Химический состав подземных и шахтных вод Донецкого бассейна

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Химический состав подземных и шахтных вод Донецкого бассейна

05.04.2020

Чрезвычайное разнообразие геологических и гидрогеологических условий определяет наличие в Донбассе подземных вод, очень различных как по качеству, так и по степени минерализации.

Систематизация большого количества анализов подземных вод, отобранных из водоносных горизонтов всех отложений, показывает, что подземные воды относятся к 45 из 49 классов классификационной схемы Щукарева; отсутствуют лишь воды гидрокарбонатно-сульфатно-магниевые, гидрокарбонатно-магниевые, гидрокарбонатно-хлоридно-магниевые и хлоридно-магниевые.

В верхней зоне активного водообмена наибольшее распространение имеют воды гидрокарбонатно-сульфатные и сульфатные, в значительно меньшей степени — сульфатно-хлоридные, гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-сульфатио-хлоридные и еще менее — гидрокарбонатно-хлоридные и чисто хлоридные.

По катионам самыми распространенными являются воды натриево-кальциево-магниевые и натриево-кальциевые, в меньшей степени — кальциево-магниевые, натриевые, кальциевые, натриево-магниевые и чрезвычайно редко встречаются воды чисто магниевого типа.

Минерализация подземных вод колеблется от 0,04 (аллювий р. Северного Донца) до 300 г/л и более (воды соленосной толщи перми).

Воды девонских отложений изучены очень мало. По немногочисленным данным они имеют смешанный состав с преобладанием Na и Cl; минерализация их колеблется от 1 до 7 г/л.

В известняковой толще турне и нижнего визе содержатся преимущественно смешанные по составу воды. Они очень жесткие (10—30 мг*экв); преобладающими ионами являются Na', Ca'', SO4'' и Cl'',

Наиболее хорошо изучены подземные воды продуктивной толщи песчано-глинистых отложений нижнего, среднего и верхнего карбона, которые довольно детально исследовались при разведках каменноугольных месторождений и изысканиях источников водоснабжения.

Минерализация вод песчано-глинистой толщи каменноугольных отложений колеблется от 0,2 до 66 г/л, но преимущественно составляет 2—3 г/л, жесткость — от следов до 250 мг*экв; воды слабощелочные и щелочные. По составу они очень разнообразны. В центральной части бассейна преобладают воды сульфатно-гидрокарбонатного, сульфатного и сульфатно-хлоридного состава, а по катионам — кальциево-натриевые, натриево-кальциевые и натриево-кальциево-магниевые.

К периферии бассейна наблюдается переход к хлоридным натриевым водам. Одновременно происходит и общее увеличение минерализации подземных вод от обнаженной центральной части бассейна к ее периферии. В хорошо обнаженных районах преобладают слабоминерализованные (до 1—1,5 г/л) гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-сульфатные кальциево-натриевые воды.

С увеличением мощности кайнозойских отложений и. ухудшением условий водообмена воды переходят к сульфатно-натриевому типу; минерализация их повышается до 4—7 г/л. Далее к периферии, где каменноугольные породы покрыты мощной толщей кайнозойских и мезозойских отложений, воды приобретают хлоридно-натриевый тип, а минерализация их повышается (Западный и Северный Донбасс).
Химический состав подземных и шахтных вод Донецкого бассейна

Вертикальная гидрохимическая зональность хорошо изучена в Чистяково-Снежнянском, Донецко-Макеевском, Должанско-Ровенецком и Центральном районах. В Чистяковской мульде (рис. 142) от поверхности с глубиной происходит переход вод от гидрокарбонатных и гидро-карбонатно-сульфатных кальциевых и кальциево-натриевых сначала к сульфатно-гидрокарбонатным и сульфатным кальциево-натриевым, а затем к натриево-кальциевым и натриево-магниевым (в окислительной обстановке, соответствующей зоне активного водообмена); ниже (в восстановительной обстановке с затрудненным водообменом) к гид-рокарбонатно-натриевым и далее — к хлоридно-натриевым. Одновременно наблюдается общее увеличение минерализации подземных вод.

В соседнем Донецко-Макеевском районе воды от гидрокарбонатно-сульфатно-натриево-кальциевых переходят непосредственно в хлоридно-гидрокарбонатно- или сульфатно-натриевые.

Таким образом, в этих смежных районах наблюдаются два типа гидрохимических зон, примерно соответствующих двум генетическим рядам, установленным С.А. Шагоянцем для Терско-Кумского артезианского бассейна.

В ближайших прилегающих к открытому Донбассу районах, где каменноугольные породы повсеместно покрыты кайнозойскими отложениями, зона чистых гидрокарбонатных натриевых вод отсутствует, и почти от поверхности до глубины 500—600 м прослеживается зона сульфатно-натриевых, сульфатно-гидрокарбонатно-натриевых или сульфатно-магниево-натриевых вод, сменяющихся глубже зоной хлоридно-натриевых вод. В периферийных частях бассейна зона сульфатно-натриевых вод почти исчезает, замещаясь зоной чистых хлоридно-натриевых вод, верхняя граница которой залегает на глубине 100—300 м от поверхности.

Разнообразие фаций в пермских отложениях обусловливает очень различный состав содержащихся в них подземных вод. Воды в песчаноглинистых отложениях перми большей частью пресные, преимущественно сульфатно-натриевого типа. В гипсово-доломитовой толще содержатся воды различной минерализации (от 1 до 80 г/л) сульфатнокальциевого и хлоридно-натриевого, а также промежуточных между ними типов. Наибольшей минерализацией обладают рассолы, приуроченные к соленосным отложениям: минерализация их достигает 300 г/л и более.

Юрские и триасовые отложения в районах, прилегающих к приподнятой части бассейна, содержат пресные воды хорошего качества. К периферии бассейна, в частности в западном секторе, воды становятся горько-солеными и солеными, очень жесткими (до 200 мг*экв); минерализация их достигает 40—50 г/л.

Воды меловых отложений почти повсеместно имеют хорошее качество; минерализация их в большинстве случаев не превышает 2 г/л, жесткость 10—15 мг-экв. По составу они относятся к гидрокарбонатнокальциевому, сульфатно-натриевому и промежуточным между ними типам, иногда содержат повышенное количество железа.

Воды палеогена и неогена характеризуются очень пестрым составом: преимущественно сульфатно-кальциевые или смешанные, жесткие и очень жесткие (до 185 мг*экв). Значительно реже воды палеогена имеют низкую минерализацию и жесткость и пригодны для питья, в частности воды харьковского и бучакского ярусов.

Качество вод четвертичных отложений целиком зависит от состава водосодержащих пород и условий питания горизонтов. В суглинках, как правило, содержатся воды повышенной минерализации (4—6 г/л), жесткие и очень жесткие, преимущественно сульфатно-кальциевого и смешанного типов. Состав вод резко изменяется на небольшом расстоянии. Аллювиальные воды имеют низкую минерализацию, мягкие и в большинстве случаев пригодны для питья.

Подземные воды всех отложений Донбасса слабощелочные, реже (преимущественно на значительной глубине в зоне затрудненного водообмена) щелочные, содержащие карбонаты. Чрезвычайно редко в поверхностной зоне встречаются воды слабокислые (рН = 6,7—6,9).

В подавляющем большинстве воды всех отложений агрессивны к бетону: наиболее распространены воды, агрессивные по содержанию SO4'', реже по временной жесткости и содержанию CO2 и очень редко — агрессивные по содержанию Mg'''.

Большинство подземных вод относится к холодным и только в редких случаях с глубины 700—800 м скважинами были выведены воды с температурой 30—31° (скв. 2316 на участке «Хрущевском Глубоком»).

Анализ материалов показывает, что в пределах Донецкого бассейна имеется свыше 100 пунктов (источников, колодцев, скважин), воды которых по составу основных ионов являются аналогами более 50 источников, используемых курортами — Ессентуки, Моршин, Трускавец, Миргород, Горячий Ключ и др. Из них в первую очередь заслуживают внимания частично используемые уже для лечебных целей высокоминерализованные воды карбона и триаса (Луганск, Старобельск), содержащие йод и бром; хлоридные воды соленосной толщи перми (Славянск); сульфатно-натриевые, гидрокарбонатнонатриевые и хлоридно-гидрокарбонатно-натриевые воды каменноугольных отложений, а также некоторые смешанные по составу воды каменноугольных и пермских горизонтов.

При взаимодействии с рудничной атмосферой, горными породами, угольным шламом и пылью, креплением и шахтным оборудованием происходит интенсивная метаморфизация подземных вод, поступающих в угольные шахты.

Протекая по выработкам даже на сравнительно небольшом расстоянии, воды очень сильно изменяются по составу и свойствам: увеличивается количество взвешенных веществ, значительно повышается содержание SO4, Ca, Cl и SiO2, увеличивается общая жесткость и минерализация, уменьшается щелочность; в меньшей степени происходит увеличение содержания Na, Mg, HCO3, Al2O3 и Fe2O3.

Минерализация шахтных вод всегда превышает минерализацию подземных вод на тех же глубинах.

Интенсивность процесса метаморфизации воды в шахте находится в зависимости от состава поступающей в шахту воды, скорости ее протекания, площади смачиваемой поверхности, температуры, состава омываемых пород, в частности содержания в них сульфидов.

Наиболее высокоминерализованные шахтные воды формируются в старых выработках и особенно на верхних горизонтах, где в шахту поступают нейтральные или слабощелочные сульфатные воды. Щелочные подземные воды, поступающие на значительных глубинах, подвергаются в шахтах меньшей метаморфизации. На верхних горизонтах, преимущественно в старых выработках шахт, разрабатывающих высокосернистые угольные пласты, образуются кислые воды. Примерно 15% общего числа шахт Донбасса характеризуются кислыми водами. Величина pH в кислых шахтных водах доходит иногда до 2,3.

Кислые шахтные воды являются наиболее минерализованными (до 25—30 г/л) и очень жесткими, в больших количествах содержат в ионнной форме двух- и трехвалентное железо и алюминий, а иногда также в значительных количествах аммиак и азотную кислоту.

Содержание сульфатов в них достигает 98—99%-экв., двух- и трехвалентного железа — до 80%-экв., алюминия — до 30%-экв., а содержание каждого из основных катионов (Na', Ca'' и Mg'') составляет иногда всего 3—10%-экв. при общей минерализации 10—30 г/л.

В подавляющем большинстве шахтные воды агрессивны по тому или иному признаку. Шахтные воды неглубоких шахт почти все без исключения агрессивны по содержанию SO4'', реже по содержанию свободной CO2, а на глубоких горизонтах шахтные воды часто агрессивны по временной жесткости.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: