Ответы на вопросы по гидрогеологии к ИГА

1. Химический, газовый, бактериальный составы подземных вод. Формула Курлова м.Г.

Химический состав подземных вод.

Подземные воды - сложные природные растворы, содержащие в своём составе многие химические элементы в виде простых и сложных ионов, комплексных соединений, растворенных или газообразных молекул. Из 87 стабильных химических элементов, известных в земной коре, более 70 обнаружено в подземных водах. В подземной воде имеются сложные органические соединения, многие живые и мертвые микроорганизмы (бактерии), механические и коллоидные вещества разного состава. Различное соотношение всех этих соединений обусловливает большое разнообразие подземных вод.

Неорганические минеральные вещества. Минеральные компоненты, растворенные в подземных водах, в зависимости от их концентрации подразделяются на макро-, микро-, ультракомпоненты и радиоактивные.

К числу макрокомпонентов или главных ионов, содержащихся в подземных водах, относят Сl, , НСО , Na⁺, К⁺, Мg²⁺, Са²⁺. Эти ионы составляют обычно свыше 90-95% всех растворенных солей и определяют химический тип воды.

Микрокомпоненты содержатся в водах в гораздо меньших количествах и характеризуют специфический состав воды. К их числу относят Fе, А1, Вг, J, F, В, Li, Rb, Ва, Аs, Мо, Сu, Со, Ni и др.

Ультрамикрокомпоненты содержатся в водах в очень малых количествах (<10^-2 мг/л). К ним относят Аu, Вi, Те, Сd, Sе и др.

Из радиоактивных элементов можно отметить U, Тh, Ra, Rn.

Газовый состав подземных вод

В подземных водах газы находятся свободном и растворенном состояниях. Содержание растворенного газа в воде зависит от коэффициента его растворимости, температуры, давления и минерализации воды.

Основными газами подземных вод являются кислород О₂, азот N₂, диоксид углерода СО₂, сероводород Н₂S, водород Н₂, метан СН₄ и тяжелые углеводороды (Т.У.) Подземные воды содержат также целый ряд инертных газов — Не, Nе, Ar и др.

Газы по происхождению делятся на следующие группы: I) воздушные (К₂, О₂, СО₂, Не, Ar), проникающие в горные породы из атмосферы; 2) биохимические (СН₄, СО₂, Н₂, Н₂ S, Н₂, О₂, Т.У.), образующиеся при разложении микроорганизмами органических и минеральных веществ; 3) химические (СО₂, Н₂S Н₂, СН₄, СО, М₂, НСl, НF, SО₂, Сl, NH₃), образующиеся при взаимодействии воды и породы при нормальных и высоких давлениях и температуре; 4) радиоактивные и ядерных реакций (Не, Rn и др.).

Органические вещества.

Источниками поступления органических веществ в подземные воды являются атмосферные осадки и поверхностные воды суши, почвы и почвенные растворы, илы и иловые воды, горные породы, скопления органического вещества в виде залежей нефти, торфа.

Количественная характеристика органического вещества подземных вод выражается величиной органического углерода (С_орг) или кислорода (О) различных видов окисляемости — перманганатной, бихроматной, иодатной и др. Наиболее обогащены органическим веществом воды нефтегазовых, а именно газоконденсатных месторождений.

Качественный состав органических веществ подземных вод чрезвычайно сложен. В них содержатся представители всех основных групп и классов органических соединений, азотсодержащие вещества, фосфорсодержащие, нафтеновые и жирные кислоты, фенолы, бензол, толуол, аминокислоты, амины и битум.

Органические вещества, растворённые в подземных водах, имеют большое значение в формировании химического состава подземных вод, миграции и концентрации в них химических элементов, определена бальнеологическая их роль в минеральных и питьевых водах. Содержание и состав разнообразных органических соединений в воде необходимо знать при решении вопросов охраны подземных вод от загрязнения.

Бактериальный состав воды.

Микрофлора подземных вод представлена различными бактериями. Число бактерий составляет десятки и сотни тысяч клеток в 1 мл воды. Распространены бактерии в подземных водах до глубин 4 - 5 км от поверхности земли, так как в этой зоне температуры, обычно не превышают 100º С. Бактериальный состав воды устанавливается для оценки ее санитарного состояния и изучения процессов преобразования химического и газового состава воды. Некоторые гнилостные бактерии разлагают органические белковые вещества и очищают воду. Жизнедеятельность других бактерий приводит к образованию газов биохимического происхождения.

Формула М. Г. Курлова. Химический состав воды очень часто изображают в виде формулы, которая предложена М. Г. Курловым. Это псевдодробь, в числителе которой в убывающем порядке (в мг-экв %), расположены анионы, а в знаменателе — в таком же порядке катионы. Ионы, содержание которых не превышает 1 мг-экв %, в формулу не включают. Слева перед дробью указывают (в мг/л) количество газов и активных элементов и минерализацию воды М (в г/л с точностью до первого десятичного знака). Справа после дроби записывают температуру воды (°С), реакцию воды рН, дебит скважины или расход источника (м³/сут).

В настоящее время в формулу Курлова М. Г. внесены некоторые изменения, которые дают возможность более четко представить условия формирования химического состава воды: в нее включают все анионы и катионы, содержание которых превышает 1 мг-экв %, а ионы, содержание которых не превышает 10 мг-экв %, можно считать второстепенными и отделять их скобками от главных (Е.В. Посохов, 1975). С учетом вышеуказанных изменений формула М.Г. Курлова имеет следующий вид:

В наименование состава воды включаются анионы и катионы, содержание которых составляет 10 мг-экв %, и более. Рекомендуется первыми ставить анионы и катионы, находящиеся в меньшем количестве. Вода, состав которой выше изображен в виде формулы, называется так: сероводородная йодистая сульфатно-хлоридная, кальциевая, натриевая