Читайте также:
|
Ниже поверхности земли, преимущественно в порах и трещинах горных пород содержится значительное количество воды. Взаимодействуя с поверхностными водами, водами морей, океанов и атмосферы они образуют круговорот воды в
Рис.2.5.4. Круговорот воды в природе
природе (рис.2.6.4). Породы, способные содержать в себе воды, другие жидкие и газообразные продукты называют породы-коллектора. Они подразделяются на гранулярные (или зернистые), это пески, гравий, щебень, галечники; трещиноватые скальные породы – песчаники, известняки, доломиты, магматические и метаморфические породы; трещиноватые с внутренними пустотами (кавернами) породы – известняки, доломиты, гипсы, соли.
Характеризуются они пористостью, проницаемостью и водонасыщенностью.
Пористость – объем пустот в породе. Зависит от размеров, формы и расположения частиц, слагающих породу. Чем меньше размеры частиц, тем больше возможная пористость. Так в глинах и алевролитах пористость может достигать 40 – 50%, а в крупнозернистых песках – 20 –25%. Сильно пористая порода может быть водоупором, т.е. не пропускать через себя воду, в тоже время песчаник с пористостью 20% - коллектор с хорошей проницаемостью. Объясняется это тем, что в первом случае поры изолированы (не связаны друг с другом), их называют закрытыми, а во втором – соединены каналами, по которым вода может двигаться. Их называют открытыми.
Проницаемость – это способность горных пород пропускать через себя жидкость или газ при перепаде давления. Их подразделяют на водопроницаемые или коллектора и водоупоры или покрышки.
Подземные воды подразделяются на несколько генетических типов: инфильтрационная (метеорная или атмосферная), конденсационная (из водяных паров), седиментогенная (погребенная или реликтовая), магматическая (ювенильная) и метаморфогенная (возрожденная или дегидратационная).
Вода в горных породах существует в парообразном, жидком и твердом состоянии. Это свободные воды. Кроме того, вода может находиться в связанном состоянии: в виде конституционной, кристаллизационной, гигроскопической и пленочной.
Конституционная вода входит в кристаллическую решетку минерала в виде ионов ОН-,Н+. Она может быть выделена из минерала только при полном разрушении его структуры. Например NaOH отдает ОН только при плавлении (t – 1388 оС).
Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решетки минералов в виде молекулы Н2О. Она подразделяется на кристаллогидратную и цеолитную. Кристаллогидратная содержится например в гипсе – СаSO4*2Н2О. И при нагревании до 107оС гипс теряет воду и переходит в другое кристаллическое состояние – в минерал ангидрит СаSO4.
Цеолитная вода содержится в особых структурных пустотах некоторых минералов группы цеолитов. Она выделяется при нагревании вплоть до сравнительно высоких температур (300-400, а в берилле до 1000оС). Причем структура минерала не разрушается и в благоприятных условиях вода может вновь заполнить данные полости. Количество цеолитной воды в разных минералов неодинаково, но постоянно для каждого из них.
Гигроскопическая вода (прочносвязанная) накапливается путем адсорбции парообразной воды на поверхности минеральных зерен и на стенках пор. Она обволакивает мелкие частицы породы тонкой молекулярной пленкой и прочно удерживается силами молекулярного и электростатического притяжения.
Пленочная вода (слабосвязанная) покрывает пленку гигроскопической воды дополнительной тонкой пленкой. Способна перемещаться от частиц с толстой пленкой к частицам с тонкой пленкой.
Капиллярная вода частично или полностью заполняет тонкие капиллярные поры и трещины в горных породах и удерживается в них силами поверхностного натяжения.
Вода в твердом состоянии находится в порах и трещинах горных пород в виде отдельных кристаллов или в виде линз и прослоев льда.
Гравитационная - свободная капельножидкая вода, которая перемещается в горных породах под действием сил тяжести. Этот вид воды оказывает наибольшее влияние как геологический фактор.
В верхней части земной коры свободная вода образует зону аэрации, где она находится в порах в смеси с воздухом. Это почвенные воды и верховодка (линзы воды, лежащие на непроницаемых породах среди проницаемых).
Ниже зоны аэрации находится зона насыщения, где располагаются грунтовые, межпластовые безнапорные и межпластовые напорные или артезианские воды.
Грунтовые воды насыщают верхний водоносный горизонт со сплошным водоупором. Верхняя граница грунтовых вод устанавливается на определенном уровне, образуя зеркало грунтовых вод. Грунтовые воды текут из области с высоким уровнем зеркала к более низкому, подчиняясь законам тяготения и гидравлики.
Безнапорные межпластовые располагаются ниже грунтовых, их водоносные горизонты залегают между двумя водоупорами. Они не заполняют полностью водоносный слой, и их движение вниз также происходит под действием силы тяжести (рис.2.6.5). Межпластовые напорные воды находятся в водоносных горизонтах, сверху перекрытых водоупором. Они обычно полностью заполняют водоносный слой и находятся под давлением выше атмосферного. В скважинах и колодцах такие воды поднимаются выше водоносного слоя и могут, выйдя на поверхность, фонтанировать. Их называют артезианскими водами – по провинции Артуа во Франции, где они широко развиты. Разрезы артезианских бассейнов, как называют области распространения артезианских вод, показывают, что это – огромные чаши, сложенные водоносными горизонтами и водоупорами с максимальным давлением воды в средней части таких чаш.
Рис. 2.5.5. Условия залегания подземных вод. 1 – зона аэрации; II – зона насыщения; А – верховодка; Б – грунтовые воды; В – ненапорные межпластовые воды; Г- напорные воды; 1 – проницаемые породы; 2 – непроницаемые породы; 3 – буровая скважина и уровень воды в ней; 4 – уровень воды (зеркало грунтовых вод), а – свободный; б – пьезометрический; 5 – источник.
Подземные воды, как и воды поверхностного стока, стремятся достичь Мирового океана. Часть воды, которая оказывается ниже уровня дна Мирового океана, исключается из общего круговорота воды и пополняет воды застойного режима.
Механическая работа, которую производят подземные воды на своем пути, невелика, так как мала их скорость. Главные геологические результаты работы подземных вод заключаются в растворении частиц горных пород, через которые они протекают и образовании цемента в рыхлых породах.
Источниками называют выходы подземных вод на дневную поверхность.
Источники, температура воды в которых близка к среднегодовой для воздуха данной местности, называют обыкновенными. Холодные источники с температурой ниже среднегодовой встречаются главным образом в горах, там, где подземные воды питаются талыми водами снежников и ледников. В областях, где проявляются современные вулканические процессы, и некоторых других местах можно встретить теплые или горячие источники с температурой воды выше среднегодовой температуры воздуха.
Источники могут быть пластовыми, трещинными, пластово-трещинными или карстовыми. Источники, которые сбрасывают грунтовые годы, находящиеся вблизи дневной поверхности, в какой-либо водоем, осушают местность, обеспечивая естественный дренаж.
К искусственным источникам относятся колодцы, скважины, канавы, вскрывающие тот или иной водоносный горизонт.
Влияние подземных вод на формирование осадочных пород достаточно многообразно.
Действие подземных вод заключается в:
1) выщелачивании горных пород. Выщелачивание – перевод в водный раствор молекул, агрегатов молекул или ионов из горных пород, через которые протекает вода. Вода – хороший растворитель, и при длительном воздействии на горные породы она растворяет даже такие устойчивые к растворению минералы, как кварц и калиевый полевой шпат. Хорошо растворяются галоидные соли, сульфаты, сульфиды и карбонаты. Скорость выщелачивания прямо зависит от температуры воды, скважности пород, присутствия в воде активных кислот. В результате подземные воды всегда оказываются минерализованными, то есть содержащими то или иное количество растворенных веществ. Если их количество более 1 г/л, воды называют минеральными. Такие воды
 |
1 – карры; 2 –воронка; 3 – понор; 4 – полье; 5 – шахта; 6 – пещера; 7 – пропасть.
содержат ионы различных элементов, растворенные газы, кислоты. Наиболее минерализованы воды застойного режима; не исключено, что значительную роль в минерализации подземных вод играют ювенильные воды.
2) образовании карстов и суффозий. Карст – это совокупность отрицательных форм рельефа и пустот в хорошо растворимых породах – известняках, гипсах, доломитах, каменной соли.
Образование карста начинается с появления на поверхности полого залегающих растворимых пород небольших впадин и выпуклостей, а затем – причудливых рытвин с крутыми склонами глубиной до 2 метров – карров. Карровые поля почти непроходимы, непригодны ни для какой хозяйственной деятельности и обычно безжизненны. Часто карры развиваются вдоль трещин: в местах их пересечения образуются углубления – воронки, блюдца. Несколько воронок сливаются вместе, образуя полье – большую котловину с крутыми стенками высотой иногда в несколько сотен метров. На дне польев часто встречаются поноры – отверстия, поглощающие поверхностные воды. Колодцы и шахты, соединяясь на глубине нескольких десятков метров, образуют подземные полости – пещеры и гроты. Большие пещеры вблизи поверхности очень опасны: обнаружить их трудно, а они грозят неожиданными катастрофическими провалами. Дальнейший рост колодцев приводит к образованию пропастей.
Суффозия – процесс, по форме близкий к карстовому. Но только по форме, так как происходит механическое вымывание пылевидных частиц подземными водами из рыхлых пород, находящихся вблизи дневной поверхности.
3) отложении осадков подземными водами. При понижении температуры подземных вод, уменьшении скорости фильтрации, изменении концентраций растворенных веществ происходит отложение осадков – выпадение из подземных растворов твердых веществ. В рыхлых породах этот процесс приводит к образованию цемента: кальцит, кварц, гидроксиды железа и другие компоненты, выпадая из раствора, скрепляют обломки в монолитную массу. В трещинах кристаллизуются жилы кальцита, арагонита, кварца, гипса, барита и других минералов. В открытых полостях, если они небольшие, образуются конкреции, секреции, корки, натеки, а в крупных карстовых полостях сталактиты, напоминающие сосульки, спускающиеся с потолка пещер, сталагмиты, поднимающиеся им навстречу с пола, различные колонны.
В местах выхода минерализованных подземных вод на поверхность образуются известковые туфы – пористые рыхлые образования, состоящие из кальцита, или, если воды горячие, - арагонита; их называют травертинами.
В залежах углеводородов, которые подстилаются водой в зонах водонефтяных контактов происходят сложные физико-химические реакции. Одни минералы породной матрицы там могут растворяться и тогда образуется вторичная пористость (подзоны разуплотнения), а рядом в порах и трещинах пород формируются вторичные минералы и образуется подзона вторичной цементации. Большое внимание изучению этих процессов уделяли Р.С.Сахибгареев и Л.В.Цивинская.
С подземными водами связано небольшое количество полезных ископаемых, имеющих обычно незначительные запасы: это жилы барита, кальцита, флюорита, опала, халцедона и месторождения железных и марганцевых руд. Ценнейшим полезным ископаемым является сама вода, которая используется в лечебных целях.
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 103 | Нарушение авторских прав