Геологическая деятельность подземных вод

Геологическая деятельность подземных вод

Все воды, находящиеся в земной коре ниже ее поверхности, называются подземными. Вместе с поверхностными и атмосферными водами они формируют водную оболочку нашей планеты — гидросферу. Количество подземных вод очень велико и, по оценке В. И. Вернадского, достигает 5•10¹⁷ т, что составляет примерно 1/3 вод Мирового океана. Изучение происхождения, состава, условий залегания, динамики подземных вод является предметом самостоятельной геологической науки — гид­рогеологии.

Рис.24.1. Соотношение типов вод Рис.24.2.Три состояние воды в природе

в гидросфере

Рис. 24.3. Круговорот воды в природе Рис.24.4.Глобальные соотношения

выпавших и испарившихся осадков

Вода, входящая в состав слагающих земную кору горных пород, может иметь различные формы связи с ними, а также находиться в различных агрегатных состояниях.Подземную воду, находящуюся в горных породах в жидкой фазе, согласно современным классификациям, делят на следующие основные виды:

Физически прочносвязанная вода (гигроскопическая) образуется из паров воды, проникающих в поры горных пород. Адсорбируясь частицами горных пород, молекулы воды образуют тончайшие одномолекулярные пленки, прочно удерживающиеся молекулярными и электростатическими силами.

Физически рыхлосвязанная вода (пленочная) образуется по мере увеличения количества адсорбируемой влаги, когда на поверхности минеральных частиц поверх гигроскопической воды формируются более толстые пленки,которые удерживаются силами межмолекулярного притяжения.

Капиллярная вода частично или полностью заполняет мельчайшие трещины и поры горных пород, удерживаясь в них силами поверхностного натяжения.Она может перемещаться по капиллярным каналам в любом направлении.

свободная вода возникает при полном насыщении всех пор и трещин в горных породах водой и сво­бодно перемещается в них под действием силы тяжести и напор­ного градиента, образуя скопления и потоки

Химически связанная вода (конституционная, кристаллизационная, гидратная) входит в состав кристаллических решеток некоторых минералов или заполняет свободные пространства в них.

Газообразная (парообразная) вода содержится в воздухе, заполняю­щем все пустоты в горных породах.

Вода в твердом состоянии, в виде льда, встречается главным обра­зом в областях распространения многолетнемерзлых горных и при сезонном промерзании водонасыщенных.

В зависимости от происхождения среди подземных вод выделяется несколько типов:

Инфилътрационные подземные воды образуются путем инфильтра­ции (просачивания) выпадающих на поверхность земли атмосферных осадков вглубь в водопроницаемые горные породы.

Конденсационные подземные воды формируются в результате кон­денсации водяных паров, находящихся в трещинах и порах горных пород.

Седиментогенные подземные воды образуются вследствие захоро­нения вод древних морских бассейнов совместно с накопившимися в них осадками.

.Магматогенные или ювенильные, воды в своем происхождении связаны с магматическими расплавами.

Метаморфогенные воды возникают под влиянием повышенных тем­ператур и давлений, имеющих место при метаморфизме.

Из всех описанных генетических типов наибольшее значение имеют подземные воды инфилътрационного происхождения.

Формирование подземных вод, закономерности их размещения в земной коре, режим движения определяются водно-коллекторскими свойствами горных:Скважность пород — это общий объем всех пустот в горной породе, обусловленный пористостью, трещиноватостью, кавернозностью, наличием карстовых полостей. Она определяет способность пород вмещать воду. пористость выражается в процентах и вычисляется как отношение суммарного объема пор (V_n) к общему объему горной породы: (V_o6щ): т = V/V_общ • 100.

В зависимости от видов полостей, заполняемых водой, различают поровые, трещинные и карстовые подземные воды. Возможны и комбинации, например порово-трещинные, трещинно-карстовые и др.

Водопроницаемость — это способность горных пород пропускать через себя воду. Обычно с возрастанием размеров слагающих породу частиц увеличивается и их проницаемость. Все горные породы в той или иной степени способны пропускать через себя воду, однако эта их способность существенно различается. По степени водопроницаемости все горные породы делят на три основ­ные группы:

водопроницаемые (К.>1): гравий, галечники, пески,любые сильно трещиноватые монолитные (скальные) породы;

слабо водопроницаемые или полупроницаемые (К_р = 1-0,001): супеси, легкие суглинки, лёссы, неразложившийся торф, слабо трещиноватые скальные породы;

водонепроницаемые или водоупорные (К < 0,001): глины, тяжелые суглинки, нетрещиноватые скальные породы, а также порды, находящиеся в зоне многолетней мерзлоты.

По условиям залегания, гидродинамическому режиму, особенностям питания среди подземных вод могут быть выделены следующие типы:

Почвенные воды залегают у дневной поверхности в почвенном слое и представляют собой «висячие» воды. Они образуются путем инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги из воздуха.

Рис.24.5.Зона аэрации и подземные воды

Верховодка так же, как и почвенные воды, находится в зоне аэрации и образуется вследствие накопления инфильтрационных вод на поверхности неглубоко залегающих прослоев или линз водонепроницаемых пород.

Грунтовые воды. Проникновение атмосферных осадков вглубь земной коры продолжается до тех пор, пока они не достигнут поверхности первого сплошного водоупорного пласта. Скапливаясь у его кровли, вода начинает перемещаться в горизонтальном направлении, постепенно заполняя пустоты в горных породах. Так образуются во­доносные горизонты.

Рис.24.6.Подвешанная линза грунтовых вод

часть водоносного горизонта, где он насыщается водой, называется областью питания; место, где подземные воды выходят в виде источников или родников, — областью разгрузки или дренирования. расположенная между ними часть водоносного горизонта, где движутся подземные воды, — областью транзита (или областью напора в случае напорных вод). Первый от земной поверхности стабильный водоносный горизонт, залегающий на первом выдержанном по площади водоупорном слое, называют горизонтом грунтовых вод. грунтовые воды обладают свободной поверхностью, которая называется зеркалом, или уровнем грунтовых вод. Уровень грунтовых вод непостоянен, повышаясь в дождливые и понижаясь в. Иногда колебания уровня в течение одного года могут достигать нескольких метров. Если на каком-либо участке уровень грунтовых вод поднимается до земной поверхности.

Межпластовые безнапорные воды располагаются ниже грунтовых и в отличие от них сверху и снизу ограничены водоупорными горизонтами. Наличие водоупорной кровли препятствует непосредственному проникновению в водоносный горизонт атмосферных осадков, поэтому области питания и залегания подземных вод здесь не совпадают и находятся на том или ином расстоянии друг от друга. Обычно безнапорные воды встречаются в условиях расчлененного рельефа, когда водоносный горизонт усиленно дренируется и поступающей в него воды не хватает для полного насыщения водопроницаемого слоя и создания напора. Водоносные горизонты, содержащие межпластовые воды, обычно распространены на обширных площадях, называемых гидрогеологическими бассейнами.

Уровень грунтовых вод

Межпластовые напорные воды иначе называют. Они приурочены к водоносным горизонтам, подстилаемым и перекрываемым водоупорными слоями горных пород, и образуются благодаря полному насыщению водой водопроницаемых пород, что и создает гидростатический напор. Обычно горизонты артезианских вод имеют широкое площадное распространение, залегают на значительных глубинах.

Структура артезианского бассейна

Наиболее благоприятные условия для формирования напорных межпластовых вод создаются либо в пределах различных отрицательных структур земной коры (мульды, синеклизы, предгорные и межгорные прогибы), либо при односклоновом (моноклинальном) залегании. область питания напорных вод обычно располагается гипсометрически выше основной площади их распространения. Поэтому вода, поступающая в водопроницаемый слой, движется по уклону, заполняя весь слой и приобретая гидростатический напор. В связи с этим основная площадь распространения артезианских вод, располагающаяся между областями их питания и разгрузки, называется областью напора. В этой области уровень напорных вод всегда располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до данного уровня называют напором и обычно выражают в метрах. Величина напора и положение уровня подземных вод зависят от высотного положения областей питания и разгрузки. Уровень напорных вод называется пьезометрическим уровнем и выражается в абсолютных отметках (по отношению к уровню моря). В тех местах, где пьезометрический уровень располагается выше земной поверхности, напорные воды самоизливаются или фонта­нируют из буровых скважин. Размеры многих артезианских бассейнов, особенно приурочен­ных к прогибам и впадинам, достаточно велики и колеблются от сотен до сотен тысяч квадратных километров. Они содержат значительные запасы воды хорошего качества, широко используемой для питьевого и промышленного водоснабжения.

Подземные воды находятся в постоянном движении и, подчиняясь законам гравитации, медленно перемещаются от областей питания к областям разгрузки. Скорость движения зависит от коэффициента фильтрации, харак­теризующего проницаемость породы, и напорного градиентаРазгрузка (дренаж) различных типов подземных вод в естественных условиях осуществляется в виде источников (ключей, родников). Обычно они располагаются в долинах рек, оврагах, на берегах озер и морей и в других понижениях рельефа. Количество воды, которое может дать источник в единицу времени, называют его расходом, или дебитом, и чаще всего выражают в литрах в секунду (л/с). Источники напорных вод обладают большими и устойчивыми дебитами.

ЩЕЛОЧность,жесткость и соленость подземных вод

Формирование химического состава подземных вод связано с их происхождением, взаимодействием с различными горными породами, в которых они находятся, а также со степенью водообмена.

Подземные воды всегда содержат то или иное количество растворенных компонентов.Суммарное содержание растворенных веществ называется общей минерализацией и выражается в г/л или мг/л.Выделяется четыре группы подземных вод:пресные (до 1 г/л);солоноватые (от 1 до 10 г/л);соленые (от 10 до 50 г/л);рассолы (более 50 г/л).

Основной химический состав подземных вод определяется содер­жанием в них анионов НСО₃^1-, SO₄^2-, С1^1- и катионов Са²⁺, Mg²⁺, Na¹⁺. По преобладающим анионам выделяются гидрохимические типы подземных вод, главными из которых являются:гидрокарбонатные;сульфатные;хлоридные воды, а также ряд промежуточных типов — гидро-карбонатно-сульфатные, сульфатно-хлоридные и др).По содержанию катионов воды каждого типа могут быть кальцие­выми, натриевыми, магниевыми или иметь более сложный смешанный состав.Помимо основных катионов и анионов, в глубокозалегающих водоносных горизонтах с высокой степенью минерализации часто содержатся и многие другие компоненты — бром, йод, стронций, литий, радиоактивные элементы, сероводород, углекислый газ. Особенно большое количество бора, брома и йода характерно для вод нефтяных и газовых месторождений, откуда они могут извлекаться в промышленном масштабе.

Минеральные воды имеют особое значение, так как обладают био­логически активными свойствами, оказывают физиологическое воздействие на организм человека и используются в лечебных целях. Наибольшее распространение они получили в пределах молодых горных сооружений (Кавказ, Карпаты, Копетдаг, Памир и др.) и в районах современного вулканизма.

По температуре минеральные воды делят на холодные (до 20 °С), теплые (от 20 до 37 °С), горячие (от 37 до 42 °С) и очень горячие (гипотермальные — более 42 °С). В зависимости от состава, свойств и лечебного значения среди них различают углекислые, сероводородные и радиоактивные минеральные воды.

Углекислые воды, сильно газирующие углекислотой, широко.

Сероводородные, или сульфидные, минеральные воды, отличающиеся повышенным содержанием свободного сероводорода, районах современной вулканической деятельности.Радиоактивные минеральные воды характеризуются повышенным содержанием радиоактивных элементов и в первую очередь эманации радия — радона. Радоновые воды широко используются для лечебных целей. Широко распространены они и в районах современного вулканизма.

Дата добавления: 2015-08-29