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

формаций, по утверждению Г. А. Максимовича, отвечает оп­ ределенной природной обстановке.

Приведенные в таблице 9 воды по классификации Г. А. Максимовича относятся к гидрохимическим фациям С1' — —Na'—Mg" (вода А) и НСО^—Na'—Са" (вода Б) и соответ­

ственно к хлоридной и гидрокарбонатной формациям. Классификация Г. А. Максимовича, если даже не касать­

ся генетических вопросов и нелогичности выражения хорошо известного геологам понятия «фаций» посредством неурав­ новешенных между собой анионов и катионов, обладает двумя существенными недостатками.

Во-первых, в ней выделяются гидрохимические фации и формации по преобладающим ионам независимо от их при­ надлежности к анионам или катионам. Этот метод унаследо­ ван от В. И. Вернадского (1933— 1936), который для оценки количественного распределения элементов (а не ионов!) в составе различных представителей семейств природных вод независимо от принадлежности их к металлам или метал­ лоидам использовал атомную форму выражения состава вод. Подобное распределение элементов в порядке преобла­ дания процентного содержания их в «минералах вод» харак­

ионную форму выражения состава вод. В этом случае приме­ нение принципа В. И. Вернадского, как показал еще В. А. Сулин (1948), представляется уже недостаточным. Нельзя вы­ делить одинаковые по значимости группы вод, используя для этого различные критерии (в одном случае—анионы, в другом — катионы). Трудно противопоставлять друг другу, например, формации натриевую и хлоридную (или сульфат­

40

ную), фации НС03—Са"—SO” и НС03—SO^'—Са". Состав

каждой из них представляется недостаточно определенным. Второй недостаток классификации заключается в самой

форме выражения состава вод. Ионная форма исключаем возможные комбинации друг с другом ионов противополож­ ных знаков. Так, фация С1'—Na‘—Mg", состав которой вы­ ражен в весах ионов, даже при преобладании натрия над хлором и магнием может заключать в себе воды, содержа­ щие: а) сульфаты натрия, б) хлориды магния, в) хлориды магния и кальция. Если даже следовать этому принципу вы­ ражения состава по величине преобладающих ионов, но брать не веса ионов, а их элементы, то воды, содержащие сульфаты натрия, выразятся формулой Na‘—Cl'—Mg", а во­ ды, несущие в себе хлориды магния и, возможно, кальция,

—Cl'—Na- —Mg” .

Вгеохимической классификации природных вод Ф. Клар­

ка (1924 г.) применена, как показано выше, ионно-процент­ ная вариация ионной формы, которая позволила отождеств­ лять химический состав вод различной минерализации^ Принципы построения этой классификации в настоящее вре­ мя представляют главным образом исторический интерес, но- в дальнейшем они были положены в основу разработки гид­ рохимических классификаций В. А. Александровым (1932), С. А. Щукаревым (1934) и др.

Классификация В. С. Садыкова (1916) является в русской литературе первой, прогрессивной, полной и гидрохимически наиболее оборнованной классификацией, разработанной при­ менительно к минеральным водам. В ней все подземные во­ ды подразделены на 49 групп в зависимости от содержания тех или иных преобладающих основных анионов и катионов в процент-эквивалентной форме (табл. 10). Поскольку она первоначально предназначена для систематизации мине­ ральных вод, то в ней кроме преобладающих основных ио­ нов учтены бальнеологические активные элементы. Класси­ фикация позволяет произвести наиболее полное сопоставле­ ние химического состава не только минеральных, но и вообще природных (подземных) вод различных типов. Здесь учтена также минерализация вод (г/л): пресных до 1,5, ми­ нерализованных 1,5—10 и соленых более 10.

Приведенные в таблице 9 анализы по классификации В. С. Садыкова характеризуют воды как соленую хлориднуюнатриевую группу (вода А) и пресную гидрокарбонатную натриево-кальциевую группу (вода В).

Классификация С. А. Щукарева, опубликованная в

1934 г. и получившая широкую известность, почти пол­ ностью повторяет классификацию В. С. Садыкова, но в ней

41

не учитывается газовый состав вод и наличие в них фарма­ кологически активных компонентов. Она также основана на принципе преобладания одного или нескольких из трех главных анионов (СГ, SO"., HCOg) и трех главных катионов

(Na‘, Са", Mg”). Принадлежность воды к тому или иному классу определяется содержанием тех компонентов, про- цент-эквиваленты которых превышают 25% (суммы процентэквивалентов анионов и катионов в отдельности принимают­ ся за 100).

Таблица ТО

Гидрохимическая классификация В. С. Садыкова

Сочетание анионов с катионами ( > 2 5 %-экв)

По преобладающим главным анионам воде присваивают­ ся такие названия: хлоридная, сульфатная, гидрокарбо­ натная, хлоридно-сульфатная, хлоридно-гидрокарбонатная, сульфатно-гидрокарбонатная и хлоридно-сульфатно-гидро- карбонатная, по преобладающим главным катионам — натриевая, магниевая, кальциевая, натриево-магниевая, натриево-кальциевая, магниево-кальциевая и натриево-маг­ ниево-кальциевая. Последовательно комбинируя преобладаю­ щие анионы и катионы между собой, С. А. Щукарев получа­ ет 49 классов вод, номера которых указаны в классификаци­ онной схеме.

Последовательность расположения анионов и катионов, принятая в первоначальной схеме С. А. Щукарева, позже бы­ ла несколько изменена другими учеными главным образом с учетом характера возрастания минерализации подземных вод в каждом конкретном регионе. Такие видоизменения предложены В. А. Приклонским (1935) исходя из опыта изу­ чения гидрогеологических условий Кура-Араксинской низ­ менности, Т. П. Афанасьевым (1947) территории Среднего По­ волжья и Н. Н. Славяновым из опыта изучения минераль- 'ных вод Северного Кавказа. Но эти поправки не вносят ■принципиальных изменений в схему С. А. Щукарева. В таб­

42

лице 11 дана одна из видоизмененных схем этого автора с

поправкой Н. Н. Славянова.

Среди 49 классов С. А. Щукарева выделяются (по пред­ ложению В. А. Прикдонского, 1935): а) двойные воды по двум преобладающим ионам—аниону и катиону (их всего 9); б) тройные воды по трем преобладающим ионам (18); в) чет­ верные воды по четырем преобладающим ионам (15); г) пя­ терные воды по пяти преобладающим ионам (6) и д) шестер­ ные воды по всем шести основным ионам (1).

Таблица 11

Схема классификации С. А. Щукарева с видоизменением Н. Н. Славянова

По общей минерализации каждый класс вод разделен на группы: А —менее 1,5 г/л, В—от 1,5 до 10 г/л, С—от 10 до 40 г!л и D — более 40 г/л.

Вода А (см. табл. 9) по классификации С. А. Щукарева будет называться хлоридной натриевой и относиться к 49-му классу и группе С. Вода В будет тройной: гидрокарбонатной натриево-кальциевой 4-го класса группы А.

Классификация очень проста и удобна для сопоставле­ ния различных по химическому составу вод, но довольно громоздка (49 классов и 4 группы). Деление вод на классы носит формальный характер, вследствие чего многие классы

ский в 1949 г. предложил свою более дробную гидрохимиче­ скую классификацию, построенную по принципу абсолют­ ного (свыше 50 и 75%-экв) или относительного (более 25%- же) преобладания тех или иных анионов или катионов

(табл. 12).

При абсолютном преобладании в составе вод (более 75 %- же) отдельных ионов перед названием типов вод добавляет-

43

ся усиливающее выражение «собственно» (собственно хлоридные, собственно натриевые и т. д.). При содержании в во­ де того или другого преобладающего иона в количестве от 50 до 75%, когда величина остальных не превышает 25%-экв, гидрохимическому типу вод присваивается название преоб­ ладающего иона без каких-либо добавлений (например, хлоридные, натриевые и т. д.). При таких же преобладаниях отдельных ионов, когда содержание одного из оставшихся ионов составляет 25—50%-экв, в название типов вод вклю­ чается и этот последний ион (например, хлоридные с повы­ шенным содержанием сульфатов и т. д.).

Для удобства наименования двойных, тройных, четвер­ ных и других вод, которые по этой классификации сохраня­

четверные, сульфатно-хлоридные кальциево-натриевые воды будут иметь индекс I—II—1—3 (табл. 12). Введение услов­ ных индексов облегчает и сокращает обозначение типов вод, по В. А. Приклонскому.

Приведенная в таблице 9 вода А по классификации В. А. Приклонского относится к собственно хлоридным собственно натриевым и имеет индекс 1о— 1 о, а вода Б — к гидрокарбо­

натным натриевым с повышенным содержанием кальция и имеет индекс III—1 з. Как видно, по этой классификации наз­

вание типов вод получается довольно сложным и нередко да­ же нескладным, особенно когда в наименовании одной и той же пробы дважды повторяется выражение «собственно». Да и выделение самих типов вод также затруднительно.

Классификация К. В. Филатова (1947, 1948) по основно­ му принципу выделения классов вод по преобладающим ио­ нам близка к схеме В. А. Приклонского. В основу классифи­ кации положен принцип преобладания того или иного анио­ на или катиона над суммой остальных анионов и катионов в процент-эквивалентной форме.

По степени преобладания эквивалентов одного или не­ скольких анионов (катионов) над остальными, исходя из ве­ личины «коэффициента по преобладающему иону» К. В. Фи­ латов выделяет три типа подземных вод:

1. Чистый тип вод. Отношение миллиграмм-эквивале одного преобладающего аниона (или катиона) к сумме мил­ лиграмм-эквивалентов остальных равно или больше 1,9, что в процент-эквивалентах выражается величиной не менее 66

из 100 % от суммы анионов и катионов в отдельности. Напри­ мер, чистый хлоридный и кальциевый типы вод имеют соот-

46

2. Переходный тип вод. Значение указанного коэффици­ ента варьирует от 1 до 1,9, т. е. содержание преобладающего аниона или катиона составляет 50—66%.

3. Смешанный тип вод. Значение коэффициента составлягет 0,5—1, или содержание отдельных анионов или катионов колеблется от 33 до 50%-экв.

Исходя из значений указанных коэффициентов подзем­ ные воды по анионному составу подразделяются на пять классов. Воды «чистого» типа: I — гидрокарбонатные; II — сульфатные; III — хлоридные (в этих трех классах вод зна­ чение коэффициента преобладающего аниона составляет свыше 1,9); IV — воды переходные: гидрокарбонатно-суль- фатные, гидрокарбонатно-хлоридные, сульфатно-гидрокар­ бонатные, сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатные, хлоридносульфатные с коэффициентом по преобладающему аниону от 1 до 1,9 (здесь название преобладающего аниона, а в под­ классах — преобладающего катиона ставится впереди); V— смешанные, у которых коэффициент по преобладающему аниону колеблется от 0,5 до 1.

Выделенные пять главных классов вод по преобладающим: анионам подразделяются, в свою очередь, на подклассы попреобладающим катионам (три в пределах чистого типа и на переходный и смешанный подклассы).

Для сокращенного обозначения классов и подклассов вод К. В. Филатовым введены условные индексы: гидрокар­ бонаты — Г/к, сульфаты — С, хлориды — X, кальций — К, магний — М и натрий — Н. О. К. Ланге (1963) указывал, что такое изображение индексов противоречит общепринятому в международном масштабе написанию элементов латинскими буквами. Индекс Г/к будет непонятным для читателей, не­ знающих русского языка, индекс С введет читателя в заб­ луждение, так как в общепринятой системе он обозначает не серу, а углерод, X обозначает ксенон и т. д.

Анализы вод А жБ, приведенные в таблице 9, по класси­ фикации К. В. Филатова, относятся соответственно к чисто­ му типу хлоридного класса натриевой группы (А) и переход­ ному типу гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатного класса натриево-кальциево-магниевой группы (Б).

Классификация 3. А. Макеева приведена и использована в ряде работ А. А. Гаврюхиной (1951, 1959). В ней при систе­ матизации вод наряду с абсолютным преобладанием того или иного аниона и катиона учтены вторые и третьи ионы с со­ держанием не менее 10 %-экв.

В таблице-графике (рис. 1), являющейся основой класси­ фикации-нумерации вод, в первые три квадрата по горизон­ тали (I, II и III) включены воды гидрокарбонатного типа.

47

Вторые три квадрата (IV, V и VI) заключают воды сульфат­ ного и последние три (VII, VIII и IX) — воды хлоридного ти­ па. В вертикальных трех столбцах сгруйпированы катионы по тому же принципу. В первый столбец (квадраты I, IV и VII) отнесены воды кальциевого типа, во второй (квадраты

Рис. 1. Таблица-квадрат химического состава подземных вод, по 3. А. Макееву.

II, V и VIII) — воды магниевого типа и в третий (квадраты III, VI и IX) — натриевого типа. Внутри каждого квадрата (от I до IX), соответствующего тому или иному типу воды, имеется 25 клеток (классов), отвечающих разнообразным со­ четаниям процент-эквивалентного содержания других непре­ обладающих анионов и катионов, по которым уточняется нумерация воды. Таким путем в классификации 3. А. Маке­ ева выделяются 225 (9X25) номеров природных вод. По свое­ му содержанию она наиболее сходна с классификацией В. А. Приклонского (Приклонский и Лаптев, 1949).

Классификация 3. А. Макеева хотя и сложная, но отра жает -наиболее узкие рамки химического состава вод как -по анионам, так и по катионам.

«48

Приведенные в таблице 9 анализы вод А к Б по этой классификации относятся к хлоридному натриевому типу и имеют номенклатуру IX-1 класса (вода А), гидрокарбонатно­ му натриево-кальциевому типу Ш-2 класса (вода Б).

Классификация О. А. Бозояна (1959) является несколько видоизмененным вариантом классификации 3. А. Макеева. В ней также выделяются 225 разновидностей вод.

Для систематизации автором предложены следующие три ряда анионов (%-экв):

три ряда катионов (% -же):

Na-,Na‘ > Ca", Na‘ > Mg", Na'>Ca" >M g", Na->M g">Ca"; Ca", Ca" > Na‘, Ca* > Mg", Ca">Na'>M g", Ca">Mg">Na*; Mg", M g">Na', Mg">Ca", M g">Na‘>Ca", M g">C a">N a\

Если эти тройные ряды анионов и катионов, каждый из которых включает 5 членов, расположить на линиях (на го­ ризонтальной — анионы, на вертикальной — катионы) по принципу от сильного аниона (или катиона) к слабому, то по­ лучатся комбинационные ряды, состоящие из 15 членов каждый (рис. 2). В результате на графике образуются 225 клеток, в которых располагаются определенные разновид­ ности вод.

Как видно из графика, все подземные воды по шести ос­ новным компонентам делятся на девять групп, или классов: I — хлор-натриевые, II — хлор-кальциевые, III — хлор-маг- ниевые, IV — сульфат-натриевые, V — сульфат-кальциевые, VI — сульфат-магниевые, VII — гидрокарбонат-натриевые, VIII — гидрокарбонат-кальциевые и IX — гидрокарбонатмагниевые. Каждый класс вод может иметь 25 разновидно­ стей.

Наряду с достоинствами в классификации О. А. Бозояна имеется ряд существенных недостатков. Во-первых, она яв­ ляется почти полным аналогом уже существовавшей до нее классификации 3. А. Макеева. Это особенно хорошо видно,

если первые преобладающие анионы (Cl', SO" и НСО3) или

катионы (Na‘, Са'', Mg") вынести в первый ряд графика, как на схеме 3. А. Макеева. Во-вторых, в ней не указано, какие пределы по величине % -же анионов и катионов приняты для выделения гидрохимических разновидностей вод. Например,

двух, или равенство содержаний (в пределах ошибки анали­ за) двух первых преобладающих, или даже всех трех анионов и катионов. Схема 3. М. Макеева в этом отношении имеет преимущество, так как в ней знак преобладания одних ионов над другими не показан, поскольку преобладание того или иного среди вторых — третьих не имеет принципиального классификационного значения.

Классификация О. С. Джикии (1963) представляет собой еще более усложненную, чем у 3. А. Макеева, схему, в кото­ рой отражены все возможные комбинации из трех основных анионов (расположенных по горизонтали) и катионов (по вер­ тикали) по принципу преобладания или равенства отдель­ ных из них. Составляя комбинации, автор различает три случая:- 1) содержания всех трех анионов (или катионов) не равны; 2) содержания двух анионов (катионов) равны друг

другу ; 3) содержания всех трех анионов, (катионов) равны друг другу. При таком выделенииколичество возможных

50