Формирование химического состава подземных вод является важнейшей геологической проблемой. Известная эмпирическая зависимость минерализации и состава подземных вод от интенсивности водообмена, а значит, и от времени соприкосновения воды с породой ставит задачу выяснения степени насыщения подземных вод относительно водовмещающих пород. В условиях зоны гипергенеза наиболее широко распространены алюмосиликатные и карбонатные породы, играющие основную роль в обогащении подземных вод химическими элементами.
В статье представлены результаты физико-химического моделирования (лабораторного и компьютерного) взаимодействия порода – вода. Лабораторное моделирование выщелачивания породы водой проведено в условиях изменения времени их соприкосновения, исходного состава воды и степени насыщенности раствора углекислым газом, который 177 является определяющим фактором в процессах выщелачивания пород и формирования химического состава подземных вод.
Выполнена серия опытов по выщелачиванию кварцито-сланцев и шунгитов (фракция <1 мм) дистиллированной и талой водой, проанализированы полученные растворы по основным химическим показателям и компонентам (электропроводность, рH, Na, K, Ca, Mg, HCO3, Cl, SO4, Si, Al). Полученные результаты свидетельствуют о том, что свежая порода (кварцито-сланцы) содержит легкорастворимые соли, которые образуют слабощелочной раствор гидрокарбонатно-кальциевого состава с достаточно высокой относительной концентрацией натрия, калия, хлоридов и сульфатов. Повторные вытяжки из уже промытой породы (независимо от кратности и продолжительности промывания) в открытой системе образуют менее минерализованные растворы существенно гидрокарбонатно-кальциевого состава. Насыщение раствора углекислым газом привело к значительному увеличению минерализации раствора, состав которого стал слабокислым и на 99% гидрокарбонатно-кальциевым.
Компьютерное моделирование осуществлено с помощью программы РHREEQC 2, основанной на применении констант равновесия химических реакций. Входными данными для расчета форм элементов, индекса насыщения подземных вод относительно основных породообразующих минералов и других физико-химических показателей послужили результаты химических анализов полученных растворов.
Расчет индекса насыщения экспериментальных растворов относительно большого количества породообразующих минералов показал, что все вытяжки, даже взаимодействующие с породой длительное время (43 сут), в открытой системе ненасыщенны по отношению ко всем минералам, в том числе кальциту, за исключением гидроокислов и окислов железа. В условиях насыщенной углекислым газом системы раствор оказался близок к равновесному состоянию с кальцитом и насыщен по отношению к вторичным алюмосиликатам. Полученные результаты свидетельствуют о том, что процесс выщелачивание является результатом неравновесности вод с первичными алюмосиликатами, а углекислый газ – важным фактором в изменении равновесных условий.