Для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения наиболее пригодна пресная вода.
Пресные воды обычно приурочены к промытым и проточным водоносным горизонтам, залегающим в раскрытых геологических структурах (Н. К. Игнатович, 1944). Это обусловливает общие закономерности формирования химического состава подземных вод:
- географическую горизонтальную зональность в распределении грунтовых вод различного химического состава;
- вертикальную зольность в химическом составе артезианских вод, проявляющуюся в том, что минерализация артезианских вод, как правило, увеличивается и изменяется от верхних водоносных горизонтов к нижним;
- повышение минерализации воды в водоносном горизонте по мере увеличения глубины его залегания, т. е. по направлению его падения;
- повышение минерализации воды в водоносном горизонте при уменьшении водопроницаемости водоносных пород, а также при увеличении в нем количества водоупорных пород (глин и др.).
Изменение химического состава подземных вод, обусловленное общими закономерностями, осложняется еще местными гидрогеологическими условиями. Часто в одном и том же водоносном горизонте наряду с пресными водами отмечаются более минерализованные воды или, наоборот, среди минерализованных вод встречаются участки пресных вод.
Так, в Московском артезианском бассейне в одном и том же водоносном горизонте каменноугольных отложений отмечается некоторое опреснение воды на участках, в которых при прочих равных условиях уменьшается мощность покрывающих пород (А. С. Белицкий, 1958, 1964). Как указывает У. М. Ахмедсафин (1961), там, где в подошве меловых водоносных горизонтов в Тобол-Убаганском артезианском бассейне в Казахстане выклиниваются водоупорные слои, минерализация вод меловых отложении увеличивается вследствие притока, минерализованных вод из нижележащих водоносных горизонтов, то же наблюдается в Мугоджарах в зонах тектонических разломов. Некоторое увеличение минерализации грунтовых вод часто связано с появлением в зоне аэрации глинистых прослоев.
Иногда местные гидрогеологические условия оказывают настолько большое влияние, что они подавляют общие закономерности формирования химического состава подземных вод.
Химический состав подземных вод в основном обусловлен климатическими условиями района; химическим составом поверхностных вод; рельефом местности; составом пород, слагающих водоносный горизонт, и пород, подстилающих и покрывающих его; условиями питания, движения и дренирования водоносного горизонта; характером и степенью взаимосвязи водоносных горизонтов; санитарными условиями района, окружающего месторасположение скважины.
Влияние перечисленных факторов на химический состав подземных вод в разных условиях неодинаково. Химический состав грунтовых вод зависит от современных климатических условий, которые для артезианских вод не играют такой решающей роли.
Поверхностные воды могут изменять состав вод аллювиальных отложений, но не имеют значения для формирования состава грунтовых вод высоких междуречных пространств.
Рельеф поверхности земли оказывает большое влияние на химический состав подземных вод, особенно в зоне интенсивного водообмена, к которой в основном приурочены пресные воды. Рельеф земной поверхности определяет положение областей питания и районов дренирования подземных вод. Часто в районах дренирования наблюдается значительное повышение минерализации артезианских вод по сравнению с областями питания (например, в Самарской Луке и между Московским морем и Угличским водохранилищем на Волге или в долине среднего течения Камы, или, как указывает С. А. Шагоянц (1959), в краевой части Терско-Кумского артезианского бассейна, приуроченной к пониженному прибрежью Каспийского моря).
В жарких и сухих областях среднеазиатских республик в пределах возвышенностей, где уровень грунтовых вод находится на значительной глубине, эти воды более пресные, чем в пониженных формах рельефа с близким залеганием водного зеркала, с которого происходит усиленное испарение.
Состав водовмещающих пород тоже оказывает большое влияние на характер и степень минерализации подземных вод. Это влияние особенно сильно проявляется, когда сами породы или минеральные включения в них легко растворимы — например каменная и калийные соли, гипс, ангидрид, сульфиды и т. д.
В загипсованных слоях верхнего девона центральной части Русской платформы воды насыщены сульфатами; в Урало-Эмбенской области в местах развития соляных куполов подземные воды обогащены хлоридами натрия, а при наличии в породах вкрапленного пирита воды имеют сульфатный состав. Однако не всегда химический состав подземных вод отражает химический состав водовмещающих пород. Часто в незаселенных и незагипсованных известняках, песчаниках и даже в кристаллических породах встречаются сильно минерализованные хлоридные или сульфатные воды. Это обусловлено тем, что на химический состав подземных вод, кроме состава водовмещающих пород, влияют и Другие факторы — степень водообмена, характер движения и взаимосвязи вод различных водоносных горизонтов и др.
Условия питания движения и дренирования подземных вод, а также характер и степень взаимосвязи водоносных горизонтов друг с другом являются очень важными факторами, от которых зависит химический состав подземных вод. Например, в каменноугольных отложениях (рис. 7) известно несколько водоносных горизонтов, приуроченных к известнякам. Сопоставление минерализации воды в этих водоносных горизонтах показывает, что воды нижнего водоносного горизонта более минерализованы, чем воды водоносного горизонта, залегающего ближе к поверхности земли. В районе ст. Куровской сухой остаток воды из верхнегжельского водоносного горизонта составляет 246 мг/л, из нижнегжельского — 377 мг/л, а из мячковско-подольского — 1645 и даже 3114 мг/л. На территории г. Коломны сухие остатки вод мячковско-подольского и каширского водоносных горизонтов среднего карбона и водоносного горизонта нижнего карбона соответственно возрастают с 450 до 1455 мг/л.
Чем глубже залегает водоносный горизонт, тем более затруднены условия его питания и дренирования, а следовательно, водообмен в нем происходит слабее, чем в водоносном горизонте, лежащем ближе к поверхности земли. Слабый водообмен, сохраняющийся в течение длительного геологического времени, обусловливает и меньшую промытость пород горизонта.
На рис. 7 также видно, что минерализация воды мячковско-подольского водоносного горизонта непостоянна на различных участках. По направлению движения подземных вод на юг к рекам Москве и Оке, являющимся основными дренами, количество сухого остатка в них уменьшается. Вода опресняется вследствие уменьшения глубины залегания водоносного горизонта и сокращения мощности покрывающих его пород, поэтому облегчаются условия местного питания водоносного горизонта и увеличивается его водообмен.
В г. Коломне сухой остаток воды мячковско-подольского водоносного горизонта опять увеличивается до 450 мг/л. Это связано с тем, что территория города находится в пониженной местности при впадении р. Москвы в р. Оку, где происходит дренирование более минерализованных вод каширского водоносного горизонта и водоносного горизонта нижнего карбона.
Иногда минерализация вод уменьшается по направлению движения подземного потока вследствие разбавления их более пресными подземными водами. Например, в понтическом и надпонтическом водоносных горизонтах неогена в Азово-Кубанском артезианском бассейне воды движутся с юго-востока на северо-запад в сторону Азовского моря; на пути этого основного подземного потока его воды разбавляются пресными водами, стекающими с южных отрогов северного склона Кавказа (Л. И. Романика, В. И. Клименко, 1964).
Однако, когда подземные воды не опресняются вследствие облегчения местного питания или их разбавления, минерализация этих вод возрастает от областей питания водоносного горизонта к районам его дренирования.
Санитарные условия имеют большое значение при формировании состава подземных вод в тех районах, где имеются крупные источники загрязнения.
Учитывая отмеченные закономерности формирования химического состава подземных вод при рассмотрении общих и местных гидрогеологических условий, можно более правильно подойти к выбору водоносного горизонта и участка для заложения разведочно-эксплуатационной скважины.
Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство "Недра", 1968