Процессы, приводящие к формированию макрокомпонентного состава минеральных вод

Формирование химического состава минеральных вод территории г. Воронежа тесно связано с их генезисом. Основные источники химического состава вод могут быть различными — атмосферные, озерные воды, смешанные воды из морских и атмосферных, седиминтационные воды.

Воды атмосферного происхождения отличаются от других минерализацией, температурой и другими свойствами. Сумма ионов может быть любой. Химический состав этих вод формируется, как известно, в зоне активного водообмена в результате процессов растворения и выщелачивания горных пород при участии катионного обмена, гидролиза полевошпатовых минералов.

Инфильтрационные, атмосферные воды имеют определенный состав, который индивидуален и резко отличается от состава вод морского генезиса, что наглядно видно из нижеследующего примера:

Минеральные воды г. Воронежа отвечают в основном по химическому составу и условиям залегания 1 схеме, например, минерализация вод невысокая, 0,7 — 3,2 г/дм3 (водозабор ЮВЖД) и состав вод HCO3SO4-Ca. Близкий состав вод к отмеченным примерам свидетельствует об атмосферном генезисе преобладающего большинства изучаемых минеральных вод.

Воды могут быть как древними, так и современными по возрасту. Химический состав их определяется не только литолого-фациальным составом горных пород, но и возможностью смешения атмосферных вод с остатками вод морского генезиса и древних озер.

Многие минеральные воды северо-востока Воронежской области относятся к водам глубинной циркуляции и располагаются в гидродинамических зонах затрудненного водообмена. В этих условиях они обычно являются производными от морских вод и носят название седиментационных.

Геологическая история развития земной коры сопровождается последовательными стадиями перемещения воды, тесно связанными с колебательными движениями. Движение земной коры наложило свой отпечаток на историю развития подземных вод. А. А. Карцевым было введено понятие гидрогеологического цикла. Под гидрогеологическим циклом понимается отрезок гидрогеологической истории района, начинающийся с трансгрессии, осадонакопления и образования седиментационных вод, включающий этап последующей регрессии, денудации и инфильтрации, заканчивающийся наступлением новой трансгрессии и прекращением инфильтрации. Гидрогеологический цикл совершается в 2 этапа.

I. Седиментационный этап. Колебательные движения земной коры имеют отрицательный знак, территория испытывает устойчивое прогибание и наступает трансгрессия. Поверхность земли покрывается морским бассейном. Этот этап совершается в определенный отрезок геологического времени. Он сопровождается формированием седиментационных вод. Седиментационные воды в процессе уплотнения илов способны фильтроваться в песчаные коллектора, которые сформировались ранее.

II. Инфильтрационный этап. Колебательные движения меняют знак на положительный, территория испытывает устойчивый подъем. Наступает регрессия, в результате которой появляется суша. Поверхность земли испытывает мощное воздействие инфильтрационных вод. Идет промывка пластов инфильтрационными водами. Второй этап соответствует перерывам в осадонакоплении. На территории сохраняется долго континентальный режим. Второй этап заканчивается, когда территория вновь погружается под уровень моря, и инфильтрационное воздействие атмосферных вод прекращается. Наступает 2-й гидрогеологический цикл развития территории. Таким образом, в истории развития территории можно выделить древние и молодые гидрогеологические циклы.

Эволюция гидрогеологического цикла сопровождается последовательными стадиями перемещения воды (подобно круговороту) и изменениями компонентного состава.

Инфильтрационная вода разгружается в реки и стекает в море, превращаясь в морскую воду.

Химический состав подземных вод в условиях глубинной циркуляции на глубине примерно более 100­200 м формируется под влиянием метаморфизации морской воды.

На начальных стадиях захоронения морских вод в илах по В. В. Иванову [8] основным процессом, обусловливающим формирование и направление формирования химического состава воды, является процесс сульфатредукции — восстановление сульфатов вод до сероводорода и образование гидрокарбонатного иона. Процесс совершается по следующей схеме:

RSO42+ + 2С + 2Н2О ^ H2S + 2НСОз-

В результате указанной реакции воды обогащаются такими компонентами, как гидрокарбонаты, сероводород. Сероводород часто исчезает из воды, если в окружающей среде (порода) находятся металлы: железо, марганец и др., так как он расходуется на восстановление металлов. В иловых водах формируется гидрокарбонатный ион. Однако, если в воде мало свободной углекислоты, то он выпадает в осадок в виде солей — таких, как СаСО3, МgCО3. Такой процесс формирования вод типичен для девонских отложений, залегающих на склоне ВКМ.