2.Химический состав подземных вод.

Состав подземных вод зависит от их происхождения, а также от степени и характера водообмена и взаимодействия с горными породами по которым они протекают. В процессе движения подземных вод происходят выщелачивание горных пород или включений в них и обогащение вод минеральными солями. Общую минерализацию подземных вод составляет сумма растворенных в них веществ. Она обычно выражается в г/л или мг/л. В глубинных водах (в погруженных частях структур) в условиях затрудненного водообмена происходят наибольшая концентрация растворенных веществ и значительное увеличение общей минерализации. К настоящему времени опубликовано много классификаций подземных вод по их минерализации и химическому составу. В классификации В. И. Вернадского, О. А. Алексина, А.М.Овчинникова и других выделяются четыре группы подземных вод:

-     пресные - с общей минерализацией до 1 г/л;

-     солоноватые - от 1 до 10 г/л;

-     соленые - от 10 до 50 г/л;

-     рассолы - свыше 50 г/л.

В классификации М. С. Гуревича и Н. И. Толстихина приводится более дробное разделение указанных групп исходя из учета потребностей и использования подземных вод для решения различных задач.

Отнесение к пресным водам обусловлено нормами ГОСТа. Слабосолоноватые воды могут использоваться для нецентрализованного водоснабжения, орошения; соленые - для оценки минеральных (лечебных) вод. Выделение подгрупп рассолов необходимо для правильной оценки термальных, промышленных подземных вод и вод нефтяных месторождений.

Основной химический состав подземных вод определяется содержанием наиболее распространенных трех анионов - НСО^3-, S0₄^2-, Сl^- и трех катионов - Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод - щелочность, соленость и жесткость. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод - щелочность, соленость и жесткость. По анионам выделяют три типа воды: 1) гидрокарбонатные; 2) сульфатные; 3) хлоридные и ряд промежуточных - гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные и более сложного состава. По соотношению c катионами они могут быть кальциевыми или магниевыми, или натриевыми, или смешанными кальциево-магниевыми, кальциево-магниево-натриевыми и др. При характеристике гидрохимических типов на первое место ставится преобладающий анион. Так, например, пресные воды в большинстве случаев гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, а солоноватые - могут быть сульфатно-кальциево-магниевыми.

В артезианских бассейнах наблюдается определенная вертикальная гидрогеохимическая зональность, связанная с различными гидродинамическими особенностями:

верхняя зона - интенсивного водообмена,

средняя - замедленного водообмена,

самая нижняя (наиболее глубокая) - весьма замедленного водообмена.

Впервые на гидрогеохимическую зональность и увеличение минерализации подземных вод, и снижение их подвижности с глубиной указал В. И. Вернадский. По Е. В. Посохову (1975), верхняя часть артезианских бассейнов платформ имеет относительно небольшую мощность. Так, например, в Московском артезианском бассейне пресные воды встречаются до глубин 200-300 м, в Днепровско-Донецком - до 500 м. Ниже располагается относительно маломощная гидрогеохимическая зона солоноватых и слабосоленых вод многокомпонентного состава, в которых большая роль принадлежит иону SO₄^2-. Примером тому являются сульфатные кальциево-натриевые воды с минерализацией до 4,5 г/л, вскрытые буровыми скважинами в девонских отложениях Московского артезианского бассейна (на глубинах 400-600 м) и используемые в качестве лечебной "Московской минеральной воды". В более глубокой третьей гидрогеохимической зоне преобладают хлоридные воды с минерализацией 250-350 г/л и более (в Ангаро-Ленском бассейне около 600 г/л).

По мере значительного увеличения минерализации с глубиной в хлоридно-натриевых рассолах наблюдается рост содержания иона Са²⁺ и в наиболее погруженных частях бассейна встречаются хлоридно-кальциевые или хлоридно-кальциево-магниево-натриевые рассолы, что имеет большое значение для нефтяной гидрогеологии. В глубоких водоносных горизонтах с высокой минерализацией, помимо основных анионов и катионов, нередко содержатся йод, бром, бор, стронций, литий, радиоактивные элементы. Особенно большое количество йода, брома и бора встречается в хлоридно-кальциевых водах нефтяных и газовых месторождений, где они местами извлекаются в промышленных количествах.

Указанная гидрогеохимическая зональность характерна для ряда артезианских бассейнов. Вместе с тем в некоторых бассейнах (Западно-Сибирском, Брестском и др.) сульфатная зона отсутствует, и пресные гидрокарбонатные воды верхней зоны постепенно сменяются хлоридными. По-видимому, та или иная гидрогеохимическая зональность артезианских бассейнов определяется рядом природных факторов: историей развития геологической структуры; условиями водообмена; составом и степенью растворимости водоносных горных пород; соотношением давления и температуры; газовыми компонентами. Именно взаимодействие различных природных факторов и определяет изменение минерализации и состава подземных вод в артезианских бассейнах.

Отмечается также широтная зональность грунтовых вод, связанная с изменениями климатических условий и степени расчлененности рельефа при движении с севера на юг. Г.Н. Каменский, исходя из указанных факторов и особенностей формирования грунтовых вод и их химического состава, выделил на территории бывшего СССР две зоны:

1. Зона вод выщелачивания (и выноса солей), приуроченная к гумидным областям (областям избыточного увлажнения) с невысокими положительными среднегодовыми температурами. Грунтовые воды выщелачивания формируются в условиях преобладания подземного стока над испарением. По мере движения с севера на юг изменяются глубина залегания грунтовых вод и их минерализация от очень пресных (больше 0,2 г/л) к пресным (до 1 г/л) и солоноватым (больше 1 г/л) в более южных районах.

2. Зона вод континентального засоления, приуроченная к аридным (засушливым) областям (сухие степи, полупустыни и пустыни), где выпадает малое количество атмосферных осадков, сравнительно высокие температуры и испаряемость. Следовательно, в этой зоне низка величина инфильтрационного питания грунтовых вод по сравнению с высокой испаряемостью, что определяет и низкую величину подземного стока. В этой зоне развиты преимущественно солоноватые и соленые воды, доходящие местами до рассолов.

Аналогичная классификация приводится И.К. Зайцевым и М.П. Распоповым, где, помимо широтной зональности грунтовых вод в пределах равнинных территорий, отмечается высотная зональность воды горных областей.

Ниже хочу привести характеристику химического состава подземных вод Северо-Двинского артезианского бассейна.

Северо-Двинский артезианский бассейн. В артезианский бассейн территориально практически полностью входят Архангельская и Вологодская области и незначительными площадями Республика Коми и Ненецкий автономный округ. Артезианский бассейн выполнен мощной толщей осадочных отложений палеозоя, а в восточной части и мезозоя,  повсеместно перекрытых маломощными четвертичными образованиями. Вся осадочная толща бассейна сложена фациально-изменчивыми переслаивающимися, невыдержанными по простиранию и глубине отложениями и представляет собой единую гидравлическую систему, в которой отсутствуют регионально выдержанные водоупоры. Геоструктурной особенностью бассейна является моноклинальное залегание осадочных отложений в восточном и юго-восточном направлении, осложненное в центральной части бассейна складчатостью платформенного типа.

    Для артезианского бассейна характерна вертикальная и горизонтальная гидрохимическая зональность (как и в других регионах Русской платформы).

Неглубокое залегание соленых вод в Северо-Двинском артезианском бассейне связывается с тем, что данная территория является открытыми воротами для подземного стока из водоносных горизонтов осадочной толщи Русской платформы в Белое море. Это подтверждает и наличие большого числа восходящих источников минерализованных вод по долинам рек, особенно вблизи побережья Белого моря, а также наличие соленых вод в верхних слоях нижнекембрийских отложений, выходящих на поверхность в пределах Онежского полуострова.

В Северо-Двинском артезианском бассейне большое развитие имеют минеральные воды со специфическими компоентами:

Железистые воды развиты как в четвертичных, так и в дочетвертичных отложениях, как в пресных, так и в солоноватых водах. Наиболее интересны железистые воды четвертичных отложений Усть-Двинской впадины (север Архангельской области). Здесь содержание железа закисного достигает 114-165 мг/л, в водах присутствует в повышенных концентрациях йод и бром. В Вологодской области в районе Грязовца в четвертичных отложениях известны железистые воды с содержанием железа 4-10 мг/л, в районе р. Виледи известны железистые источники из отложений нижнего триаса, отлагающие охру.

Йодистые воды. В Усть-Двинской впадине развиты как лечебные йодистые воды с содержанием йода 5-18 мг/л, так и промышленные йодные воды с концентрацией до 28 мг/л. Наибольшая концентрация йода отмечается в морских отложениях микулинского межледниковья и приурочена к срединной зоне впадине, к ее бортам концентрация йода уменьшается. Снижение концентрации йода отмечается в долинах рек Северная Двина, Ижма, Мудьюга и др. Многочисленные йодные источники зафиксированные в долинах рек свидетельствуют о процессе интенсивного разрушения Усть-Двинского месторождения йодных вод. Йодные воды Усть-Двинской впадины единственные в России пригодные для питья без предварительного разбавления. Минерализация этих вод в среднем 10-15 г/л.

Бромистые воды развиты повсеместно, начиная с глубин 150-450 м, исключая районы выхода кристаллических пород Балтийского щита.

Сероводородные воды, а совместно с ними сероводородные грязи, по генезису подразделяются на 4 группы.

Наиболее распространены сероводородные воды и грязи, образовавшиеся за счет восстановления сульфатных вод пермских гипсоносных отложений болотными водами, обогащенными органикой. Такие воды наиболее характерны для Архангельской области, выходы многочисленных сероводородных источников зафиксированы в долинах рек Северная Двина, Вычегда и их притоков, а также на северо-востоке (Устюженском районе) Вологодской области. Содержание сероводорода в подземных водах достигает 30 мг/л, в грязях 114-923 мг/кг.

Вторая группа формирования сероводородных вод и грязей связана со смешением соленых сульфатных вод кембрийского, каменноугольного и четвертичного водоносных комплексов с обогащенными органикой поверхностными и болотными водами. Содержание сероводорода обычно невелико.  В Архангельской области зафиксирована сероводородная грязевая сопка высотой 1 м, с температурой грязи 2-3 ^оС.

Третья группа сероводородных вод возникла в результате редукции сульфатов в седиментационных водах морских межледниковых и послеледниковых водах четвертичных отложений при окислении органического вещества захороненных остатков морских водорослей. Содержание сероводорода в таких водах обычно невелико.

Сероводородные воды четвертой группы прослеживаются узкой полосой вблизи берегов Белого моря. Они образовались в результате смешения морских вод хлоридно-сульфатного состава с богатыми органикой грунтовыми водами. С водами такого происхождения связано образование кристаллов серы, выходы которых обнаружены на Большом Соловецком озере.