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

их содержании не менее нижних норм, отличающих обыч­ ные воды от минеральных, и минерализация воды (М). Спра­ ва от дроби проставляются температура воды (Т) и дебит (D) в литрах на сутки. Например, состав минеральных вод Алек- сандровско-Ермолинского источника в Пятигорске имеет формулу

Впоследнее время формула М. Г. Курлова применяется

идля выражения химического состава неминеральных под­ земных вод. В этом случае в ней отображаются только основ­ ные анионы и катионы.

Описанная формула позволяет упростить табличный ма­ териал и делает его наглядным. Одним из ее недостатков яв­ ляется то, что в ней не отображаются абсолютные содержа­ ния главных ионов, крайне необходимые при практических работах. Для устранения этого недостатка формула М. Г.

Курлова была преобразована У. М. Ахмедсафиным и Ж. С. Сыдыковым(1961): при индексах ионов наряду с процент-эк- вивалентным их содержанием дается абсолютное значение в граммах на литр. Для удобства показа этих значений, осо­ бенно при отображении сложных ионов, одновременно реко­ мендованы условные символы ионов, предложенные О. А. Алекиным (1946), т. е. С — для карбонатных и гидрокарбо­ натных ионов, S —для сульфатных и т. д. Тогда состав воды Александровско-Ермолинского источника будет следующий:

Формула М. Г. Курлова положена в основу ряда гидрохи­ мических классификаций и номенклатур химических типов вод. В частности, вода, отображенная в этой формуле, по сос­ таву основных ионов в убывающем по их содержанию по­ рядке, начиная с анионов, будет названа хлоридно-гидрокар- бонатной натриево-кальциевой (включая в название ионы с содержанием более 25 %-экв).

Однако в последние годы некоторые авторы рекомендуют прием «обратного чтения формулы». Так, если в формулу анионы и катионы вписываются в порядке от большего к меньшему, то читаются от меньшего к большему (пишется по правилам русской, а читается по правилам арабской пись­ менности). Как нельзя допускать такой разнобой в письме и чтении, так недопустим прием «обратного чтения формулы»,

30

ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ

При исключительно большом разнообразии количествен­ ного и качественного состава подземных вод громадное зна­ чение имеет их наиболее рациональная систематизация и классификация. В основу такой систематизации можно поло­ жить самые различные признаки или показатели и соответ­ ственно получатся самые разнотипные классификации. Это разнообразие окажется еще более значительным, если учесть, что наиболее полноценные классификации должны иметь определенную генетическую, методическую и разно­ практическую целенаправленность и должны охватить с большей или меньшей полнотой те или иные составные час­ ти вод различных семейств и природных групп (поверхност­ ную, почвенную, подземную, глубинную и т. д.).

В подавляющем числе существующих гидрохимических классификаций в основу систематизации положены глав­ ные ионы солевого состава вод, в котором привлекаются их соотношения, разные микрокомпоненты и газы, и только в отдельных случаях делается попытка охватить большинст­ во или почти все составные элементы вод по принципу их абсолютного преобладания. Некоторые авторы считают впол­ не достаточным для практических целей ограничиться при систематизации вод учетом их основного показателя — Ми­ нерализации, а другие — лишь ионного состава без учёта ми­ нерализации.

Практически во всех современных классификациях, как чисто химических, так и с элементами генетической основы, при выделении таксономических единиц используются дан­ ные химического анализа, выраженные в эквивалентной форме. Лишь отдельные авторы, считая, что в этой форме учитываются не все компоненты природных вод, базируют свои классификации на анализах, выраженных в весовой форме.

32

Итак, при существующем в настоящее время многообра­ зии можно выделить следующие группы гидрохимических классификаций подземных вод:

1) по степени минерализации;

2) по преобладающим компонентам химического состава;

3)по соотношению между отдельными компонентами хи­ мического состава;

4)по преобладающим компонентам химического состава

иих соотношению;

5)по преобладающим и бальнеологически ценным ком­

понентам и содержанию газов в составе вод; 6) по совокупности различных, равноценных по значимо­

сти признаков.

Рассмотрим группы гидрохимических классификаций с разбором отдельных классификаций, предложенных теми или иными авторами.

Классификация по степени минерализации подземных вод

Основой классификации подземных вод по степени мине­ рализации обычно служит суммарное содержание присутст­ вующих в них растворенных веществ, характеризуемое су­ хим остатком в граммах на литр (или на килограмм) воды. Реже применяются другие способы выражения, также даю­ щие представление об общем содержании растворенных ве­ ществ, например, удельный вес (плотность) воды или граду­ сы Боме.

Еще в 1929 г. В. И. Вернадский предложил подразделить

класса соленых вод группы солоноватых с минерализацией от 1 до 10 г/л. Позже эта классификация была принята Ф. П. Саваренским (1935), О. К. Ланге (1937), В. А. Приклон-

ским (1935, 1949), И. К. Зайцевым (1945) и др. В. А. Прик-

лонский в группе солоноватых вод выделил две подгруппы: слабоминерализованных с сухим остатком 1 —3 г/л (удель­

ный вес 1,0005—1,0015 или 0,08—0,25° Be) и средней мине­

■предложил несколько иную градацию указанных категорий ■природных вод: пресные с минерализацией до 1 г/кг, солоно­

ватые—1—25 г/кг, воды с морской соленостью—25—50 г/кг

и воды соленые (с соленостью выше морской)— более 50 г/кг* Эту же градацию он сохранил в своей классификации и в

1970 г.

В 1955—1958 гг. И. К. Зайцев при составлении гидрогео­ химической карты СССР принял следующую схему подразде­ ления подземных вод по степени минерализации: пресные—

до 1 г/л (подгруппы до 0,5 и 0,5—1 г/л), солоноватые — 1 —

—10 г/л (подгруппы 1 —3 и 3—10 г/л), соленые — 10—50 г/л и рассолы — свыше 50 г/л (подгруппы 50—100, 110—270 и

более 270 г/л). Впоследствии И. К. Зайцев (1961) изменил гра­ дацию различных категорий подземных вод по величине ми­ нерализации, значительно опустив ниже интервалы града­ ции соленых вод (1—35 г/кг) и существенно расширив рамки

иподразделения рассолов (35—75, 75—150, 150—330, 330—

—450 и более 450 г/кг).

Вметодических указаниях по составлению гидрогеологи­ ческих карт масштабов 1 :1 000 000— 1 :500 000 и 1 :200 000—

1:100 000, разработанных в институте ВСЕГИНГЕО в 1960 г. для подземных вод с минерализацией до 50 г/л, предназна­ ченных для водоснабжения, предлагались следующие под­ разделения применительно к первым от поверхности водо­ носным горизонтам (г/л): до 0,1; 0,1—0,5; 0,5— 1; 1— 3; 3—

— 5; 5—7; 7— 10; 10— 15; 15—30 и 30—50. Несколько поз­ же Е. В. Пиннекер (1966) разработал классификацию по сте­ пени минерализации только для рассолов (на примере юга Сибирской платформы), выделив среди них рассолы (г/л): слабые — 36—150, крепкие — 150—320, весьма крепкие — 320—500 и предельно насыщенные — более 500. Естественно, что определенные модификации подразделения по степени минерализации подземных вод встречаются в работах дру­ гих авторов. Но они не вносят существенных изменений в описанные выше представления в этом вопросе.

Здесь следует особо указать на несогласованность пре­ дельных границ основных категорий подземных вод по сте­ пени солености (пресных, соленых и рассольных) у разных авторов; порой принятые теми или иными исследователями пределы даже не обоснованы. Спорна, в частности, граница раздела пресных и соленых вод, принимаемая в последнее время некоторыми гидрогеологами в 1 г/кг. Непосредствен­ ный переход пресных вод в соленые без какого-либо проме­ жуточного интервала по величине минерализации тоже нель­ зя признать логичным, не говоря о том, что вода с минерали­ зацией, допустим, в 1,1 г/кг никак не может быть названа

соленой. Так же спорна и граница раздела между солеными водами и рассолами, которая одними авторами принимается? в 50 г/кг, а другими — в 35 г/кг.

34

Принимая 35 г/кг за верхний предел вод морской (океа­ нической) солености, приходим к противоречию, когда стал­ киваемся с фактами, что минерализация вод морей, непо­ средственно связанных с Мировым океаном, нередко дости­ гает 50 г/кг. Да и в самих океанах минерализация вод варьи­ рует от 34 до 37 г/кг, составляя в среднем приблизительно 35 г/кг. Кроме того, последняя величина отражает степень минерализации вод Мирового океана только в определенной (современной) стадии его развития: она не характерна для его истории и не будет характеризовать далекое будущее. Следовательно, был прав А. М. Овчинников (1955), который назвал воды с минерализацией 35—50 г/кг переходными от солевых к рассолам.

В природе не бывает резких скачков, и деление вод на определенные группы по величине минерализации в извест­ ной мере условно. Но в ней всякое движение, изменение про­ исходит прерывисто — непрерывно. Так, если мы в качест­ венном отношении в водах различаем категории пресных, соленых и рассольных, то уже допускаем определенную пре­ рывистость, которая становится непрерывной через «проме­ жуточные звенья». Таким промежуточным звеном между пресной и соленой водами является солоноватая, а между соленой водой и рассолом должна быть «рассолоноватая», которую условно называем крепкосоленой водой.

Таким образом, исходя из приведенных соображений, опыта существующих систематизаций и наших собственных (Сыдыков, 1966,1969,1971), принятых при разработке легенд гидрогеохимических карт Казахстана, можно дать следую­ щую классификацию подземных вод по величине минерали­ зации, выраженной в разных единицах (табл. 8).

Приведем вкратце обоснования градации различных ка­ тегорий подземных вод по степени минерализации главных, переходных и наиболее характерных подчиненных видов вод.

Пресные воды с минерализацией до 1 г/кг. Геохимически только среди этой категории вод широко распространены, иногда абсолютно преобладают гидрокарбонаты кальция. Они формируются и длительно могут существовать в конти­ нентальной части гидросферы и в самой верхней части гид­ рогеологического разреза. Сульфатные и хлоридные воды разного катионного состава развиваются здесь только в усло­ виях континентального засоления, эолово-морского генезиса или вблизи поверхности галогенных образований. Среди них могут различаться три вида пресных вод с минерализацией до 0,1; 0,1—0,5 и 0,5—1 г/кг.

Ультрапресные воды с минерализацией до 0,1 г/кг пред­ ставляют собой почти неизмененные атмосферные осадкй,

•\ г\

35

характеризующие начальную стадию формирования подзем­ ных вод в высокогорных условиях при большой интенсивно­ сти их проточности и промытости водовмещающих пород. В них преобладают гидрокарбонаты кальция, органо- и кремнекислоты, а также железистые соединения.

Пресные воды с минерализацией ОД—0,5 г/кг представ­ ляют собой дальнейшую стадию формирования и преобразо­ вания их солевого состава в достаточно промытых водовмещающих образованиях при значительной интенсивности во­ дообмена. В этих водах все еще преобладают гидрокарбонаты кальция, появляются гидрокарбонаты натрия и в некоторых количествах сульфаты и хлориды щелочных и щелочнозе­ мельных элементов. Роль последних по мере некоторого ухудшения условий промытости и водообмена в водоносных породах возрастает в умеренно пресных водах с минерализа­ цией от 0,5 до 1 г/кг.

Все виды пресных вод практически пригодны для водо­ vснабжения.

36

Солоноватые воды (переходные от пресных к соленым) с минерализацией 1— 10 г/кг геохимически характеризуются

тем, что только в них в устойчиво повышенных количествах (2—2,5 г/кг) образуются сульфатные кальциевые солевые компоненты. В их составе чаще всего преобладают сульфаты и сульфатохлориды (а также гидрокарбонаты) натрия.

Воды этой категории в аридных условиях пригодны для питья (особенно при минерализации 1—3 г/кг) и водопоя

скота. Нередко, особенно при гидрокарбонатном натриевом составе и содержании отдельных микроэлементов, они име­ ют ценное бальнеологическое свойство.

Соленые воды с минерализацией 10—35 г/кг. В этой кате­ гории вод отчетливо выявляется тенденция последователь­ ного уменьшения относительной (нередко абсолютной) вели­ чины гидрокарбонатов и сульфатов кальция и натрия до ми­ нимума. Сюда относятся воды морей, океанов, соленых озер и значительная часть подземных вод, формирующихся под влиянием солевых комплексов негалогенного типа. Здесь выделяются слабосоленые воды с минерализацией 10—

25 г/кг и соленые (т. е. с морской соленостью)—25—35 г/кг, граница между которыми установлена Н. М. Книпповичем на том основании, что примерно в этой же минерализации температура замерзания и максимальная плотность воды совпадают.

Переходное положение от соленых вод к рассолам зани­ мают крепкосоленые воды с минерализаций от 35 до 50 г/кг, которые характерны для многих морей и озер засушливых областей, а также для значительной части подземных пла­ стовых вод. Примечательно и то, что этот интервал минера­ лизации характеризует такой предел, когда растворимые хи­ мические компоненты вод в своей главной массе еще нахо­ дятся в виде ионов и не происходит садка определенных комплексных солей. Кроме того, 50 г/кг является тем преде­ лом концентрации подземных вод, который образуется, по X. Шёллеру (1962), в результате выщелачивания обычных (несоленосных) осадочных пород.

Рассолы с минерализацией от 50 до 370 г/кг и более обра­ зуются при выщелачивании галогенных и соленосных по­ род, упаривании морских и континентальных вод в аридных условиях. Они также широко распространены среди подзем­ ных вод, залегающих в различной природной обстановке на разных глубинах. В них содержатся ценные полезные ком­

37

Классификации по преобладающим компонентам химического состава подземных вод

Классификации по признаку преобладания в подземных водах тех или иных диссоциированных соединений — основ­ ных анионов и катионов — являются наиболее распростра­ ненными. Вариации их сводятся к различной форме выра­ жения ионного (весового, но главным образом процек-т-экви- валентного) состава вод, к выделению их классов в более широких или узких рамках по содержанию того или иного преобладающего компонента, а также к различному способу распределения в классификационной схеме отдельных пока­ зателей вод.

Здесь выделяются два вида рассматриваемой группы классификаций, выраженных в ионно-весовой и процент-эк- вивалентной формах. К первому относятся классификации Ф. Кларка (1924) и Г. А. Максимовича (1941— 1947), а ко второму — классификации В. С. Садыкова (1916), С. А. Щукарева (1934) с изменениями В. А. Приклонского (1935), Т. П. Афанасьева (1947) и Н. Н. Славянова, а также К. В. Филато­ ва (1947, 1948), В. А. Приклонского (Приклонский, Лаптев, 1949), 3. А. Макеева (1951 г.), А. А. Бродского (1953), М. Е.

Альтовского и В. М. Швеца (1956), Г. А. Вострокнутова

{1959), О. А. Бозояна (1959), О. С. Джикии (1963) и др.

Ниже дано более подробное описание основных классифи­ кационных схем. Для наглядности в них даются названия двух типов природных вод, приведенных в таблице 9.

При определенных достоинствах общим недостатком опи­ сываемой группы классификаций является то, что они не от­ ражают условий формирования химического состава подзем­ ных вод, ибо преобладание того или иного иона определяет­ ся зачастую не специфической обстановкой их залегания, а их общей минерализацией; неодинаковые по степени мине­ рализации воды могут образовываться в сходных геолого­ гидрогеологических условиях или, наоборот, одинаково мине­ рализованные воды по генезису могут быть различными. Исключение составляет генетическая, по замыслу автора, классификация Г. А. Максимовича.

Классификация Г. А. Максимовича и возможности ее применения для интерпретации генезиса различных видов природных вод изложены в его статьях (Максимович, 1940—1947) и монографии (Максимович, 1955). Классифи­ кация построена на базе ионно-весовой формы, где по одному преобладающему по величине иону выделяются гидрохими­ ческие формации и по трем преобладающим ионам без уче­ та их знака—гидрохимические фации. Каждая из фаций и

39