ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Существует несколько способов графического изображения подземных вод: диаграммы-круги, диаграммы-прямоугольники и треугольники, графики-квадраты и др.

В гидрогеологической практике наиболее часто употребляют прямоугольники солевого состава и график-квадрат Н.И. Толстихина. Кроме того, для наглядного изображения химического состава вод используются формулы.

Формула М.Г. Курдова позволяет графически показать состав воды в виде псевдодроби, в числителе которой указывают содержание анионов, в знаменателе — содержание катионов в %-эквивалентной форме в убывающем порядке. При содержании ионов менее 5%-экв их не указывают. Слева от дроби записывают минерализацию в г/дм3. Перед минерализацией пишут по убыванию содержание специфичных для данного анализа элементов, например газообразные, микрокомпоненты в мг/дм3. Справа от дроби записывают значение pH и температуру воды в °С:

(СН4)|2Вг,,(МН4)5 С|75<5О4>20<НСОз)5 . рН 53 т 27 оС

5зСа36]У^11

График-квадрат Н.И. Толстихина (рис. 3.4). При построении этого графика содержание анионов и содержание катионов в мг-экв/дм3 принято за 100%. Химический состав вод можно изображать одной точкой на графике. Квадрат делится на 100 мелких квадратов — по 10%-экв, и каждому из них присвоен номер. На верхней стороне нанесены суммарное содержание Са2+ + 1У^2+, на нижней №+ + К+, на боковых СГ + и НСО/ + СО2- и направление стрелками.

Концентрации каждой пары меняются на противоположных сторонах в обратных направлениях. Для нанесения на квадрат состава какой-либо воды достаточно знать в качестве абсциссы %-экв Са2+ + М§2+ или №++ К+ и в качестве ординаты — %-экв одной из групп анионов (см. рис. 3.1).

Сходные по составу, а часто и по генезису воды располагаются при нанесении на данный квадрат близко друг к другу, образуя соответственные группы. Например, для пресной воды на этот график наносится точка из табл. 3.1, №+ + К+= 22,2 %-экв на оси абсцисс

О

Са+ М§

10 20 30 40 50 60 70 80 90

О сл

+

и

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

40

39

38

37

36

35

34

33

32

31

50

49

48

47

46

45

44

43

42

41

60

59

58

57

56

55

54

53

52

51

70

69

68

67

66

65

64

63

62

61

80

79

78

77

76

75

74

73

72

71

90

89

88

87

86

85

84

83

82

81

100

99

98

97

96

95

94

93

92

91

  • 100
  • 80
  • 70 !
  • 60 6 и

О

  • 40 I
  • 20
  • 0
  • 90 80 70 60 50 40 30 20 10

^- N8 + К -

гг.

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Рис. 3.4. Графи к-квадрат Н.И. Тол стихи на

и по оси ординат СГ + = 4,4 %-экв, и пересечение в квадрате 3;

для соленых вод значения Са2+ + М§2+ = 18,5 %-экв/дм3’, а СГ + + = 92,8 %-экв, пересечение линий и точка окажется в квад

рате 99.

На графике-квадрате Толстихина можно одновременно размещать различные типы вод; допустим, результаты химических анализов подземных вод различных горизонтов для сопоставления и делать вполне обоснованные выводы о стратиграфическом положении вод. Очевидно, что более минерализованные воды будут иметь большие номера.

Прямоугольники солевого состава (график Роджерса) строятся для выяснения солевого состава воды и используются для изображения результатов единичного анализа.

Прямоугольник (рис. 3.5) состоит из 3 вертикальных граф (полос). В левой графе помещают катионы (%-экв), в правой — анионы. В средней полосе показывают состав и процентное содержание солей.

Катионы и анионы на графике располагаются снизу вверх в следующей последовательности: №+ + К+, 1У^2+, Са2+, СГ, БО^-, НСО3, СО2. Графы анионов и катионов можно заштриховать или раскрасить.

Прямоугольники солевого состава

Рис. 3.5. Прямоугольники солевого состава

Состоит из трех прямоугольников. В крайних прямоугольниках расположены в порядке убывания химической активности соответственно анионы и катионы. Полная высота каждого из этих прямоугольников отвечает 50%-экв. В среднем прямоугольнике показаны характеристики Пальмера. Его высота соответствует 100%-экв. График Роджерса изображает состав вод в процент-эквивалентной форме и позволяет быстро определять характеристики Ч. Пальмера.

График-круг Н.И. Толстихина также предназначен для изображения состава отдельных проб воды в процент-эквивалентах.

Минерализация воды обычно соответствует радиусу круга в определенном масштабе. Этот график удобен для нанесения на карту результатов анализа единичных проб вод. С его помощью можно изображать также состав растворенных и свободных газов (рис. 3.6).

Метод «узоров», предложенный Стиффом, заключается в том, что главные ионы (в миллиграмм-эквивалентной форме) откладываются в определенном масштабе как отрезки от одной общей оси. Концы отрезков, соединенные ломаной линией, образуют «узор» (рис. 3.7).

40 50% 60

График-круг Н.И. Толстихина

Рис. 3.6. График-круг Н.И. Толстихина

С1-

НС0Г

Го

Щ-

С02-

Рис. 3.7. Графики-узоры Стиффа

ХИМИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ПРИРОДНЫХ ВОД

Среди многочисленных классификаций природных вод по химическому составу лишь немногие получили распространение. Некоторые классификации не учитывают количественного преобладания ионов, а исходят из определенных характерных соотношений между отдельными ионами и группами ионов. В нефтегазовой гидрогеологии наиболее часто используются классификации Ч. Пальмера, О.А. Алекина и В.А. Сулина.

Отметим, что графические методы изображения состава вод широко применяются для наглядного сравнения составов различных вод и для представления их на картах и разрезах.

1. Классификация Ч. Пальмера. Для оценки нефтяных вод используют характеристики Пальмера — группы солей, образованных из ионов по правилу Фрезениуса, согласно которому ионы соединяются в порядке уменьшения химической активности. Последовательность степени активности основных ионов такова: анионы С1, БО2-, НСО3; катионы №+, 1У^2+, Са2+. Ионы ВГ, 3” располагаются

за ионом СГ, ионы Н+, Ре3+, А13+ — после иона Са2+, ион Н8~ — после НСО3, ион К+ — перед ионом №+, ион N141 — после иона Na+.

В соответствии с правилом Фрезениуса СГ соединяется с №+; при избытке СГ его остаток соединяется с М^2+, а в случае преобладания и над М^2+ — соединяется с Са2+. При избытке иона натрия его остаток соединяется с сульфат-ионом, в случае преобладания натрия и над сульфатом он соединяется с гидрокарбонатом (рис. 3.8):

СГ

302-

нсо3-

+

Мё2+

Са2+

Рис. 3.8. Правило Фрезениуса

Пальмер предложил выделять классы по соотношению сумм ионов щелочных металлов №+ + К+(я), сильных кислот + СГ + + МОз(б/) и щелочно-земельных металлов Са2+ + РУ^2+(6).

Пальмером выделено шесть солевых характеристик, из которых основное значение имеют:

  • • первая соленость 5| обусловленная солями оснований и сильных кислот, в природных водах — это хлориды натрия и сульфаты натрия;
  • • вторая соленость 52 определяемая солями щелочно-земельных металлов и сильных кислот, т.е. хлоридами и сульфатами кальция и магния. В принципе вторая соленость есть не что иное, как постоянная жесткость воды;
  • • первая щелочность Ах обусловливается солями щелочных металлов и слабых кислот, в природных водах — это №НС03. При наличии соды вода имеет щелочную реакцию. Согласно правилу Фрезениуса, наличие первой щелочности исключает возможность второй солености той же воды. При наличии 52 воду относят к жестким, при А] — к щелочным;
  • • вторая щелочность Л2 наличие солей щелочно-земельных металлов и слабых кислот (гидрокарбонаты кальция и магния), т.е. устранимая жесткость.

Помимо этих основных характеристик по Пальмеру выделяются также:

  • • третья соленость 53, которая получается при комбинировании сильных кислот с ионами трехвалентных металлов и обусловливается хлоридами и сульфатами железа, алюминия, свободными соляной и серной кислотами; наличие третьей солености определяет кислотные свойства воды;
  • • третья щелочность А3 соединения слабых кислот с трехвалентными катионами.

Однако соли, их представляющие, редко встречаются в природных водах.

Характеристики Пальмера вычисляются в процент-эквива-лентной форме:

при (гСГ + гБО^-) > г№+:

  • 5, = 2г№+; А, = 0;
  • 52 = 2[(гСГ + г804~)-гНа+] (7);

Л2 = 2[(г№+ + гСа2+ + гМв2+) - (гСГ - г8042")] = 2гНС03“; при (гСГ+ гБО^-) < №+:

^ = 2(гСГ + гБО^-); А, = 2[rNa+ - (гС1 - г8042-)];

^2 = 0;

А2 = 2[(г№+ + гСа2+ + тМё*+) - (гС1 - г8042~).

В зависимости от сочетания перечисленных групп ионов, по Пальмеру, выделяяются пять классов вод:

  • • класс 1: с] <а, тогда вода характеризуется присутствием S],A],A2; 52 = 0, это мягкие щелочные воды, связанные с кристаллическими породами и нефтяными месторождениями в осадочных породах;
  • • класс 2: с! = а, т.е. вода характеризуется наличием и А2, А, и ^ = 0; это промежуточный тип воды;
  • • класс 3: с!> а, т.е. вода характеризуется 5,, 52, А2,А=0 — это воды с постоянной жесткостью, чаще всего связанные с осадочными породами;
  • • класс 4: с/ = а + Ь, т.е. вода характеризуется 5| и 52; А1 и А2 = 0; это воды, близкие по составу к морской воде, или грунтовые воды засушливых районов;
  • • класс 5: с1> а + Ь, т.е. вода характеризуется присутствием 5, и Я2, А1 и А2 = 0; это кислые воды рудных месторождений с повышенной концентрацией водородных ионов и присутствием трехвалентных металлов.

Характеристики Пальмера легко вычисляются с помощью графических изображений (график Роджерса).

2. Классификация О.А. Алекина применяется в основном для природных вод с минерализацией до 35 г/дм3 и основана на принципе подразделения подземных вод по преобладающим ионам и соотношению между ними. По преобладающему аниону воды делятся на три класса — гидрокарбонатный, сульфатный, хлоридный. Каждый класс по преобладающему катиону делится на три группы — кальциевые, магниевые и натриевые воды. Наконец, каждая группа подразделяется на 4 типа по соотношению между ионами (рис. 3.9). В основу положены шесть главных ионов (в мг-экв), находящихся в растворе природных вод.

Схема природной классификации вод О.А. Алекина

Рис. 3.9. Схема природной классификации вод О.А. Алекина

Первый тип характеризуется соотношением гНСО^ > (гСа2+ + + гМ^2+). Воды первого типа чаще всего маломинерализованные; образуются при взаимодействии с изверженными породами кислого состава, содержащими значительные количества №+ и К+; в результате в воде появляются ионы №+ и НСО3. Натрий может попадать в воды также при ионном обмене Са2+ и 1У^2+ на №+ поглощенного комплекса пород.

Второй тип характеризуется соотношением гНСОз < (гСа2+ + + гМе2+) « (гНС03 + гБО^ ). Воды этого типа чаще всего генетически связаны с осадочными породами и продуктами выветривания.

Третий тип характеризуется соотношением (гНСО^ + г80|_) < < (гСа2+ + гМ^2+) или гСГ > г№+. Это смешанные или метаморфизо-ванные воды. К ним относятся рассолы глубоких частей артезианских бассейнов и воды Мирового океана.

Четвертый тип характеризуется соотношением НС03 = 0, т.е. гидрокарбонат-ион в водах отсутствует. Чаще всего это кислые воды рудных месторождений. Данный тип входит только в классы сульфатных и хлоридных вод.

3. По классификации В.Л. Супина, природные воды подразделяются на четыре типа, которые имеют характерные соотношения между главными ионами (табл. 3.3). По преобладанию анионов и катионов типы вод подразделяются соответственно на группы и подгруппы. Типы вод выделяются по трем генетическим коэффициентам, которые Сулин назвал генетическими, так как они характерны для вод той или иной природной обстановки.

Сульфатно-натриевый и гидрокарбонатно-натриевый типы вод формируются в континентальной обстановке, хлоридно-магни-евый — в морской, хлоридно-кальциевый — в глубинной.

Классификация вод по Сулину

Таблица 3.3

Тип вод

Генетические коэффициенты

Обстановка

формирования

г!Ча

г!Ча - гС1

гС1 - г!Ча

гС1

г804

гМ§

Сульфатно-натриевый

более 1

менее 1

0

Континентальная

Гидрокарбонатно

натриевый

более 1

более 1

0

Континентальная

Хлоридно-магниевый

менее 1

0

менее 1

Морская

Хлоридно-кальциевый

менее 1

0

более 1

Глубинная

Примечание: наличие перед химическим символом иона буквы г, означает что содержание данного элемента выражается в эквивалентной форме.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >