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

Десятый класс (редко встречается в природе) — в составе воды присутствуют Si и А2. Временное появление вод этого класса обусловленно смешением щелочных и жестких вод или выщелачиванием из пород щелочными водами сульфа­ тов кальция. Подклассы S iA2 и A2S|.

Одиннадцатый класс — в составе воды (обычно соляных озер) присутствуют Si и S2. Подклассы SiS2 и S2S[.

Кислые воды

Двенадцатый класс — в составе воды присутствует S 3,

т. е. сульфаты и хлориды железа, алюминия и других тяже­ лых металлов, а также свободные сильные кислоты. Под­ классы SiS2S3; S2S 1S3; S3SiS2; SiSaS2; S2S3S 1; S3S2S 1.

Как уже показано, принадлежность вод к тому или ино­ му классу и подклассу определяется их формулой, включаю­ щей перечни «пальмеровских характеристик», расположен­ ных в порядке убывания их величины. Эти формулы в изве­ стной мере определяют и условия образования вод.

Пробы вод А к Б, приведенные в таблице 9, имеют, по В. А. Сулину, формулы S iS2A 2 (вода А) и A2S iA i (вода Б) и

относятся соответственно к первым подклассам восьмого (жесткие воды) и первого (щелочные воды) классов.

Позже эта классификация была несколько упрощена (Сулин, 1946, 1948) выделением восьми классов природных вод, также исходя из величин «характеристик Пальмера» и с учетом наличия или отсутствия в воде гидрокарбонатов натрия (первой щелочности).

В водах сульфатнонатриевого, хлоридномагниевого и хлориднокальциевого типов (см. ниже) отсутствуют гидро­ карбонаты натрия. В этом случае в каждом из названных типов выделяются классы:

2. Класс S2— преобладает S2— вторая щелочность (суль­

фаты и хлориды щелочных земель).

3. Класс Si — основное место занимает первая соленость

В водах гидрокарбонатнонатриевого типа (см. ниже) со­ держатся гидрокарбонаты натрия. Здесь выделяются следу­ ющие классы:

61

7. Класс Аз — доминирует третья щелочность, т. е. карбо­ наты и гидрокарбонаты железа и алюминия.

Классификация Н. И. Толстихина (1937), известная под названием «Нумерация природных вод», охватывает все их разнообразие в природе. Сущность нумерации вод по химиче­ скому составу заключается в том, что вычисленные в про- цент-эквивалентах группы (аналогичные характеристикам Ч. Пальмера) анионов и катионов (принятые каждые в от­ дельности за 100%) наносятся на диаграмму в виде графи­

N a + n *...-

Милливоль % сильных основании

Первая соленость для и, ш и /у классов

Линия о для второй щёлочности ш и /у нлоссов

Рис. 6. График-квадрат Н. И. Толстихина.

анионам) и 10 горизонтальных (по катионам) рядов, образу­ ющих 100 малых квадратов со стороной, соответствующей

10%-экв. Каждому квадрату присвоен свой порядковый но­ мер (справа налево и сверху вниз), который и обозначает но­ мер воды по химическому составу.

62

Нумерацию воды можно определить и арифметическим путем. Для этого прежде всего суммируют процент-эквивален­ ты сильных оснований. Десяток, к которому относится по­ лученная сумма, округленная до целых чисел, обозначается ль Затем суммируют процент-эквиваленты сильных кислот путем замены единицы в двухзначных числах нулем и обо­ значают л2. Если при этом сумма оказывается однозначной, то при определении л2 она в расчет не принимается. Искомый

На основании номера воды можно подсчитать сумму про­ цент-эквивалентов пальмеровских групп ионов (с, I, Si, А) и определить принадлежность вод к I, II, III и IV классам Ч. Пальмера. Однако эта классификация не позволяет судить о количествах солей хлоридов и сульфатов, кальция и маг­ ния в воде порознь, поскольку

годаря двойной нумерации компонентов на видоизменен­ ном графике-квадрате (рис. .7), основанной на принципе

63

петрологической классификации Е. С. Федорова и вектор­ ных диаграмм О. С. Джикии (1963) и Л. А. Шимановского

(1963).

Геохимическая классификация А. Н. Павлова и В. Н. Ше­ мякина (1967) достаточно полно отображает одно из важных свойств природных вод — степень геохимической активности.

Последняя авторами охарактеризоваиа величинами кон­ центраций водородных ионов (pH), окислительно-восстано­ вительного потенциала (Eh), растворенных в воде кислоро­

Зависимость между Eh и pH изображена на диаграмме Eh — pH (рис. 8), на которой линии 1—4 показывают следую­ щие границы:

1 — верхняя граница устойчивости вод в зависимости от

Eh и pH;

2 — граница между водами с окислителями и переходны­

3 — граница между водами с переходными к окислитель­ ным и восстановительным свойствами, выбранными на осно­

64

Вертикальные линии диаграммы 5—9 соответствуют по­ ложениям диссоциации некоторых равновесий, характерных для следующего состава природных вод: 5—HoS04^ H SO /4+

[СОз/,]=[НСОз1 (рН~10,3).

Таким образом, диаграмма делится на поля I—XIX, ко­ торые характеризуют группы по окислительно-восстанови­ тельным и кислотно-основным свойствам. По этим свойствам исходя из величины pH, зависящей от Eh, выделяются следу­ ющие группы природных вод: сильнокислые (рН <1,9), кис­ лые (1,9< р Н < 4,1), слабокислые (4,1 < pH < 7), нейтральные (рН =7), слабощелочные (7 < р Н < 8 ,3 ), щелочные (8 ,3 < < pH < 10,3), сильнощелочные (pH^10,3).

Классификации по преобладающим компонентам и их соотношению

Эта группа гидрохимических классификаций учитывает не только преобладающие ионы химического состава природ­ ных вод, но и наиболее характерные соотношения между от­ дельными компонентами. Она позволяет судить, хотя и ори­ ентировочно, о природных обстановках, в которых они фор­ мируются. К этой группе применительно к подземным водам относятся классификации Н. С. Звоницкого (1931), М. Г. Ва-

ляшко (1935, 1952, 1958), В. А. Сулина (1946), О. А. Алекина (1946), С. А. Дурова (1948), В. М. Левченко (1948), А. Г. Берг­ мана (1954), Г. Н. Каменского (1958), Н. В. Тагеевой (1958, 1962), Л. С. Балашова (1960), С. Д. Четверикова (1961),

М, П. Елисеевой (1967). Среди них наиболее характерны клас­ сификации В. А. Сулина и О. А. Алекина, в которых при сходных основах систематизации вод по химическому соста­ ву в одной (у В. А. Сулина) преобладающая роль отводится соотношениям ионов, а в другой (у О. А. Алекина) — преоб­ ладающим компонентам.

Классификация Н. С. Звоницкого (1931) является наибо­ лее ранней среди рассматриваемой группы гидрохимических классификаций, основанной на сочетаниях преобладающих

ионов (по процент-эквивалентному содержанию) и солевых компонентов в составе вод. Она была разработана примени­ тельно к минеральным водам и разделение вод в ней произ­ ведено в зависимости от содержания в них шести основных ионов. Однако наряду с наименованием вод по этим ионагл были сохранены и традиционные названия по гипотетиче­ ским солям (щелочные, соляные, гипсовые, глауберовые и т. д.). В схеме Н. С. Звоницкого (рис. 9) были предусмотре­ ны и сложные «гибридные» воды.

Рис. 9. Классификация подземных (минеральных) вод, по Н. С. Звоницкому.

Классификация В. А. Сулина (1946) в отличие от ранней классификации (Сулин, 1935), разработаной применительно к нефтяным водам, распространяется на все природные воды земли. При этом классы и подклассы вод, выделенные преж­ де как самостоятельные единицы, здесь включены как одни из элементов классификации.

Следует отметить, что гидрохимическая часть классифи­ кации В. А. Сулина разработана на фоне выделения более крупной таксономической единицы — семейств природных вод. Кстати, этот принцип автора последующими интерпре­ таторами его «генетической классификации» забывается.

Следуя В. И. Вернадскому (1933—1936), В. А. Сулин вы­ деляет следующие три основные с е м е й с т в а п р и р о д н ы х вод: 1) воды атмосферы; 2) воды земной поверхности (под­

семейства: реки и временные водотоки, озера, болота, моря, иловые воды); 3) воды земной коры (подсемейства: почвен­ ные растворы, грунтовые и пластовые воды, воды кристал­ лических и массивных пород, тектонических трещин, грязе­ вых вулканов и сопок, нефтегазовых месторождений, вулка­ нов и гейзеров и т. д.). Химический (солевой) состав воды отдельных семейств и подсемейств всецело зависит от основа

66

ну делится на п о д г р у п п ы : кальциевую, магниевую и нат­ риевую. Наконец, подгруппы делятся по величине свойств (или характеристик), по Ч. Пальмеру, на к л а с с ы . Как от­ мечалось выше, в водах сульфатнонатриевого, хлоридномагниевого и хлориднокальциевого типов по преобладанию опре­ деленных характеристик (А или S) выделяются классы А2, S2, Si и S3 (редко). В водах гидрокарбонатнонатриевого ти­ па — А2, A i , S i и А3 (редко).

В результате получается довольно дробная и сложная классификация (табл. 16). Достоинство ее заключается в де­ тальности и к тому же она в значительной мере позволяет,

исходя из состава воды, определять природную обстановку ее формирования, т. е. генезис. Однако выделение типов вод, названных генетическими, нередко бывает формальным: до­ статочно малейшего изменения отношения rNa':rCl'(no раз­ ным причинам), чтобы вода стала относиться уже к иной «обстановке» существования (к морской вместо континенталь­ ной или наоборот). К недостаткам классификации относится и условность правила комбинирования ионов, лежащего в основе выделения типов. Этот элемент условности сказыва­ ется и в названии вод по тем солям, наличие которых явля­ ется характерным и обязательным для данного типа, напри­ мер, отношение rNa'—rCl/ :rSO//4> l , характеризующее на­

личие в составе вод гидрокарбонатов натрия. Между тем реальность специфических солей в водах сомнительна, а для слабоминерализованных вод даже исключается (см. выше). Недостаток классификации состоит также и в отсутствии вод переходных и смешанных групп и подгрупп.

Классификация Г. Н. Каменского (1958) предназначена для выделения гидрохимических типов подземных вод, исхо­ дя из соотношений анионов и катионов, образующих гипоте­ тические соли в порядке их химической активности. В связи с этим по своей емкости охватываемых при систематизации

68

химического состава вод показателей она значительно уже классификации В. А. Сулина. Здесь Г. Н. Каменский, коли­ чественно сопоставляя соотношения анионов и катионов (в порядке их активности), выделяет пять основных трупп (гид­ рохимических типов) вод, отличающихся различными соче­ таниями солей.

Г р у п п а I: rN a^rC r+rSO '^ . В этих условиях в со­ ставе водного раствора образуются следующие основные со-

69

ли: NaCl(l), Na2S04{2), NaHC03(3), Mg(HC03)2(4) и Ca{HC03)2(5).

Г р у п п а II: ?-Cr<;rNa'<:rCr + rS0 "4. В составе подзем­

ных вод образуются две подгруппы солей: А — в составе вод помимо солей, указанных выше под номерами 1, 2, 4, и 5, присутствует MgSO"4 (6); Б — в составе вод помимо солей 1, 2, 5 и 6 присутствует GaSO" 4 (7).

Г р у п п а III: rN a'<rC r<rN a'+ 7'Mg". Здесь также вы­

деляются две подгруппы: А — в составе вод кроме солей 1,

сульфаты тяжелых металлов и свободная серная кислота. Каждая из выделенных групп (типов) отличается содер­

жанием характерных солей, специфичных для данной груп­ пы (типа). Такими солями для группы I являются гидрокар­ бонаты натрия, для группы II — сульфаты натрия, для груп­ пы III — хлориды магния вместе с сульфатами магния, для группы IV — хлориды кальция и магния и для группы V — сульфаты тяжелых металлов и свободная серная кислота.

Первые четыре группы (типа) вод были выделены ранее В. А. Сулиным (1946) соответственно под наименованиями гидрокарбонатнонатриевого, сульфатнонатриевого, хлоридномагниевого и хлориднокальциевого типов. Эти же подраз­ деления, но в несколько иной формулировке применены и в классификации О. А. Алекина (1946), в которой выделена также группа V кислых вод.

В наименовании химического состава вод Г. Н. Камен­ ский предлагает: а) если ионы указанных специфических солей являются преобладающими, а содержание других ионов незначительно (менее 25%), то последние не упомина­ ются, и наименование типов вод дается по названию этих солей: 1) гидрокарбонат-натриевый (НСО'з—Na'), 2) суль-

фат-натриевый (SO"4—Na'), 3) хлорид-магниевый (СГ—Mg'.'),

4) хлорид-кальциевый (СГ—Са") и 5) сульфат-железистый

(SO"4—Fe, Си) и т. д .; 6) если содержания других ионов

значительны, то эти ионы ставятся по краям наименования (анионы в начале и катионы в конце): СГ—НС13'—Na',

SO"4—Na'—Са", СГ—Mg"—Na', SO"4—СГ—Mg".—Ca",

СГ—Ca"—Na' и т. д .; в) ионы, составляющие специфические соли, сохраняются в обозначении типов вод даже при их малом содержании. Например, воды А и Б, анализы кото­

70