Файл: Сыдыков, Ж. С. Гидрохимические классификации и графики.pdf

отличается от нее расположением ионных треугольников относительно солевого квадрата, который не имеет своего самостоятельного значения. Лишь внутри него в зависимо­ сти от соотношения содержания анионов и катионов рас­ пределяются соли, каждая из которых занимает строго определенное положение в квадрате.

Рис. 36. Комбинированные графики химического состава подземных вод по методу Р. А. Хилла (А), А. М. Пайпера (£) и трехлинейная диаграм­ ма А. М. Пайпера (В).

120

коллоидного (или газового) состава. Один из таких вариан­ тов нами показан на рисунке 37.

Векторные диаграммы О. С. Джикии и Л. А. Шиманов­ ского, построенные на базе графика-квадрата Н. И. Толстихина, предложены этими авторами независимо друг от друга в 1963 г.

Nq

100

ке Н. И. Толстихина изображать вектором (рис. 38, А), ниж­ няя точка которого строится по координатам о (соответству­ ет Са) и d (НСОз')» а верхняя — по координатам с (Na7) и / (С17). Вектор, соединяющий эти две точки и представляющий собой гипотенузу прямоугольного треугольника, определяет координаты в (Mg".) и е (SO477). Здесь на абсциссе повышают­ ся (от О до 100 % -же) кальций (слева направо), натрий (спра­ ва налево) и магний (в обе стороны), дополняя до 100%-экв

суммы Са" и Na‘. На ординате также повышаются гидрокарбонат(снизу вверх), хлор (сверху вниз) и сульфат (в обе сто­ роны), дополняя до 100%-экв сумму НСОз7 и С17.

На графике-квадрате упорядоченно располагаются 9 ги­ потетических солей (рис. 38, Б), скомбинированных из шести главных ионов. Верхние и нижние вершины и стороны квад­ рата, а также его вертикальные стороны и диагональ зани­ мают соответственно гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты натрия, кальция и магния. Левые и правые вершины и

121

стороны квадрата, а также горизонтальные стороны и диаго­ наль — соответственно натриевые, кальциевые и магниевые соли хлора, гидрокарбоната и сульфата.

Н а в е к т о р н о й д и а г р а м м е Л. А. Ш и м а ­ н о в с к о г о (рис. 38, В), предложенной также для изобра­ жения шестикомпонентного состава подземных вод, конеч­ ные точки вектора определяются координатами иных, чем у О. С. Джикии, ионов: СГ и Na‘ (вместо НС037 и Na у О. С. Джикии), НСОз и Са (вместо С1' и Са). Прямая (вектор),

Рис. 38. Векторные диаграммы химического состава подземных вод: А — по О. С. Джикии; Б — располо­ жение гипотетических солей на диаграмме О. С. Джи­ кии ; В — по Л. А. Шимановскому.

Треугольные векторные диаграммы. Изображение анион­ ного и катионного состава вод на разных треугольниках ввиду разобщенности данных затрудняет сопоставление анализов. Та же разобщенность показаний по анионам и катионам в известной мере присуща и комбинированным диаграммам, рассмотренным выше; лишь в квадратах в какой-то мере учитывается солевой состав вод в целом. Но при большом числе наносимых на график анализов и здесь крайне затруднительно найти первоначальное положение ионов каждого анализа. В этом отношении определенное преимущество имеет совмещенное изображение анионов и катионов на одном треугольнике. Такой принцип построения

анионного и катионного состава, наложенные друг на друга. В вершинах треугольника будут находиться «чистые» соли NaCl, Са(НСОз)г и MgSC>4, а по сторонам треугольника — смеси гипотетических солей: 1— Na2SC>4 и MgCU, 2 — Na(HC03) и СаСЬ, 3 — CaSC>4 и Mg(HC03)2. На самом треу-

122

гольнике химический состав воды изображается прямой линией (вектором), соединяющей две точки: для катионного состава (к) и для анионного (а). Направленность вектора (от к к а) показывает состав гипотетической соли (в данном примере ИаНСОз), а его длина — количество этой соли 56% -же). Кстати, понятие гипотетических солей, предлага­ емое авторами, особенно для слабоминерализованных вод, является устаревшим и вряд ли необходимо для данной диаграммы. Но предлагаемый способ изображения анализа заслуживает одобрения.

Рис. 39. Совмещенные треугольные (векторные) диаграммы хими­ ческого состава подземных вод, по Н. В. Роговской и А. Т. Моро­ зову (А) и И. В. Губенко (Б).

Совмещенная треугольная диаграмма И. В. Губенко (рис. 39, Б) по своему содержанию аналогична описанной. По мнению этого автора, такой принцип изображения ре­ зультатов анализа позволяет наблюдать за изменением ионного состава воды в целом и видеть на диаграмме каж­ дый анализ отдельно даже при большом их числе.

Графики, отражающие химический, газовый состав и физические свойства подземных вод

Графиков этой группы мало, но по сравнению с описан­ ными они более совершенны и многокомпонентны. К ним можно отнести классификационные диаграммы А. М. Овчин­ никова (1954, 1955), В. В. Иванова и Г. А. Невраева (1964), А. Н. Павлова и В. И. Шемякина (1967).

Классификационная диаграмма А. М. Овчинникова

(1954, 1955) разработана в качестве графической основы его «гидрогеохимической системы природных вод». На гра­ фике впервые сделана попытка отобразить генетическую связь между растворенными твердыми веществами (ионами) и газами, формирующимися в трех различных природных обстановках: окислительной, восстановительной и метамор­ фической.

123

Диаграмма представляет собой три больших смежных квадрата, каждый из которых делится на четыре меньших квадрата. По оси абсцисс больших квадратов в процент-экви­ валентах откладываются справа налево содержание N a+K ,

С помощью вспомогательной диагонали в малых квадра­ тах в каждой природной обстановке выделяются по восемь

восстановительной и 1м—VIIIM— для метаморфической.

К недостаткам диаграммы, как и к самой классифика­ ции, относятся некоторая условность отнесения вод к выде­ ленным обстановкам и условность суммирования генети­ чески разной группы ионов (Са" и Mg", НСОз' и SO4").

124

График-таблица В. В. Иванова и Г. А. Невраева (1964)

составлена для отображения не только химического состава, но и бальнеологических свойств подземных минеральных вод. Поэтому число выделяемых на ней разновидностей вод превышает 1000, хотя в настоящее время не все они извест­

вод, т. е. классы (по преобладающим анионам), подклассы (по преобладающем катионам) и минерализация (в граммах на литр), наносятся по оси абсцисс. По оси же ординат на­ носятся: 1) бальнеологические группы вод: а) без «специ­ фических» компонентов и свойств, б) углекислые, в) суль­ фидные, г) железистые, мышьяковистые и с высоким содер­ жанием тяжелых металлов, д) бромные, йодные и с высоким содержанием органических веществ, е) радоновые, ж) кремнистые термальные; 2) подгруппа вод по газовому составу (в пределах каждой группы): а) азотные, б) метано­ вые, в) углекислые. В квадратах, образуемых в результате пересечения вертикальных и горизонтальных линий, парал­ лельных осям абсцисс и ординат, выделяются разнообраз­ ные типы минеральных вод, обладающих определенным комплексом признаков. Внутри графика дополнительными знаками отмечаются воды по температуре, величине pH и содержанию сероводорода, мышьяка и железа.

Классификационная диаграмма А . Н. Павлова и В. Н. Шемякина (1967) сочетает ионный состав подземных вод с их окислительно-восстановительными и кислотно-ос­ новными свойствами. На ней показаны верхняя и нижняя границы (наклонные линии 1 и 4) устойчивости вод в зави­ симости от Eh и pH, границы между водами с окислитель­ ными, переходным к окислительным и восстановительными (линии 2 и 3) составами вод (см. рис. 8). Вертикальные ли­ нии (5—9) соответствуют положениям диссоциации некото­ рых равновесий для вод с pH от 4,1 до 10,3. Этими линиями диаграмма делится на 19 полей, которые характеризуют группы по окислительно-восстановительным (окислительные убывают книзу) и кислотно-основным (убывают слева напра­ во) свойствам.

Гидрохимические номограммы

В гидрогеохимии на основании установления строгой математической зависимости между отдельными параметра­ ми химического состава подземных вод предложен ряд

125

графических приемов нахождения одних параметров по величине других известных — методы номограмм. В настоя­ щее время существует несколько таких номограмм, но рас­ сматриваются нами лишь некоторые из них.

сномограмме-

Рис. 41. Номограмма для вычисления pH воды.

Номограмма для вычисления pH воды. Концентрация водородных ионов (pH) главным образом зависит от хими­ ческого состава, общей минерализации и температуры воды, но в подавляющем большинстве случаев — от соотношения различных форм содержащейся в воде углекислоты — сво­ бодной и связанной. Она может быть вычислена аналити­ чески и при помощи математических формул, но наиболее удобным является использование специальной номограммы (рис. 41), при составлении которой первая константа диссо­ циации угольной кислоты принята равной 3-10-7.

Одновременно следует указать, что различные формы углекислоты (свободная, связанная и др.) находятся между

i2 6