9.4.2. Гидрохимическая зональность подземных вод

Гидрохимическая зональность подземных вод является частным случаем проявления общего закона зональности, сущность которой состоит в том, что по мере продвижения с севера на юг наблюдается постепенное увеличение минерализации и закономерное изменение химического состава подземных вод, то есть вырисовывается смена гидрохимических зон. Первопричиной этого является изменение климатических условий. Исключение составляют подземные воды, залегающие глубже грунтовых вод, и не подчиняющиеся закону географической зональности. В данном случае огромное значение имеет динамика этих вод, определяющая зависимость гидрогеохимической зональности от гидрогеодинамической. Эта зависимость подтверждена ведущими гидрогеологами в этой области (С.Р. Крайнов, В.М. Швец). М.Е. Альтовский выразил ее следующим образом: минерализация воды по вертикали обратно пропорциональна скорости движения воды в водоносных слоях.

На севере грунтовые воды обычно отличаются очень слабой минерализацией. Здесь простирается зона гидрокарбонатных вод с повышенным содержанием кремния. В пределах Русской равнины находится зона гидрокарбонатных кальциевых вод слабой или умеренной минерализации (200–500 мг/л) при незначительном содержании сульфатов и хлоридов. Южнее следует зона грунтовых вод повышенной минерализации (500–1000 мг/л и более), совпадающая с областью неустойчивого увлажнения, которую следует рассматривать как переходную к аридной области. Эта зона соответствует южной части черноземно-степной полосы. В грунтовых водах здесь увеличивается содержание хлоридов и сульфатов, местами они становятся хлоридно-сульфатными. Еще южнее, в сухих степях, полупустынях и пустынях, находится зона высокоминерализованных сульфатно-хлоридных натриевых грунтовых вод континентального засоления. В горных районах Средней Азии, Казахстана, Сибири, Кавказа, Крыма, где обычно выпадает большое количество атмосферных осадков, развита зона гидрокарбонатных кальциевых вод умеренной или слабой минерализации.

Среди зональных грунтовых вод встречаются воды азональные, не подчиняющиеся закону зональности. Их минерализация и химический состав обусловлены либо составом горных пород, либо особенностями залегания вод. К азональным грунтовым водам относят трещинные воды карстовых областей и массивов изверженных горных пород, воды аллювиальных отложений, а также воды, связанные с рудными месторождениями. В связи с хозяйственной деятельностью человека появилась новая группа азональных вод, возникшая в районах искусственного орошения и сброса промышленных и других вод в подземные горизонты.

Вертикальная гидрохимическая зональность заключается в закономерной смене по мере углубления в недра Земли более или менее выраженных зон подземных вод, различающихся между собой по минерализации и химическому составу, а часто и по гидродинамическому режиму. Данный тип зональности характерен для артезианских бассейнов.

В гидрохимических разрезах артезианских бассейнов чаще всего наблюдается возрастание минерализации по мере приближения к кристаллическому фундаменту. Обычно различают три гидрохимические зоны, более типичные для районов с влажным климатом: верхнюю зону – пресных вод с минерализацией менее 1 г/л; среднюю – солоноватых вод с минерализацией от 1 до 10 г/л; нижнюю – соленых вод и рассолов с минерализацией свыше 10 г/л.

Состав подземных вод верхней гидрохимической зоны в случае их циркуляции в труднорастворимых породах зависит преимущественно от климатических факторов. При избыточном увлажнении преобладают воды пресные, гидрокарбонатные кальциевые. В поясе недостаточного увлажнения распространены воды разнообразной минерализации и сложного состава.

Подземные воды средней гидрохимической зоны отличаются более высокой минерализацией. Это могут быть воды слабосолоноватые с минерализацией от 1 до 3 г/л или сильносолоноватые с минерализацией от 3 до 10 г/л. Воды этой зоны содержат различные компоненты, но, как правило, преобладают сульфаты и хлориды. С данной зоной связаны наиболее ценные лечебные сероводородные и некоторые другие воды.

Воды нижней гидрохимической зоны отличаются по составу от вод предыдущих зон. По преобладающим ионам это обычно хлоридные натриевые воды с минерализацией более 10 г/л. Здесь можно выделить подзоны: соленых вод (10–35 г/л), рассолов слабых (35–150 г/л), рассолов крепких (150–320 г/л), рассолов очень крепких (свыше 320 г/л).

Данная вертикальная гидрохимическая зональность характерна для нормального гидрохимического разреза артезианских бассейнов (тип 1). Различают еще четыре типа гидрохимических разрезов, формирование которых обусловлено разнообразными специфическими условиями, нарушающими закономерное увеличение минерализации вод с глубиной: уменьшение минерализации с глубиной (тип 2), возрастание (тип 3) и падение (тип 4) минерализации в средней части разреза и, наконец, более сложное строение гидрохимического разреза (тип 5) (А.М. Никаноров, Гидрохимия, 2001).

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите физические свойства подземных вод.

2. Назовите основные ингридиенты химического состава подземных вод.

3. Какие показатели являются интегральными характеристиками общего количества вещества в водземных водах.

4. Что такое водородный показатель (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (Eh).

5. Перечислите виды и формы выражения анализа воды.

6. Формула М.Г. Курлова и формула ионного состава подземных вод.

7. Классификации подземных вод по химическому составу (В.А. Сулин, О.А. Алекин).

8. Гидрохимическая зональность подземных вод.