Геологическая деятельность подземных вод (стр. 5 из 8)
Восходящие источники представляют собой естественные выходы напорных вод. Они характеризуются более или менее постоянным режимом, т. е. постоянным напором, дебитом, химическим составом, температурой. Выходы их приурочены к областям разгрузки артезианских б-ассейнов и часто связаны с зонами тектонических разрывов.
Изучение источников подземных вод и их режима (изменение дебита и качества во времени) имеет огромное значение, так как позволяет судить о балансе подземных вод на том или ином участке. Баланс подземных вод обусловливается притоком (питанием) и расходом воды. Приток осуществляется путем: 1) инфильтрации атмосферных осадков; 2) конденсации паров и просачивания конденсационной воды в глубину; 3) просачиванля воды рек и поверхностных водоемов; 4) поступления седиментацлонных вод в глубокие артезианские водоносные горизонты.
Расход выражается: 1) в выходе источников подземных вод па поверхность земли; 2) в подземном питании открытых водоемов рек; 3) в испарении поднимающейся по капиллярам воды; 4) в испарении через транспиранию ' растениями; 5) в искусственном извлечении воды человеком.
При определении баланса подземных под все указанные, элементы притока и расхода должны быть учтены.
6. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Природные воды характеризуются большой растворяющей способностью. Даже дождевая вода не является идеально чистой, так как она из облаков до поверхности Земли поглощает взвешенную в воздухе пыль и газы воздуха и выпадает до некоторой степени уже минерализованной. Тем более это относится к подземным водам. Протекая по разнообразным горным породам, они взаимодействуют с окружающей средой и изменяют свои свойства и состав. Происходит процесс выщелачивания некоторых горных пород или включений в них и обогащение минеральными солями подземных вод. Кроме того, формирование химического состава подземных вод связано с условиями их происхождения (морские, имфильтрацнонные, ювенильпые и т. д.) и последующими процессами, их изменяющими.
По количеству растворенных веществ природные воды разнообразны и изменяются: от ультрапресных вод (с содержанием в растворе различных элементов в долях процента) до рассолов с полной насыщенностью. Общее содержание растворенных в подземных водах веществ принято называть обще и м и н е р а л и з а ц и е и воды и выражать в г/л или в мг/л.
В. И. Вернадский подразделял все природные воды с точки зрения общей минерализации на четыре больших класса:
'. Пресные, с общей минерализацией до 1 г/л.
2. Солоноватые, с общей минерализацией от I до 10 г/л.
3. Соленые, с общей минерализацией от 10 до 50 г/л.
4. Рассолы (очень сильно минерализованные воды), с обшей минерализацией свыше ' 50,/г/уТ' (300-iV более г'л). Максимальная вели-чина минерализации, достигающая 500—600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне^
1 Транспирация — физиологический процесс испарения воды живыми растениями.
Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды — от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. В последующем А. М. Овчинниковым и другими исследователями дано более дробное подразделение подземных вод по их минерализации (табл. 8.1). Для питьевых целей наилучшими водами являются пресные, с минерализацией до 1 г/л; при необходимости можно употреблять и слабо-солоноватые воды с общей минерализацией до 2—3 г/л. Воды с большей минерализацией для водоснабжения практически непригодны.
Таблица ^8.1
Общая минерализация и химический состав подземных вод (по А. М. Овчинникову)
| Характеристика вод | Общая минерализация, г/л | Химический состав | По В. И. Вернадскому | |
| Ультрапресные | <0,2 1 | Обычно гидрокарбонат- | ||
| Пресные | 0,2-0,5 / | ные | , | Пресные |
| Воды с относительно повы- | ! Гидрокарбонатно-суль- | |||
| шенной минерализацией | 0,5—1 : фатные , | |||
| Солоноватые Соленые | 1-33—10 | Сульфатно-хлоридные 1 | Солоноватые | |
| Воды повышенной солености | 10 — 35 ! Преимущественно хло- ) | |||
| ридные | Соленые | |||
| Воды, переходные к рассолам | 35 — 50 i Хлоридиые | |||
| Рассолы | 50--400 (500) ! | Рассолы | ||
В подземных водах содержатся различные химические элементы, но подавляющее большинство их — в ничтожных количествах. Наиболее распространены ионы С1~, SO42"", НС03", Na+, Ca2+, Mg2+, иногда в заметных количествах NH4+, K+, Fe2+ и Мп2+, ц из газов СО2, О2, реже H2S, N?.
Различные сочетания первых основных шести элементов и определяют основные свойства подземной воды (рис. 8.10) — щелочность, соленость н жесткость.
Так, например, при значительной концентрации иопоз Na1 и С1~ вода приобретает соленый вкус, а при большом содержании ионов Na+ и НС03~ приобретает щелочные свойства.
Классификация подземных вод по химическому составу в большинстве случаев производится по преобладающим анионам и катионам. Так, выделяются следующие наиболее распространенные классы: 1) гидро карбонатные воды (HCO;j-> >25 ?ке-%); 2) сульфатные воды (SC)f >25 з/св-%); 3) х л о-р и д п ы с ii о д ы (С 1 ->25 экв- % ); '1) воды сложного состава — хлоридно-гидрокарбонатные, сульфатно-гидрокарбонатные, хлоридпо-" сульфатные и другие еще более сложного состава. „.По соотношению
Рис. 8.10. Сочетания различных элементов, обусловливающих основные свойства воды
с катионами каждмй из них может бить патриеным, или кальциевым, нлп магниевым, или смешанным — кальциевомагнневым, натриево-кальцпевым и др. Это хороню выражено в классификации, предложенной С. А. Щукаревым и в последующем видоизмененной П. Н. Славя-ЙОБЫМ (табл. 8.2).
Т а б л и ц а 8.2
Классификация подземных вод по химическому составу
| -~-^ Катионы i ~"--^ Са~+ JC Анионы ~~~~~-- — -^^ 1 | I a2+, Ms2"1" M«2+ | Na+, Ca2+ | Na+-, Ca'2+. MKa + | Ma4-, MK2+ | Na4 |
| iНСОГ 1 | 23 4 | b | 6 | 7 |
| HCOj-, S0~~ 8 | 9 j 10 11 | ,2 | 13 | 14 |
| НС07. S0;~, С Г" 15 | 16 17 18 | 19 | 20 | 21 |
| НС03-,С1- 22 : | 23 !M ! 25 | 26 | 27 | 28 |
| 30=- | 29 I | 30 i 3! 32 | 33 | \*A | 35 |
| soj-,a~ 36 . | 37 i 38 39 | 40 | ' | 42 |
| Ci" i 43 i | 44 \ 45 i 46 | 47 | 48 | 49 |
| ! i | i j |
Каждый анион или группа анионов (указанных по вертикали) может образовывать с отдельными катионами или группой катионов (указанных по горизонтали) различные сочетания. Цифрами в таблице обозначены типы вод, соответствующие различным сочетаниям анионов и катионов. Например: к 1-му типу будут относиться гидрокарбонатно-кальциевые воды, ко 2-му — гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, к 8-му — гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевые, к 49-му — хлоридно-натриевые.
Как видно из табл. 8.2, отчетливо проявляется закономерность изменения химического состава вод с увеличением их минерализации от гидрокарбонатных к хлоридным.
В ряде артезианских бассейнов наблюдается хорошо выраженная вертикальная зональность. В верхних водоносных горизонтах развиты гидрокарбонатные воды, ниже смешанные и далее сульфатные, а еще ниже высокоминерализованные хлоридные. Существуют и другие классификации подземных вод (Алекин, 1970), в которых учитывается не только деление по преобладающим анионам и катионам, но и соотношение между ними.
* Обычно минеральными водами называют такие воды, которые используются для лечебных целей и обладают определенными физико-химическими свойствами, оказывающими особое физиологическое воздействие на организм человека. Целебные свойства этих вод обусловливаются общей минерализацией, газовым составом и наличием в них специфических различных компонентов: железа, мышьяка, радия, брома, иода, углекислоты, радона и т. п., относительно редко встречающихся в обычных подземных водах. Кроме того, для многих минеральных источников характерна повышенная температура, необычная для подземных вод поверхностной зоны.
По температурным признакам минеральные воды некоторыми исследователями подразделяются на: 1) холодные, с температурой менее 20°; 2) теплые— от 20 до 37°; 3) горячие — от 37 до 42° и 4) очень горячие, с температурой выше 42°. В. В. Иванов (1964) предлагает температурную границу 37° снизить до 35°, принимая во внимание, что последняя близка к средней температуре человеческого тела.-
Наиболее известными типами минеральных вод являются:
Г. У г л е к и c./i ы е воды, газирующие углекислотой, характеризуются большим разнообразием ионного состава. К ним относятся холодные нарзаны Кисловодска, горячие углекислые воды типа сла-вяиовской (Железноводск), Карловы Вары (ЧССР), Истису (Азербайджан), Джермук (Армения) и др.* Образование углекислых минеральных РОД, по-видимому, в значительной части связано с глубинными процессами — термометаморфизмом и магматизмом. Так, например, наиболсо крупные углекислые источники в своем распространении тяготеют к районам развития молодых интрузий. Есть предположение, что" в контактных зонах этих интрузий при высоких температурах (около 400°) происходит метаморфизация карбонатных пород с выделением большого количества ССЬ. Поднимаясь отсюда по тектоническим трещинам, углекислый газ насыщает подземные воды верхних зон земной коры.
^.Сульфидные (сероводородные) воды. Среди них В. В. Иванов (1964) выделяет несколько типов по условиям их формирования: а) азотные сульфидные воды, генетически связанные с торфяными четвертичными образованиями. Примером этого типа являются сульфидные воды Кемери; б) метановые сульфидные воды, формирующиеся в глубоких частях артезианских бассейнов, генетически связанные с битуминозными и нефтеносными отложениями. Это преимущественно хлоридпыс или гидрокарСюнатно-хлоридные воды, в которых содержание 1 Ь5 в несколько раз больше первого типа. Такие сульфидные воды имеют наибольшее распространение. К ним относятся воды Мацесты, Талги на Кавказе, Усть-Качкинские в Приуралье и многие другие.