Содержание

Содержание:

1. Типы вод ………………………………………………………………………………………………………………………… стр

2. Условия питания ……………………………………………………………………………………………………………. стр

3. Условия образования ……………………………………………………………………………………………………. стр

4. Разгрузка………………………………………………………………………………………………………………………… стр

Область питания — это зона, в пределах которой атмосфер­ные осадки могут проникать в гидравлическую систему. Преобла­дающими направлениями движения подземных вод в этой части водоносного горизонта могут быть нисходящее вертикальное и частично горизонтальное. Водоносный горизонт в этой зоне непосред­ственно связан с зоной аэрации, обеспечивающей его питание. Вместе с тем питание водоносных горизонтов происходит не только атмосферными осадками или поверхностными водами, но и за счет других водоносных горизонтов. В этом случае говорят о закрытой или внутренней области питания. Область распространения (напора) подземных вод — про­межуточная зона между областями питания и разгрузки, которая является основной по площади развития. В пределах этой области преобладающим направлением движения подземных вод является горизонтальное. Для безнапорных водоносных горизонтов эти две первые области, как правило, совпадают. Область разгрузки — зона, в пределах которой подземные воды выходят на поверхность земли или переливаются в другой водонос­ный горизонт (скрытая разгрузка). Направления движения подзем­ных вод могут быть вертикальными восходящими или нисходящими.

Три основных типа подземных вод (по А.М.Овчинникову):

• Верховодка

• Грунтовые

• Артезианские

Под верховодкой понимают первый от поверхности временно существующий водоносный горизонт, залегающий в зоне аэрации на водоупорах ограниченного размера. Отличие верховодки от других типов вод заключается в том, что она располагается выше посто­янно существующего горизонта подземных вод, т.е. в зоне проса­чивания, и приурочена к поверхности слабопроницаемых горных пород, заключенных среди водопроницаемых. Ниже верховодки обычно наблюдается зона неполного насыщения. Вслед­ствие этого верховодка оказывается как бы подвешенной или висячей, занимающей в некотором роде несвойственное гравитационным водам положение. Отсюда ее временность и ограниченность в простран­стве, так как через некоторый промежуток времени подвешенная вода стекает в зону полного насыщения. Верховодка образуется в зоне аэрации только в случае наличия водоупорных пород. Последние могут быть представлены линзами глин и суглинков различного генезиса, погребенными почвами, ледниковой мореной, мерзлыми породами, останцами коренных пород и т.д. Своим происхождением верховодка обязана инфильтрации атмосферных осадков. Некоторое количество воды может поступать также в результате конденсации. По особенностям водного режима в зоне аэрации выделяется три подзоны: переменного увлажнения, транзита и капиллярной каймы. Атмосферные осадки, которые просачиваются в зону аэрации аккумулируются преимущественно в почвенном слое (верхние 20 см) Мощность верховодки чаще всего равна 0,4-1 м, редко дости­гает 2-5 м- Формируется она главным образом в супесчано-суглинистых грунтах. Время ее существования в значительной мере определяется климатическими условиями, формой и размерами водоупорного слоя глубиной его залегания; водопроницаемостью вме­щающих пород и рельефом местности. На водоупорах относительно больших разме­ров создается возможность более длительного хранения гравитаци­онных вод, так как увеличиваются пути и время их растекания. Глубина залегания водоупорного слоя регулирует степень воздей­ствия процессов испарения на верховодку. На глубинах более 2-3 м испарение уже практически не играет роли. В пределах городов и промышленных пло­щадок образованию верховодки способствуют также фундаменты зданий, уплотняющие грунты. Режим верховодки всецело определя­ется количеством инфильтрующихся атмосферных осадков, а на территориях городов и промышленных площадок — и объемом сбрасываемых в зону аэрации сточных вод. Вследствие неглубокого залегания и отсутствия водоупорной кровли верховодка легко загрязняется и поэтому является ненадеж­ным источником водоснабжения. Тем не менее верховодка иногда служит источником воды, извлекаемой колодцами. В степных, полупустынных и пустынных районах она может оказаться един­ственным типом природных вод со сравнительно небольшим содер­жанием солей, пригодным для водоснабжения небольших населен­ных пунктов. К разновидностям верховодки A.M. Овчинников относит почвен­ные воды, болотные воды и воды песчаных дюн. Почвенные воды - это совокупность всех типов вод почвенного слоя, которая определяет структуру, свойства и водный режим почв. Среди почвенных вод наибольшее значение для растений имеют пленочные, капиллярные и свободные. Болотные воды Болотом называется избыточно увлажненный участок земной поверхности, покрытый слоем торфа глубиной не менее 30 см в неосушенном и 20 см в осушенном виде. Все избыточно увлажненные земельные площади, не имеющие слоя торфа глубиной менее 30 см в неосушенном состоянии, называются заболоченными землями. Возникновение болот связано с различными причинами. Главные из них - наличие подстилающего водоупорного слоя, отсут­ствие поверхностного стока, слабое испарение, преобладание осадков над испарением. По характеру растительности и торфя­ной залежи болота делятся на три типа: верховые, низинные и переходные. Воды песчаных дюн часто встречаются в засушливых (пустын­ных) районах и вызывают большой интерес поскольку являются пресными. Происходит это в том случае, когда зона аэрации сильно проницаема (песок), что позволяет воде весной при таянии снега или выпадании дождя быстро проникать на глубину большую, чем критическая глубина испарения (обычно 2-3 м), и при наличии водоупора с мульдообразным рельефом оставаться в песках в те­чение длительного времени. Примерно также формируются пресные воды в песчаных дюнах на побережьях морей, где они залегают выше соленой морской воды.

Грунтовыми называют свободные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего в зоне полного насыщения. Следовательно, главное отличие грунто­вых вод от вод верховодки заключается в том, что первые зале­гают в зоне полного насыщения, вторые — в зоне аэрации. Отсюда и другие отличия, связанные с масштабами их распространения, временем существования, мощностью водоносных горизонтов, режимом, составом, глубиной залегания. Грунтовые воды развиты повсеместно. В любом месте, где бы мы ни стали бурить или копать колодец, мы встретим воду. Как правило, это будет грунтовая вода и значительно реже верховодка. Если такие воды залегают в порах осадочных пород, то они называются пластовыми, если в трещинах скальных пород — трещинными или грунтово-трещинными. Чаще всего грунтовые воды не имеют сверху водонепроницае­мых пород и поэтому являются безнапорными. Но это не главный их отличительный признак, как полагают некоторые исследователи. На отдельных локальных участках водоупор может присутствовать, и в таком случае они становятся напорными, но это никак не меняет сути явления. Область питания грунтовых вод, как правило, совпадает с об­ластью их распространения. Грунтовые воды тесно связаны с ат­мосферными осадками, поверхностными водами и верховодкой и поэтому зональны. Режим их находится под непосредственным влиянием гидрометеорологических факторов и характеризуется се­зонными колебаниями уровня, дебита и химического состава. По возрасту грунтовые воды являются современными, но в геологи­ческом смысле, так как абсолютный возраст их может достигать 50 тыс. лет. В зависимости от условий залегания грунтовых вод различают грунтовый поток и грунтовый бассейн. Первый характеризуется движением воды, происходящим под влиянием силы тяжести в направлении уклона свободной поверхности, второй — наличием в водоупорном ложе понижений и движением воды на отдельном отрезке в восходящем направлении. Тот и другой имеют ряд разновидностей, а местами наблюдаются сложные их комбина­ции. Глубина залегания и форма поверхности грунтовых вод, ко­торую принято называть зеркалом, обусловливается глубиной эро­зионного расчленения рельефа. На карте она изображается гидроизогипсами — линиями одинаковой высоты зеркала. Неглубокое залегание грунтовых вод на первом от поверхности региональном водоупоре определяет направление их движения под действием силы тяжести в соответствии с уклоном зеркала, а разгрузку, как правило, у подножий склонов. Питание их в основ­ном осуществляется через зону аэрации за счет инфильтрации ат­мосферных осадков (дождевых, талых и паводковых вод) по всей площади их распространения и в меньшей мере конденсирующейся влаги в зоне аэрации. В каждом конкретном районе могут существо­вать и другие источники питания (речные воды, поступление воды из оросительных каналов, переток артезианских вод из более глу­боких водоносных горизонтов и т.д.). Поверхность грунтовых вод приближенно повторяет рельеф региона. На водоразделах глубина залегания грунтовых вод значительно больше, чем в долинах. Особенно велико их различие в горных областях, где разница отметок долин и водораз­делов нередко достигает 500-700 м. В равнинных областях это соотношение значительно меньше и не превышает 100 м. Условия питания грунтовых вод определяют и их режим, т.е. изменение их запасов, уровня, состава и свойств во времени под действием природных и искусственных факторов. Наиболее интенсивное влияние естественных факторов сказыва­ется на неглубокие грунтовые воды. По мере увеличения глубины их залегания влияние многих факторов ослабевает или полностью прекращается. В наше время режим грунтовых вод часто опреде­ляется в основном искусственными факторами, обусловленными деятельностью человека. Распашка земель, вырубка лесов, создание водохранилищ, строительство городов, сооружение водозаборов глобально меняют условия питания, залегания и разгрузки подзем­ных вод. Все это сказывается на запасах, качестве и составе подземных вод в целом. Этот фактор стал доминирующим и требует особо пристального изучения. Грунтовые воды, как и все воды верхней части земной коры, зональны. Их состав закономерно изменяется в соответствии с изменением климатических особенностей территории.

Артезианскими называют все подземные воды, кроме первого от поверхности водоносного горизонта, залегающие между водоупорными слоями и имеющие напор. Такие воды встречаются в основном в дочетвертичных отложениях, образующих крупные геологические структуры как на платформах, так и в горно-складчатых областях. Для артезианских вод характерны следующие особенности:

1. они относятся к межпластовым водам, поскольку сверху и снизу изолированы водоупорами;

2. при вскрытии уровень этих вод устанавливается выше кровли содержащего их горизонта, а иногда и выше поверхности земли (скважины на таких участках фонтани­руют);

3. распространены в большом интервале глубин от несколь­ких десятков метров до 15 км;

4. они в значительно меньшей степени, чем грунтовые, подвержены воздействию экзогенных факторов и обладают относительно стабильным режимом;

5. им свойствен упругий характер фильтрации, что связано с проявлением упругих свойств воды и самого пласта при изменении давления в недрах;

6. сложная и обычно затрудненная взаимосвязь межплас­товых вод, преимущественно вертикальное (сверху вниз) их перетекание на периферии структур и снизу вверх в областях наиболь­шего прогибания фундамента или низких абсолютных отметок зем­ной поверхности.

Артезианские воды обычно занимают геологические структуры отрицательной формы: синеклизы, впадины, мульды, краевые и межгорные прогибы, грабены и т.д. В течение долгого времени считали, что артезианские воды формируются за счет внешней об­ласти питания, расположенной в местах выхода водоносного гори­зонта на дневную поверхность, а движение воды происходит под влиянием разности напоров в областях питания и разгрузки водо­носных горизонтов. В этом случае пластовое давле­ние не может превышать гидростатическое, а гидродинамический режим остается на всем протяжении бассейна инфильтрационным. Однако по мере накопления новых данных, выяснилось, что такое представление верно только для части артезианских бассейнов небольшого размера, рас­положенных преимущественно в предгорных или горных областях. Для большинства же артезианских бассейнов платформенного типа такое представление далеко от действительности и требует пересмот­ра. Это связано с тем, что большинство артезианских бассейнов на платформах и особенно крупные из них всегда содержат седиментационные воды, характеризуются наличием аномально высоких пластовых давлений, элиэионным типом гидродинамического режима и т.д. Значительная часть воды таких бассейнов сформирована не путем инфильтрации в процессе климатического круговорота, а захоронена в результате геологического круговорота. Последний же по многим гидродинамическим, генетическим, гидрогеохимическим параметрам принципиально отличается от первого.

Все это требует разделения артезианских бассейнов на два типа:

• Инфильтрационные

• элизионные.

Артезианские бассейны инфильтрационного типа заполнены водой только метеорного генезиса. Имен­но для артезианских бассейнов такого типа выделяют три области: инфильтрационного питания (внешняя и внутренняя); напора; разгрузки.        В этом случае движение воды происходит под влиянием разности напоров в областях питания и разгрузки, пла­стовое давление в любой части бассейна остается по своей природе гидростатическим. Размеры областей питания и разгрузки являются относительно области напора незначительными, хотя первые и рас­полагаются часто в горной (внешней) части бассейна, а также в междуречных пространствах, локальных возвышенностях, мелких хребтах, гривах и т.д. Область распространения напора (стока) находится внутри ос­новной площади артезианского бассейна. В ее пределах водоносным горизонтам (комплексам) свойственны напорные уровни, которые принято именовать пьезометрическими. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до пьезометрического комплекса называется напором подземных вод. Напор характеризует запас потенциальной энергии воды. Область разгрузки артезианских вод располагается на более низких абсолютных отметках по сравнению с областью питания. Область разгрузки представляет собой, как правило, совокупность открытых и скрытых очагов (разгрузка в рыхлые четвертичные отложения, русла рек, на дне морей). В зависимости от гипсометрического положения областей пита­ния и разгрузки, а также их местонахождения в пределах артези­анского бассейна интенсивность подземного стока бывает самой разнообразной. Очень часто встречаются артезианские бассейны с замедленным водообменом в погруженных частях, когда области питания имеют примерно одинаковое высотное положение, а видимые области разгрузки отсутствуют. Иногда разгрузка подземных вод происходит по тектонически ослабленным зонам, а также через слабопроницаемые или водоупорные (при значительной разности напоров) породы кровли на всей площади их распространения. Артезианские бассейны элизионного типа формируются на уча­стках прогибания земной коры и заполнения их осадочным материалом в процессе геологического круговорота. Изначально такие бассейны заняты солеными морскими водами, которые погружаются (захороняются) в недра земли вместе с горными породами. В этом случае напор и движение вод возникают не за счет превышения области питания над областью разгрузки, а под влиянием нарастающего веса вышележащих пород и дополнительно тектонических напряжений. В этих условиях происходит отжим связанных глинами вод и перенос их в водоносные горизонты, регулярное перераспределение напоров, возникновение аномально высоких пластовых давлений. Бассейн не получает воду из внешних или внутренних областей питания. Источником ее служат водовмещающие горные породы, которые при уплотнении и уменьшении пористости выдавливают воду, ранее захваченную из морского бассейна. Интенсивность такого элизионного отжатия воды с глубиной зату­хает, но в тех или иных размерах продолжается на всех этапах захоронения горных пород. Эти процессы протекают в течение десятков и даже сотен миллионов лет. Наряду с физически связан­ными глины отдают и химически связанные воды, так как в бассейне происходит глубокая трансформация минерального веще­ства на всех стадиях литогенеза. Из сказанного вытекает важный вывод о том, что артезианские бассейны элизионного типа отличаются наряду с другими призна­ками наличием принципиально иной, отличной от уже упоминавших­ся выше внешней и внутренней областью питания. Эту область мы предлагаем называть внутрипластовой. Последняя, следовательно, представляет собой систему пластов горных пород, отдающих раз­личные виды воды, изначально захваченной в бассейне седимента­ции, в процессе их уплотнения под действием массы вышележащих пород или возникающих тектонических напряжений. Отжатие воды из пород происходит на всех стадиях литогенеза (диагенеза, катагенеза и даже метагенеза). Внутрипластовая область питания располагается в самом артези­анском бассейне, в его внутренней (захороненной) части и почти полностью может совпадать с областью распространения напора и соответственно стока. Более того, внутрипластовая область пита­ния гипсометрически располагается ниже области разгрузки, т.е. картина оказывается как раз обратной той, которая обязательна "для классического артезианского бассейна. При этом чем более мощными являются слои водоупорных пород (глин), тем больше при прочих равных условиях отжимается воды и соответ­ственно выше напор. Особенно велик напор в центральной, наибо­лее погруженной части бассейна, которая испытывает наибольшее прогибание и аккумулирует больше осадочных пород. Водоносные горизонты не получают никакого количества дополнительной воды, кроме той, которая от­жимается из горных пород. Отсюда гидродинамика бассейна опреде­ляется только элизионным типом режима. Артезианские бассейны инфильтрационно-элизионного типа. Сразу после отступления моря в водоносные горизонты, заполнен­ные морской водой, устремляются инфильтрационные воды, т.е. начинается процесс вытеснения или замещения седиментационных вод инфильтрационными — один из важнейших гидрогеологических процессов, широко развитый в артезианских бассейнах. Процесс замещения начинается с самых верхних горизонтов и областей их питания. Постепенно этот процесс захватывает все более и более глубокие горизонты и новые площади. В конце концов за геоло­гически достаточное время все седиментационные воды из бассейна могут быть вытеснены инфильтрационными. Соответственно артези­анский бассейн перейдет из типа элизнонного, который он представ­лял изначально, в инфильтрационный. Большая часть современных артезианских бассейнов на плат­формах и некоторая часть в горно-складчатых областях находят­ся на той или иной стадии вытеснения соленых вод пресными. Поэтому они относятся к инфильтрационно-элизионному типу.

Подземные воды районов активного вулканизма. Активный современный вулканизм приурочен в основном к регионам, где континентальная кора соседствует с океанической: островным дугам, глубоководным желобам, побережьям внутренних морей и редко к молодым разломам, расположенным на континен­тах. Подземные воды в таких регионах образуют водоносные си­стемы со специфическими условиями их строения, питания, разгруз­ки и состава воды. Высокая температура развитых здесь подземных вод, разнообразие их фазового и химического состава обусловили применение к ним особого термина — гидротермы (современные или древние), широко используемого в геологии. К гидротермам относятся струи пара, жидкие горячие водные растворы, пароводя­ные смеси, т.е. все виды горячих вод и пара, широко распростра­ненных в рассматриваемых регионах. Гидротермальные системы районов современного вулканизма ~ это крупные емкости, в которых активно проявляется гидротермальная деятельность, связанная с аномально высоким привносом тепла из глубоких частей земли. С гидрогеологических позиций — это бассейны горячих вод и пара, которые часто разгружаются на поверхности земли. Большинство гидротермальных систем связано с вулкано-тектоническими депрессиями либо обширными древними кальдерами, реже с наложенными грабенами горно-складчатого обрамления. Участки непосредственной гидротермальной деятельности в пре­делах депрессий часто приурочены к локальным структурным поднятиям (сложным горстам), ограниченным крутопадающими разломами. Многообразие гидротерм и геологических условийих прояв­ления приводит и к формированию специфических формихразгрузки, которые не встречаются в районах вне проявления гидротермальной деятельности. К основным видам форм прояв­ления такой разгрузки относятся фумаролы, гейзеры, паровые струи и термальные родники. Фумаролы — это вулканические эманации в виде парогазовых струй или спокойных выделений газов из трещин и каналов в жерлах, на внутренних стенках; внешних склонах вулканов (первич­ные фумаролы) или на поверхности неостывших лавовых потоков и пирокластических покровов (вторичные фумаролы). Фумаролы разделяются на:собственно фумаролы (преиму­щественно хлористо-сернисто-углекислые газы с температурой до 800^о С); сольфатары (парогазовые струи с преобладанием сероводорода или сернистого газа и температурой 90-300° С); мофеты (преимущественно углекислые парогазовые струи с температурой до 100° С). Гейзеры — это своеобразные родники, периодически, строго закономерно выбрасывающие воду и пар. Морфологически гейзер представляет систему; состоящую из канала, подводящую перегре­тую воду или горячий пар к находящемуся вблизи от поверхности подземному резервуару (камере), в который по боковым каналам или трещинам поступает холодная или метеорная вода. От камеры также идет канал к поверхности, венчающийся чашеобразной ворон­кой. Выход воды из резервуара к поверхности затруд­нен. Чтобы такой выход (извержение) начался, требуется создание в резервуаре определенного давления, после достижения, которого канал приоткрывается и вода с паром выходит в виде фонтана.

Все воды, находящиеся в толще горных пород в твердом, жидком или газообразном состоянии, называются подземными

На материках они образуют сплошную оболочку, которая не прерывается даже в областях сухих степей и пустынь. Как и поверхностные воды, они находятся в постоянном движении и участвуют в общем круговороте воды в природе. Строительство и эксплуатация большинства наземных сооружений и всех подземных связаны с необходимостью учета движения подземных вод, их состава и состояния. От подземных вод зависят физикомеханические свойства и состояние многих горных пород. Они часто затопляют строительные котлованы, канавы, траншеи и тоннели, а, выходя на поверхность, способствуют заболачиванию территории. Подземные воды могут являться агрессивной средой по отношению к горным породам. Они выступают основной причиной многих физикогеологических процессов, возникающих в естественных условиях, в процессе строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Различают:

Питьевые воды – воды, по своему качеству в естественном состоянии или после обработки отвечающие нормативным требованиям и предназначенные для питьевых и бытовых нужд человека, либо для производства пищевой продукции. Этот тип вод включает также минеральные природные столовые воды, к которым относятся подземные воды с общей минерализацией не более 1 г/дм³, не требующие водоподготовки или не изменяющие после водоподготовки своего естественного состава.

Технические подземные воды – воды различного химического состава (от пресных до рассолов), предназначенные для использования в производственно-технических и технологических целях, требования к качеству которых устанавливаются государственными или отраслевыми стандартами, техническими условиями или потребителями.

Подземные воды так же подразделяют:

Подземные воды в основном образуются в результате просачивания (инфильтрации) атмосферных осадков и поверхностных вод в толщу земной коры. Вода проходит через водопроницаемые породы до водоупорного слоя и накапливается на нем, образуя подземный бассейн или поток. Такая подземная вода называется инфильтрационной. Количество инфильтрационной воды зависит от климатических условий местности, рельефа, растительности, состава пород верхней толщи, их структуры и текстуры, а также тектонического строения района. Инфильтрационные подземные воды являются самыми распространенными.

Подземная вода может образовываться также путем конденсации парообразной воды, постоянно циркулирующей в порах горных пород. Конденсационная подземная вода образуется только летом и частично весной и осенью, а зимой не образуется совсем. Конденсацией водяных паров А. Ф. Лебедев объяснял образование значительных запасов подземной воды в зонах пустынь и полупустынь, где количество выпадающих атмосферных осадков ничтожно. Конденсироваться могут не только водяные пары атмосферы, но и водяные пары, выделяющиеся из магматических очагов и других высокотемпературных зон земной коры. Такие подземные воды называются ювенильными. Ювенильные подземные воды обычно сильно минерализованы. В ходе геологического развития в толще земной коры могут сохраняться погребенные водные бассейны. Вода, содержащаяся в осадочных толщах этих бассейнов, называется реликтовой.

Образование подземных вод представляет собой сложный процесс, начинающийся с накопления осадков и тесно связанный с геологической историей района. Очень часто подземные воды различного происхождения перемешиваются между собой, образуя смешанные по происхождению воды.

Верхнюю часть земной коры с точки зрения распространения подземных вод принято делить на две зоны: зону аэрации и зону насыщения. В зоне аэрации не всегда все поры горных пород заполнены водой. Все воды зоны аэрации питаются за счет атмосферных осадков, интенсивно испаряются и поглощаются растениями. Количество воды в этой зоне определяется климатическими условиями. В зоне насыщения, независимо от климатических условий, всегда все поры горных пород заполнены водой. Над зоной насыщения находится подзона капиллярного увлажнения. В этой подзоне тонкие поры заполнены водой, а крупные воздухом.

В зоне аэрации образуются почвенная вода и верховодка. Почвенная вода залегает непосредственно у поверхности земли. Это единственная вода, которая не имеет под собой водоупора и представлена, в основном, связанной и капиллярной водой. Почвенная вода находится в сложной взаимосвязи с животными и растительными организмами. Она отличается резкими колебаниями температуры, наличием микроорганизмов и гумуса. С почвенной водой строители сталкиваются только на заболоченных участках.