Воды карбонатного (содового) типа формируются в верхнем гидродинамическом этаже при отсутствии в геологическом разрезе гипсоносных (и соленосных) отложений. Карбонатный тип определяется системой NaCl – NaHCO3(Na2CO3) – Na2SO4 –H2O.
Воды карбонатного типа нередко занимают весь верхний гидродинамический этаж и известны в нижнем этаже. Среди них различают:
1. Неуглекислые карбонатные воды, наиболее характерные для верхнего этажа. Минерализация их обычно не выше 10, чаще 3 – 5 г/л; углекислота находится преимущественно в количестве, отвечающем карбонатному равновесию в растворе и образуется биохимическим путем.
2. Углекислые карбонатные воды, сложного генезиса типичные в основном для нижнего гидродинамического этажа. Минерализация их может достигать 50 – 60 г/л, содержание углекислоты обычно намного превышает равновесную концентрацию, необходимую для поддержания карбонатов щелочных земель в растворенном состоянии, углекислота имеет метаморфическое происхождение.
Воды инфильтрационно-атмосферного генезиса формируются в условиях окислительной, промежуточной или восстановительной обстановок, что зависит от положения их в гидрогеологическом разрезе.
Воды седиментационного генезиса. Источником вещества этих вод служат главным образом морские воды, “захороняющиеся” в бассейнах седиментации, а также газы биохимического, метаморфического и радиогенного происхождения. По химическому типу они хлоридно-кальциевые (значительно реже хлоридно-магниевые) и характеризуются системой NaCl –MgCl2 –CaCl2 – H2O. От морской воды любой степени ее сгущения они отличаются присутствием CaCl2 и резко пониженной концентрацией сульфатов. Минерализация их различна, но чаще всего превышает 35г/л, в отдельных случаях достигает 500 – 600 г/л и более.
В развитии подземных вод седиментационного генезиса выделяют два этапа: в поверхностном водоеме – на стадии выпадения осадка и в подземных условиях – после образования осадка и превращения его в горную породу.
На первом этапе, химический состав морской воды существенно не изменяется. Соленость их может колебаться в широком интервале.
На втором этапе происходит диагенетические преобразования морских вод, наиболее интенсивные на стадии раннего диагенеза.
Процессы, ведущие к образованию из илов горных пород, называются диагенезом. При диагенезе иловая вода превращается в поровый раствор.
На стадии раннего диагенеза за счет взаимодействия твердой фазы илов с иловым раствором происходят сложные изменения затрагивающие обе фазы. Изменения связаны а) с биохимическими процессами, идущими при участии живых организмов и органических соединений; б) с процессами литификации – превращениями минеральных компонентов осадка, в результате чего возникают новые минералы, образуются конкреции, неустойчивые минералы переходят в устойчивые, наблюдается старение коллоидов и т.д. в) с физико-химическими процессами – реакциями в жидкой фазе илов, приводящими к массопереносу (диффузии, ионному обмену и т.д.).
На участках опускания земной коры формирование осадков горных пород так называемый поздний диагенез – осуществляется в условиях высоких температур и давления. При этом породы уплотняются и консолидируются, сокращается их паровое пространство. Сокращение связанно главным образом с присутствием в разрезе глин, которые в силу особенности строения способны весьма значительно изменять величину пористости.
Гипотезы формирования хлоридно-кальциевых вод седиментационного генезиса можно разделить на две группы:
1. Наиболее распространено представление о неизменности химического типа и состава воды океана, имевшего на продолжении всей геологической истории Земли воду сульфатного типа, исключая самый ранний этап развития океана, когда вода его была сильно кислой. Сущность диагенетических изменений захваченной в бассейнах седиментации морской воды сульфатного типа в превращения ее в хлоридно-кальциевую сводится к следующим возможным процессам:
а) Удалению сульфатов из морской воды при сульфатредукции и сопряженным с нею реакциям катионного обмена натрия морской воды на адсорбированные катионы глинистых пород.
б) Взаимодействию карбонатных и силикатных минералов с компонентами морской воды и переходу магния и натрия в решетки минералов с вытеснением кальция в раствор [6].
2. Гипотезы формирования хлоридно-кальциевых вод, опирающиеся на идею эволюции химического состава вод Мирового океана, изменявшегося в процессе геологического развития земли, высказаны в разные годы А.Н. Булеевым, Ю.Ф. Корелловым. Они исходят из представления о существовании древних бессульфатных “хлоридно-кальциевых” морей, унаследовавших солевой состав от первобытного океана. В условиях характерной для последнего кислой среды поступавшие в океан катионы Ca2+, Mg2+, Na+ и K+ были в равной устойчивыми в растворе. Повышенные количества Ca2+ при очень низком содержании сульфат – иона обуславливали присутствие в воде NaCI (KCI), MgCI2 и CaCI2, то есть компонентов, свойственных хлоридно-кальциевому типу.
Одно из важных доказательств существования “хлоридно-кальциевых морей” в течение всего палеозоя дает анализ соленосных отложений, накопившихся в толще осадочных пород.
Хлоридно-кальциевые воды седиментационного генезиса характеризуется следующими основными чертами. Они известны в осадочных породах самого различного литологического состава и возраста. По преобладающим макрокомпонентам воды весьма однообразны, отличаются монотонным поведением главных анионов, среди преобладает хлор. Катионы ведут себя по-иону.
Воды хлоридно-магниевого подтипа сульфатного типа среди подземных вод седиментационного генезиса встречаются редко, и условия их формирования изучены слабо.
Ювенильные воды. Термин “ювенильные воды” был предложен Э. Зюссом для наименования вод, которые поднимаются из глубоких недр Земли в результате вулканической деятельности и впервые попадают на поверхность. В чистом виде даже в районах интенсивного современного вулканизма такие воды отсутствуют.
В настоящее время под ювенильными понимают подземные воды, развитые в области современной тектоно-магматической активности.
Гидрохимические особенности вод областей активного вулканизма тесно связаны со стадийностью газовыделения из вулканического очага. Установлены три стадии, сменяющиеся во времени: хлоридная, сульфатная и углекислая. На всех стадиях в вулканических газах по содержанию преобладает СО2, но на первой стадии характерно присутствие значительных количеств HCl, на второй – H2S.
На хлоридной и сульфатной стадиях газовыделения вулкана образуются следующие типы подземных вод [7]:
1. Хлоридно-водородные углекислые термы поверхностного формирования. Химический состав их образуется за счет растворения в приповерхностных условиях вулканических эманаций. Так как вода находится в состоянии кипения, она интенсивно испаряется, благодаря чему увеличивается минерализация.
2. Сульфатные углекисло-сероводородные термы поверхностного формирования. Располагаются в кратерах активно действующих вулканов, но отвечают стадии деятельности вулкана, когда главными газами наряду с преобладающим СО2 являются H2S и другие сернистые газы.
3. Хлоридно-сульфатные термы глубинного формирования. Они приурочены к склонам действующих вулканов или их подножиям и связаны обычно с вулканическими отложениями. Подземные воды растворяют какую-то часть газовых эманаций, состоящую из сернистых газов и хлористого водорода. Удаляясь от магматического очага в сторону разгрузки водоносного горизонта, подземные воды вступают во взаимодействие с окружающими горными породами, благодаря чему снижается величина их рН, они теряют алюминий и железо и обогащаются Са, Mg, Na и др.
Магматогенные воды разломных зон областей тектонической активности представляют собой растворенный в подземных водах конденсат эндогенного (глубинного) флюида.
Воды ювенильного происхождения отличаются весьма сложным и разнообразным составом, поскольку формирование их связано с эндогенными и экзогенными факторами: участием глубинных флюидов, большого количества агрессивных газов и высоких температур, с одной стороны, подземных вод инфильтрационно-атмосферного генезиса и водовмещающих пород с другой.
Находят широкое применение в качестве лечебных минеральных вод.
Воды смешанного генезиса. К этой группе относятся воды разного химического типа и состава, образующихся при смешении вод инфильтрационно-атмосферного, седиментационного и ювенильного генезиса.
Широко распространены воды, в которых ювенильным (глубинным) компонентом является СО2. За счет воздействия СО2 на вмещающие породы обычно формируются углекислые воды карбонатного типа.
По гидрохимическим показателям воды отличаются широким диапазоном изменения минерализации от 0,5 – 1 до 50 – 60 г/л. По химическому составу они разнообразны, наиболее часто принадлежат к щелочно-соляным или соляно-щелочным водам. Углекислый газ содержится в большом количестве: в растворе – до 2,5 – 4,5 г/л, в спонтанных газах – до 100%. По температурным условиям воды холодные, теплые и горячие (глубинного) флюида.
Воды ювенильного происхождения отличаются весьма сложным и разнообразным составом, поскольку формирование их связано эндогенными и экзогенными факторами: участием глубинных флюидов, большого количества агрессивных газов и высоких температур, с одной стороны, подземных вод инфильтрационно-атмосферного генезиса и водовмещающих пород – с другой.
Находят широкое применение в качестве лечебных вод.
Воды смешанного генезиса. К этой группе относятся воды разного химического типа и состава, образующихся при смешении вод инфильтрационно-атмосферного, седиментационного и ювенильного генезиса.