Лекция №16 «подземные воды»
находящиеся в толще горных пород, и заполняющие в них пустоты (поры, трещины, каверны и т.п.). Общий объем подземной воды, располагающейся до глубины 16 км, составляет 400 млн.куб.км. Это 1/3 Мирового океана. Подземными водами снабжается до 70% городов России. Горные породы способны вмещать, пропускать через себя и отдавать воду.
Классификация подземных вод (в жидкой фазе):
1.Физически прочностная – гигроскопическая образуется из паров, проникающая в породы вместе с воздухом. Одномолекуляр-ные пленки па частицах, в глинах, суглинках
2.Физически рыхлосвязанная – пленочная – слои молекул поверх гигроскопической воды – молекулярное притяжение
3.Капилярная, заполняющая мельчайшие трещинки и поры. Удерживают силы поверхностного натяжения, поднимается до 2-3м.
4.Гравитационная (капельно-жидкая) – полное насыщение пор и трещин, свободное перемещение гравитацией и напором. (В т.ч. трещинно-карстовыве).
5.Химически связанная (конституционная, кристаллизационная, гидратная) в составе кристаллических решеток (гипс, мирабилит, лимонит..)
Газообразная вода – в виде пара, очень подвижная.
Вода в твердом состоянии – лед, мерзлота, в полярных областях, в Сибири.
Формы связи молекул воды с частицами породы 1- Частицы породы, 2- молекулы воды в виде пара, а –прочностная вода при неполном насыщении, б – то же при полном насыщении, в и г – рыхлосвязанная (пленочная) вода - движется между частицами в окружении более тонкой пленки, д – гравитационная вода, образующая капли, стекающая под влиянием гравитации
Генезис подземных вод
1.Инфильтрпационные– просачивание атмосферных осадков , поглощение рек и озер в водопроницаемые породы. Имеют основное практическое значение.
2.Конденсационные – конденсация паров в порах пород. Часто в пустынях.
3.Седиментационные – захоронение вод древних бассейнов вместе с осадками (часто рассолы). Бывают сингенети-ческие и эпигенетические
4. Магматические (ювенильные) – из паров магматических расплавов, поднимаются, конденсируются и смешиваются с другими.
5.Метаморфогенные (дегидрата-ционные)- при метаморфизме, из-за высоких температур и давлений переходят в свободное состояние
Чаще всего в природе встречаются различные воды смешанного генезиса
По происхождению различают три крупные класса вод : 1. вадозные - поверхностного генезиса (инфильтрационные и конденсационные) –из атмосферы, 2. ювенильные - , глубинного происхождения - при ее поступлении из недр Земли (магматогенные и метаморфогенные) 3. седиментационные образованные в процессе осадконакопления.
Водно-коллекторские свойства пород удерживать и пропускать воду
Скважность – общий объем пустот в породе
Пористость – отношение (в %) суммарного объема пор к общему объему породы.
Влагоемкость - способность поглощать и удерживать воду. Она измеряется количеством литров на куб. метр породы. Влагоемкость пород может доходить до 525л/м3.
Водопроницаемость -способность горной породы пропускать через себя воду. Различают породы: водопроница-емые (пористые пески, гравий, галечники или трещиноватые скальные породы), и водоупорные (глины, монолитные магматические и метаморфическое, многолетне-мерзлотные породы.
Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации – скорость фильтрации в М/С, при уклоне 45˚ градусов. Водопроницаемые породы имеют К ›1, водонепроницаемые – К ≤ 0,001
Слабо водопроницаемые породы (супеси, суглинки, лессы, торф, слабо трещиноватые скальные породы) имеют К от 1 до 0,001
Водоотдача
определяется отношением свободно вытекающей из породы воды к ее объему. Наибольшей водоотдачей обладают наиболее грубообломочные породы (например, галечники и гравелиты).
Вода находится в горных породах в различном состоянии. Легко извлекается «свободная вода». Она находится в капельно-жидком состоянии, твердом или в парообразном и подчиняется силам гравитации, либо это вода капиллярная, удерживаемая в тонких каналах силой поверхностного натяжения.
Кроме свободной воды в горных породах находится физически связанная –(гигроскопическая), которая удаляется только при нагревании до температуры более 100 градусов С) и пленочная (находится поверх гигроскопической в виде пленки многомолекулярной и способной к медленному перемещению между зернами с разной ее толщиной).
Основными признаками, положенными в основу классификации подземных вод, являются их химический состав и условия залегания
По химическому составу подземные воды подразделяются на классы: (гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные - по радикалу соответствую-щих кислот). Классы, в свою очередь, делятся на группы в зависимости от присутствия одного из катионов (кальция, магния, натрия).
Химический состав воды определяет ее название.
Например, гидрокарбонатнокальциевая, сульфатномагниевая и т.п.
Группы подразделяются на типы I, II, III в зависимости от соотношений компонентов.
Полная запись химического типа воды (например, гидрокарбонатнокальциевой II) выглядит так – С Са II.
Кроме этой основной классификации по химическому составу различают воды щелочные (содержащие HCO3), жесткие ( Сa и Mg) и соленые (Cl и SO4).
По условиям залегания и гидравлическим свойствам различают воды : 1-верховодку, 2-грунтовые, 3-межпластовые безнапорные и
4 -напорные (артезианские).
Верховодка залегает на первом водоупорном не выдержанном по простиранию горизонте и обычно находится в зоне аэрации на глубине до 1, реже 3-х метров. Ее уровень значительно колеблется в зависимости от погоды и обычно сильно загрязнена.
а-почвенные воды, б- верховодка, в –грунтовые воды, г, д- межпластовые воды; 1- почвенно-растительный слой, 2- водопроницаемые породы, 3- полуводо-проницаемые породы, 4- водоупорные породы, 5- гравитационная вода, 6- уровень грунтовых вод
Грунтовые воды распространены, так как подстилаются региональным водоупором, порода, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом, которое может менять свое гипсометрическое положение в зависимости от погоды.
Они более устойчивы по сравнению с верховодкой. Зеркало грунтовых вод обычно горизонтально, но при расчлененном рельефе оно может его повторять в сглаженном виде.
Если водоносный горизонт рассечен речной долиной, то вода из него подпитывает реку. Такие области называются областями разгрузки. В этом случае зеркало грунтовых вод наклонено в сторону области разгрузки, и степень такого наклона называется напорным градиентом. Скорость перемещения подземных вод невелика и редко доходит до 100 метров в сутки (в галечниках).
Межпластовые воды, имеющие зеркало, так же как и грунтовые, являются безнапорными. Когда подземные воды полностью насыщают пласт, они становятся напорными. Особый интерес привлекают воды артезианские
Уровень, до которого происходит подъем напорных вод, называется пьезометрическим. Он может быть положительным (скважина фонтанирует) или отрицательным (если он ниже поверхности рельефа).
Аналогично пластовым ведут себя воды областей многолетней мерзлоты ( воды бывают надмерзлотные (безнапорные), межмерзлотные и подмерзлотные (напорные).
Разрушительная работа подземных вод:1-суффозия, 2-оползни, 3-карст.
Суффозия - вынос водой твердых частиц, зерен горной породы в области разгрузки.
Оползни возникают у крутых склонов в толщах водонасыщенных пород, подстилаемых наклонно залегающим водоупором.
Карст – разрушение (коррозия, эрозия, суффозия) горных пород с образова-нием полостей и отложением перенесенного вещества в другом месте. Карст развивается в относительно хорошо растворимых горных породах, чаще всего в известняках, гипсах и солях. При этом возникают системы карстовых полостей (пещеры), зоны кавернозности, а на поверхности земли образуются карстовые воронки и входы в колодцы и шахты, по которым атмосферная вода поступает на глубину.
В результате постоянного контакта с вмещающими породами подземная вода часто обогащается различными солями, и далее, выходя на поверхность, образует термальные и минеральные источники. По температурному режиму источники подразделяются на холодные с температурой ниже 200˚С, теплые (20-370˚С) , горячие (37-420˚С) и очень горячие (свыше 420 ˚С). По содержанию минералов воды подразделя-ются: на углекислые (нарзан), сероводород-ные (целебные воды Мацесты) и радиоактив-ные (родоновые), используемые для приготовления лечебных ванн.