Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Из данных, приведенные на рис. 15.6 и 15.7** следует, что при термодинамическом моделировании взаимодействий в системе «вода — порода» может быть достигнуто относительно хорошее соответствие природным распределениям компонентов. Это означает, что в отдельных частных гидрогеохимических системах градиенты химического потенциала в системе «вода — порода» могут быть настолько малы, что в реальных условиях можно иметь дело с квазиравновесными состояниями, доступными для инженерных расчетов и прогнозов на основе методов равновесной химической термодинамики. В таких квазиравновесных системах скорости релаксации к равновесным состояниям оказываются больше скоростей возникновения новых градиентов химического потенциала и в связи с этим формируются различные приближения к химическим равновесиям, что позволяет решать целый ряд инженерных задач, используя весь арсенал методов химической термодинамики.
Массовое сопоставление результатов равновесного термодинамического моделирования взаимодействий в системе «вода— порода» с реальными распределениями компонентов в подземных водах верхних горизонтов земной коры показало, что для гидрогеохимических систем, близких к химическим равновесиям, на основании расчетов, выполненных при таком моделировании, можно определить близкий порядок ожидаемых концентраций нормируемых компонентов при различных существующих или ожидаемых вариациях химического состава подземных вод. Для неравновесных систем такие расчеты дают тот предел концентраций, к которому будет стремиться система в ее эволюции к равновесному состоянию. Последнее немаловажно, поскольку частной задачей гидрогеохимических прогнозов является определение тех предельных концентраций нормируемых компонентов, которые могут установиться в данной системе при заранее планируемых геохимических и гидродинамических ситуациях.
15.4.7. Ограничения методов термодинамического моделирования гидрогеохимических явлений
Моделирование, основанное на методах равновесной химической термодинамики, имеет соответственно и такие недостатки, которые присущи самим этим методам.
438
Ыа+К7мг/л JOOOO 8000. 6000 4000 3000 2000 г I 7000 Ь I 800 600 400 300 200 100 80 60 - UO 30 , - ? 20 10 ? 8 — 6 — 4 J
O1O :
+
-*?++++++
-Ы- +Л/+ о
+ + $АГ °
- ++ ++++^ оо
I Il ItI_
4 6 8 10 20 40 60 80100 200 MOO 800IQOO 2000 MOOO 8000 HCOj ,мг/Л
P?C. Сопоставление расчетных и реальных (в подземных водах) концентраций компонентов в системе «HC03—(Na-f К)»:
/ — ливня расчетных равновесных концентраций компонентов в растворе, взаимодействующем с породой состава «гранит» (метод минимизации, программа GIBBS). На линии указаны смена геохимических типов результирующих растворов и отношения «твердая — жидкая фазы», принятые в расчете, 2—4 — реальные концентрации компонентов в подземных водах массивов (2— нефелиновых сеиннтов, H — ультра основных щелочных пород, 4 — граннтоидов аридной зоны)
1. Рассмотрение процессов вне времени и пути протекания. Известно, что при применении методов равновесной химической термодинамики мы не располагаем координатами времени и результат независим от пути — устанавливается только направление процессов и их вероятный конечный результат. Этот недостаток отчасти компенсируется относительно высокими скоростями релаксации реальных гидрогеохимических (особенно гомогенных) систем к состояниям равновесия.
429
©
©*© \~ © • ©©•
©
~ ©•O • • • •
3*
*-2 ; * л
&>n*10 см/с , &<n*W см/с
! ... I ... J__I ..__L
cm3
,W ЛИ7 moo ^120O ПОО HCO3, мг/л
Pwc. /5.7. Сопоставление расчетных концентраций фтора в системе .«CaF2 — растворы НСОз-Na состава» с реальными ях концентрациями в подземных водах Молдавского артезианского бассейна:
/ — лнння расчетных концентраций фтора; 2—3 — реальные концентрации фтора в подземных водах соответственно нижнесарматского и верхнемелового горизонтов
.2. Необходимость приближения частных гидрогеохимических систем к состояниям химического равновесия. Как показано в разделе 15.4.1, осуществление приближения гидрогеохймиче-ских систем к состояниям химического равновесия зависит от скорости фильтрации подземных вод, растворимости индивиду-* альных соединений, поверхности взаимодействий и др. Но это также означает, что существуют такие скорости фильтрации подземных вод, при которых гидрогеохимические системы не могут достичь состояния химического равновесия и поэтому в верхних водоносных горизонтах далеко не все гидрогеохимические системы являются даже квазиравновесными. В гидрогеологических структурах существуют достаточно обширные площади, в которых реальные гидрогеохимические системы, далеки от химических равновесий. В этих условиях возможности прогнозного моделирования, основанного на методах равновесной химической термодинамики, явно ограничены. На основе этих методов можно определить только направление процессов и те конечные (предельные) концентрации компонентов, которые установятся в системе «вода — порода», если эта система будет развиваться в сторону химического равновесия, но нельзя решить, какие концентрации этих компонентов установятся в реальных стадиях их пути к равновесию.
