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

рых даны в таблице 9, будут иметь формулы Cl'—M g" —Na" (А) и НСОз'—Na (Б).

Классификация Н. В. Тагеевой (1958) также определяет

«геохимические типы вод» осадочных пород, но в несколько ином варианте, чем у Г. Н. Каменского. В зависимости от химического состава и степени подвижности этих вод и ис­ ходя из значений некоторых геохимических коэффициентов

(rNa* :rCl'), (rNa’+rM g” ):гС1' и [rSO/'+rHCCV] :гС1' вы­ деляются четыре геохимических типа (табл. 17).

Таблица 17

Основные геохимические типы вод осадочных пород, по Н. В. Тагеевой

Каждый из перечисленных геохимических типов вод делится на три подтипа по величине минерализации вод: 1) слабоминерализованные воды с минерализацией меньше

10 г/л, 2) соленые воды с минерализацией 10—35 г/л и

3)рассольные воды с минерализацией более 35 г/л.

Врассматриваемой классификации сделана попытка соединить в одно целое генетические типы В. А. Сулина

71

(1946), выделенные по преобладанию и соотношениям ионов, и типы, выделенные Н. К. Игнатовичем (1945) по условиям водообмена подземных вод в пласте. Однако здесь, с одной стороны, в отличие от В. А. Сулина отсутствует самосто­ ятельный гидрокарбонатнонатриевый тип (он входит в со­ став сульфат-гидрокарбонатнонатриевого типа в качестве подтипа) и с другой — интерпретация типов вод в связи с условиями водообмена в пластах осадочных пород почти не обоснована.

Классификация С. А. Дурова (1948) основана на сочета­ нии ионных и солевых компонентов вод. Исходя из последо­ вательности (непрерывности) изменения ионного состава, выясняемой с помощью сдвоенной треугольной диаграммы, и нахождения гипотетических солей путем проектирования ионных точек на солевой квадрат (ом. ниже), автор получает 18 типов подземных вод. Затем, объединяя родственные типы (солевые компоненты) в более крупные группы, он выделяет пять классов вод, генетически связанных между собой.

I класс, типы 1, 2, 3 — простейшие (или начальные) во­

ды — «воды скупого растворения». В солевой состав их вхо­ дят почти исключительно гидрокарбонаты кальция и магния.

II класс, типы 4, 5, 6 — вторичные (минерализованные) воды, или «воды легкого растворения», образуемые из про­ стейших путем добавления легкорастворимых солей натрия и магния.

Следующие три класса — воды метаморфизованные.

III класс, типы 7—10 — сульфатные воды, образуемые из вторичных путем потери ими гидрокарбонатов при испа­ рении или под действием серной кислоты как продукта окисления пиритов.

IV класс, типы 11— 15 — хлоридные воды, получаемые из вторичных при потере ими гидрокарбонатов и сульфатов (гипса) при их концентрировании. При этом некоторая часть хлоридов натрия заменяется хлоридами кальция и магния.

V класс, типы 16—18 — содовые (щелочные) воды, полу­ чаемые из вторичных при потере ими только сульфатов (в основном в виде сульфатов кальция и отчасти магния).

Классы вод обозначены римскими цифрами (I—V), а типы вод — арабскими (1— 18). При такой системе обозначе­ ний, например, к хлоридным водам IV класса относятся типы от IV—11 до IV— 15.

Одним из серьезных недостатков классификации являет­ ся то, что гипотетические соли, служащие основанием для выделения типов вод, получены графическим комбинирова­ нием. Существование их. особенно в условиях слабоминера­

72

лизованных вод, для которых главным образом составлена настоящая схема, нельзя считать реальным. К тому же при. составлении солевых комбинаций относительная геохими­ ческая активность ионов кальция и магния принята в обрат­ ном порядке. Кроме того, в IV классе оказались объединен­ ными обширные группы вод, генетически совершенно раз­ ные (воды морского и океанического типа, соляных озер,, глубинных недр земли и др.).

Классификация В. М. Левченко (1948) по своей сущности и принципу построения входит в группу гидрохимических классификаций Сулина — Каменского — Тагеевой как один

Рис. 10. Круговая диаграмма — «гидрогеохимический цикл», по В. М. Левченко. Главные классы: 1 — первич­ ных вод (I, III и V ); 2 — метаморфизованных вод (П, IV и VI); 3 — промежуточные классы (1—7).

из ее вариантов. Она разработана с учетом способности: шести основных ионов образовывать соединения в порядкеих возрастающей растворимости (катионы — от кальция к: натрию и анионы — от гидрокарбонатов к хлоридам). Соот­ ношение этих основных ионов представляет 13 возможных вариантов, из которых 7 редко встречаются в природе (ког­

73:

да содержание того или иного катиона равно содержанию анионов). Оставшиеся шесть вариантов представляют шесть главных классов природных вод: I — гидрокарбонатные (содовые), II — гидрокарбонатно-сульфатные, III — гидро- карбонатно-хлоридные, IV — сульфатные, V — сульфатнохлоридные и VI — хлоридные (хлориднокальциевые). Они образуют замкнутую систему — «гидрогеохимический цикл» (рис. 10), в которой каждый класс является промежуточным

звеном между двумя соседними.

Рис. 11. Схема распределения анионного состава подземных вод в связи с изменением гидрогеоло­ гических условий их формирова­ ния, по В. М. Левченко. Гидро­ геологические структуры, по Н. К. Игнатовичу: I — раскры­ тые ; II — частично раскрытые;

III — закрытые.

А. Г. Бергман (1954) каждый из выделенных В. М. Лев­ ченко классов обозначил буквами: А (соответствует I клас­ су В. М. Левченко), Б (II класс), В (III класс), Г (IV класс),

Д(V класс) и Е (VI класс).

УВ. М. Левченко, как у Н. В. Тагеевой, делается попыт­ ка увязать выделенные гидрохимические классы с их дина­ микой в зависимости от геоструктурных условий формиро­ вания по схеме Н. К. Игнатовича (рис. 11).

Классификация Л. С. Балашова (1960) является наибо­

лее полной из указанных выше групп классификаций. Она названа им естественной классификацией, так как учиты­ вает помимо шести основных ионов и другие ионы, зани­ мающие в некоторых случаях преобладающее положение. При этом типы вод выделяются по анионам, подтипы — по катионам, а классы вод — по второстепенным ионам, опре­ деляемым соотношением основных. Устанавливаются«чистые» типы, когда содержание первенствующего аниона более 95 %, и смешанные, когда это условие не соблюдается.

Соответственно выделяются «чистые» и смешанные под­ типы. По этой классификации число типов, подтипов и классов неограниченное, поскольку неизвестные сегодня могут быть обнаружены в будущем. В начале 1970 г. было известно 8 «чистых» типов: СГ, SO/', НСОз', СОз", HSO/',

Е', Ж>з' и HSiXV (Карцев, 1972). В таблице 18 приведена

74

классификация вод «чистого» хлоридного типа (С]/ > ■95 %-экв).

В рассматриваемой классификации по сравнению с клас­ сификацией В. А. Сулина более четко, следовательно, гене­ тически более достоверно выделяются подтипы вод (эквива­ ленты типов В. А. Сулина). Так, если, по В. А. Сулину, все воды с коэффициентами N a ':C l'> l и СТ—Na‘:M g" > l, содержащие хлориды кальция от ничтожных (что может ■определяться иногда ошибками анализа) почти до 10 0 %,

Таблица 18

Естественная классификация подземных вод, по Л. С. Балашову (Ki — каждый из остальных катионов)

относятся к типу хлориднокальциевых, то, по Л. С. Бала­ шову, к «чистому» хлориднокальциевому подтипу относят­ ся лишь воды, где в составе хлоридного типа вод кальция содержится 95%-экв. При меньшем его значении образуется целая гамма разновидностей (классов) смешанных подтипов хлоридного типа, вплоть до «чистого» хлориднонатриевого.

В классификации М. 27. Елисеевой (1967) уточняются рамки выделения подтипов и классов хлоридного типа вод, по Л. С Балашову(1960), путем использования численных значений ряда гидрохимических коэффициентов:

75

Учет конкретных численных значений ряда характерных соотношений ионов позволил автору графически четко выде­ лить (см. ниже) гидрохимические типы, подтипы и классы, поэтому данная классификация является одним из графо­ аналитических вариантов классификации Л. С. Балашова.

Классификация М. Г. Валяшко разработана на основе классификационных схем Н. С. Курникова (1917) примени­ тельно к соляным озерам (1935, 1952), а затем (1958) к при­ родным водам вообще. Исходя из определенных характер­ ных соотношений между ионами в ней выделено три типа вод: карбонатный, сульфатный и хлоридный (табл. 19).

Таблица 19

Типы вод и характерные коэффициенты, по М. Г. Валяшко

Коэффициенты

Тип и подтип вод

в котором присутствуют все главные анионы (СУ, S 04", НСОзО, а из катионов подвижным является только натрий

(вследствие низкой растворимости карбонатов и сульфатов

в котором содержатся два главных аниона (СУ и SO/'), а из катионов подвижным помимо натрия становится еще и магний. В небольшом количестве может присутствовать кальций (ввиду низкой растворимости его сульфатных со­ лей). Специфическими компонентами солевого состава вод служат сульфаты натрия, сульфаты и хлориды магния.

76

Сульфатный тип подразделяется на два подтипа: суль­ фатнонатриевый и хлоридно(сульфатно)магниевый, кото­ рые могут переходить друг в друга при простом концентри­ ровании (или разбавлении) раствора. Для первого подтипа характерно наличие в солевом составе специфических ком­

с Са" и Mg" каждый из подтипов делится на две группы. В первой из них в виде специфических компонентов содержат­ ся гидрокарбонаты магния, во втором — сульфаты кальция.

Х л о р и д н ы й т и п характеризует водный раствор, в котором из анионов присутствует только хлор, а среди кати­ онов подвижными (при всех значениях минерализации) ста­ новятся все три — Na', Mg" и Са". В солевом составе специ­ фическим компонентом является хлорид кальция, обнару­ женный только в водах этого типа.

При сопоставлении можно легко заметить, что рассматри­ ваемая классификация имеет большое сходство с классифи­ кацией В. А. Сулина (1946). Карбонатный тип М. Г. Валяшко соответствует гидрокарбонатнонатриевому типу В. А. Су­ лина («щелочные» воды), сульфатнонатриевый и хлоридномагниевый подтипы сульфатного типа — соответственно одноименным типам В. А. Сулина, а хлоридный тип, по М. Г. Валяшко, определяет не что иное, как хлориднокальциевый тип В. А. Сулина.

Воды А и Б, состав которых дан в таблице 9, относятся, по М. Г. Валяшко, соответственно к сульфатному (подтип хлормагниевый) и карбонатному типам.

По своему принципу классификация М. Г. Валяшко явля­ ется как бы переходной от классификационной схемы В. А. Сулина к схеме О. А. Алекина.

Классификация О. А. Алекина (1946), так же как и клас­ сификация В. А. Сулина, Л. С. Балашова и других, сочетает принцип деления по преобладающим анионам и катионам с

вод. Каждый класс по преобладающему катиону подразделя­

т ы р е т и п а вод, определяемых, так же как у Р. Штумпера (1935), соотношением между ионами HCOj и Са" -f-Mg*':

I тип — rHCOg>rCa“ —-j-rMg";

II тип — rHC03>rC a'‘+^M g"<rH C 0 g+rS 0 ^;

77

III тип — ?'HCOg + rS O " < rC a " -f rMg” или /'C l^rN a'; IV тип — rHCOs' = 0 .

По этой классификации таким путем получается 27 видов природных вод (рис. 12), характерных для определенных

гидрогеологических обстановок. При этом воды I типа харак­ теризуют гидрогеологическую обстановку выщелачивания,.

Рис. 12. Графическое изображение классификации О. А. Алекина.

II типа — смешения вод различного генезиса, IV типа — кис­ лую обстановку (воды болотные, рудные, вулканические или: промышленного стока), а III тип — метаморфизованные во­ ды различного генезиса. Позже, учитывая генезис подземных вод, почти одновременно Е. В. Посохов (1965) и Ж. С. Сыдыков (1964, 1966) предложили выделить в рамке III типа два подтипа с соотношением ионов: Ша (?'Cl'<rNa'-}-rMg'') и Шб

(7'Cl^rNa* -j-rMg").

Для краткого обозначения выделенных 27 видов природ­ ных вод О. А. Алехиным предложены символы: класс обоз­ начается символом, выведенным из названия соответствую­ щего аниона (С, S, С1), группа — химическим символом, а тип вод — римской цифрой у индекса, обозначающей класс. Например, воды А и Б, приведеные в таблице 9, имеют со­ ответственно, по О. А. Алехину (с поправкой Е. В. Посохова и Ж. С. Сыдыкова), формулы Cl Ilia Na (хлоридный класс, груп­ па натрия, тип Ша) СШа (гидрокарбонатный класс, груп­ па натрия и тип I).

Позже О. А. Алекин (1970) дополнил индекс воды, обоз­ начая величину минерализации (у знака аниона внизу, с точ­ ностью до 0,1 г/кг) и общую жесткость (вверху, с точностью

до целых единиц миллиграмм-эквивалента). Например, ука­ занные выше воды А и Б имеют соответственно следующий полный индекс:

78

Cl Ilia N a (^)i f и c i N 30,6a (Б).

В тех случаях, когда второй по величине анион или кати­ он лишь немного (в пределах 10 %-экв) уступает преобладаю­

щему иону, в индекс вводится и этот второй ион. Например,, вода Амударьи осенью 1938 г. имела индекс SCI II Ca-j ь.

Для удобства и краткости устного произношения и напи­ сания сложного наименования вод нами (Сыдыков, 1966) предложено в этих случаях пропустить классификационные категории, внесенные О. А. Алекиным, «класс» и «группа» и называть их по убыванию преобладающих компонентов (самостоятельно, начиная с анионов). Например, вышепри­ веденная формула амударьииской воды может быть расшиф­ рована так: хлоридно-сульфатная натриевая II типа с мине­ рализацией 0,5 г/кг и общей жесткостью 5 мг-экв.

Классификация О. А. Алекина, как видно, во многом сходна с классификацией В. А. Сулина. Воды первого типа, по О. А. Алекину, отвечают водам гидрокарбонатнонатрие­ вого типа («щелочные» или содовые воды), по В. А. Сулину, воды второго типа, по О. А. Алекину, — водам сульфатно­ натриевого типа, по В. А. Сулину, воды третьего типа (с под­ типами Ша и Шб) О. А. Алекина — водам хлоридномагниевого и хлориднокальциевого типов В. А. Сулина и только во­ ды четвертого типа О. А. Алекина («кислые») не имеют ана­ логичного типа у В. А. Сулина, но характеризуются классом вод S3 в его классификации. Только в отличие от классифи­

кации В. А. Сулина, где делению вод по характерным соот­ ношениям (типам) отводится первостепенное место, в клас­ сификации О. А. Алекина подобное значение имеет деление вод по преобладающему аниону (класс), а затем и по преоб­ ладающему катиону (группа).

В первоначальном виде классификация О. А. Алекина имела два основных недостатка: а) в одном гидрохимиче­ ском типе оказались объединенными две генетически разные воды: хлоридномагниевого (воды выщелачивания морских отложений) и хлориднокальциевого (седиментационные и глубинные воды) типов (этот недостаток устранен позже вы­ делением в пределах III типа двух самостоятельных подти­ пов); б) она не имела своей графической формы изображе­ ния. И этот недостаток был устранен позже в результате представления Е. В. Посоховым (1957, 1961) и В. П. Доро­ шенко (1964) двух вариантов графической интерпретации классификации. В связи с указанным рассматриваемая клас­ сификация в настоящее время является наиболее рациональ­ ной.

79

Классификация С. Д. Четверикова (1957) в основном уточняет гидрохимические типы по методике, аналогичной методу Штумпера — Алекина. В зависимости от наличия в составе вод (по процент-эквивалентному содержанию) специ­ фических солей среди «минеральных молекул»— галита (NaCl), соды (NaHC03), гидрофилита (СаС12), кальцита (СаС03)> бишофита (MgCl2) и магнезита (MgC03)— автор выделяет три гидрохимических типа:

I тип («содовый») — 7-НС03 >rC a" +rMg" ;

II тип («гипсовый») — rH CO g+rSO ^rCa" > гН С 0 3; III тип («гйдрофилитовый») — 7'Са" >7'HC03+?'S0^.

Нетрудно заметить, что эти типы вод полностью сходны с генетическими типами О. А. Алекина в первоначальном виде его классификации и страдают теми же недостатками, что и последняя: в одном типе (III) объединены две разные по усло­ виям образования воды — хлоридномагниевые и хлориднокальциевые. Кроме того, здесь отсутствует гидрохимический тип, указывающий на наличие кислых вод.

Классификации по преобладающим и бальнеологически ценным компонентам и содержанию газов в составе вод

Помимо ионного состава и соотношений ионов большое генетическое значение имеет и состав растворенных или спонтанно выделяющихся из воды газов. Они позволяют вы­ яснить гидрогеологические обстановки, характеризующиеся определенным газовым составом своей подземной атмосфе­ ры и потому могут служить одним из важных признаков при гидрохимической классификации. К тому же состав газов помогает оценить фармаколого-бальнеологическое качество подземных минеральных вод. Такую же роль играет установ­ ление в подземных водах ряда физиологически активных микроэлементов.

Как уже отмечено, газовые компоненты были использо­ ваны в классификациях В. С. Садыкова (1916) и В. И. Вер­ надского (1929, 1933— 1936). В схеме первого учтено содер­ жание некоторых микроэлементов (например, железа) и «спе­ цифических», фармакологически активных веществ. К этой же группе классификаций относятся и схемы В. А. Алек­ сандрова (1932,1956), В. В. Иванова и Г. А. Невраева (1964), к разработке которых привлечены данные ряда бальнеологи­ чески ценных элементов и соединений, а также классифика­ ции А. М. Овчинникова (1947, 1954).

Классификация В. А. Александрова, построенная на ос­ нове принципов, принятых IV гидрогеологическим курорт­

80