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 Сl, SO42-, НСO3-; катионы Na+, Mg2+, Са2+. Ионы Вг-, J- располагаются за ионом Сl -, ионы Н+, Fe3+, Аl3+ — после иона Са2+, ион HS- — после НСO3-, ион К+ — перед ионом Na+, ион NH4+ — после иона Na+.
В соответствии с правилом Фрезениуса Сl - соединяется с Na+; при избытке Сl - его остаток соединяется с Mg2+, а в случае преобладания и над Mg2+ — соединяется с Са2+. При избытке иона натрия его остаток соединяется с сульфат-ионом, в случае преобладания натрия и над сульфатом он соединяется с гидрокарбонатом (рисунок ниже):
Правило Фрезениуса
Пальмер предложил выделять классы по соотношению сумм ионов щелочных металлов Na+ + К+(а), сильных кислот SO42- + Сl - + NO3-(d) и щелочно-земельных металлов Са2+ + Mg2+(b).
Пальмером выделено шесть солевых характеристик, из которых основное значение имеют:
- первая соленость S1 обусловленная солями оснований и сильных кислот, в природных водах — это хлориды натрия и сульфаты натрия;
- вторая соленость S2 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 А1 обусловливается солями щелочных металлов и слабых кислот, в природных водах — это NaHC03. При наличии соды вода имеет щелочную реакцию. Согласно правилу Фрезениуса, наличие первой щелочности исключает возможность второй солености той же воды. При наличии S2 воду относят к жестким, при А1 — к щелочным;
- вторая щелочность А2 — 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 S3. 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.
В зависимости от сочетания перечисленных групп ионов, по Пальмеру, выделяяются пять классов вод:
- класс 1:d<a, тогда вода характеризуется присутствием S1, A1, A2; S2 = 0, это мягкие щелочные воды, связанные с кристаллическими породами и нефтяными месторождениями в осадочных породах;
- класс 2: d = а, т.е. вода характеризуется наличием S1 и А2, A1 и S2 = 0; это промежуточный тип воды;
- класс y.d>a, т.е. вода характеризуется S1, S2, A2, A1= 0 — это воды с постоянной жесткостью, чаще всего связанные с осадочными породами;
- класс 4: d = а + Ь, т.е. вода характеризуется S1 и S2: А1 и А2 = 0; это воды, близкие по составу к морской воде, или грунтовые воды засушливых районов;
- класс 5: d > а + Ь, т.е. вода характеризуется присутствием S1 и S2, 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. Ачекина 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 (рисунок ниже). В основу положены шесть главных ионов (в мг экв), находящихся в растворе природных вод.
Схема природной классификации вод О.А. Алекина
3. По классификации В.А. Сулина, природные воды подразделяются на четыре типа, которые имеют характерные соотношения между главными ионами (таблица ниже). 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-магниевый — в морской, хлоридно-кальциевый — в глубинной.
Классификация вод по Сулину
|
|
Генетические коэффициенты |
Обстановка формирования |
||
|
Тип вод |
rNa/rCl |
(rNa - гСl) / rS04 |
(rC l- rNa) / rMg |
|
|
Сульфатно-натриевый |
более 1 |
менее 1 |
0 |
Континентальная |
|
Гидро карбонатнонатриевый |
более 1 |
более 1 |
0 |
Континентальная |
|
Хлоридно- магниевый |
менее 1 |
0 |
менее 1 |
Морская |
|
Хлоридно-кальциевый |
менее 1 |
0 |
более 1 |
Глубинная |