виде косой фигуры неудобны для обозрения. Кроме того, лучи проектирования ионов Са" и Mg" совпадают, что не дает никакой возможно­ сти различить в составе вод соли MgSC>4 и CaSC>4, СаС12 и MgCl2 или Са(НСОз)2-

Сдвоенная треугольная диаграмма С. А. Дурова анало­ гична комбинированной диаграмме Н. И. Толстихина, но

119

отличается от нее расположением ионных треугольников относительно солевого квадрата, который не имеет своего самостоятельного значения. Лишь внутри него в зависимо­ сти от соотношения содержания анионов и катионов рас­ пределяются соли, каждая из которых занимает строго определенное положение в квадрате.

Рис. 36. Комбинированные графики химического состава подземных вод по методу Р. А. Хилла (А), А. М. Пайпера (£) и трехлинейная диаграм­ ма А. М. Пайпера (В).

120