Классификация подземных вод по условиям залегания

Классификация подземных вод по условиям залегания • • • По условиям залегания выделяют следующие типы подземных вод: 1. почвенные воды; 2. верховодка; 3. грунтовые и артезианские воды; 4. трещинные и карстовые воды; 5. подземные воды в многолетнемерзлых породах; 6. минеральные, промышленные и термальные воды. Почвенные воды. К почвенным водам относятся гравитационные воды в почвенном слое, которые образуются в результате проникновения атмосферных осадков и конденсации водяного пара. Наличие значительного количества почвенной воды указывает на избыточное увлажнение, приводящее к заболачиванию. Питание почвенных вод происходит как сверху, так и снизу – путем перехода в свободное состояние капиллярно-подвешенной воды, особенно в случае неглубокого залегания грунтовых вод. Верховодка образуется в зоне аэрации, инфильтрационная вода встречает на своем пути водоупор среди водопроницаемых пород. Водоупорным ложем могут быть линзы глин или суглинков в толще песков, участки коры выветривания на скальных породах, мерзлые толщи. Верховодка отличается сезонным характером и локальным невыдержанным по площади развитием. С грунтовыми или речными водами она обычно не имеет гидравлической связи. Мощность верховодки чаще всего равна 0, 4– 1, 0 м, редко 2– 5 м. На формирование верховодки сильно влияет характер рельефа. Наилучшие условия для верховодки создаются на плоских водоразделах и в степных пространствах с местными понижениями, куда стекает дождевая влага, и задерживаются талые воды. Режим верховодки зависит от климатических условий. Эти воды легко загрязняются. В естественных условиях верховодки различны. В районах избыточного увлажнения она слабо минерализована, характеризуется относительно высоким содержанием органических веществ. При аридном климате образуются соленые воды и рассолы.

Грунтовые воды – это свободные (гравитационные) воды первого от поверхности Земли, изменяющегося во времени, но постоянно существующего водоносного горизонта, заключенного в рыхлых отложениях или в верхней трещиноватой части коренных пород и залегающего на первом от поверхности выдержанном водоупоре • Поверхность грунтовых вод свободна. При вскрытии грунтовых вод буровой скважиной или колодцем их уровень устанавливается на той же глубине, где они были встречены. Поверхность грунтовых вод именуется зеркалом. • В зависимости от геоморфологических условий геологического строения грунтовые воды движутся в сторону ближайшего понижения, образуя грунтовый поток Рис. 1. Формы залегания грунтовых вод: а – грунтовый поток; б – грунтовый бассейн; 1 – песок; 2 – водоносный песок; 3 – водоупор Бассейны грунтовых вод образуются в понижениях водоупорного основания, когда инфильтрующиеся осадки не в состоянии переполнить этот бассейн. В природных условиях часто встречается сочетание потоков и бассейнов грунтовых вод. Мощность водоносного горизонта определяется расстоянием по вертикали от зеркала грунтовых вод до кровли подстилающего водоупорного пласта.

Особенности грунтовых вод: • • • 1. Грунтовые воды безнапорные, имеют свободную поверхность с давлением на ней, равным атмосферному и передвигаются под действием силы тяжести в направлении уклона их зеркала. 2. Питание осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги в зоне аэрации, область питания совпадает с областью распространения. 3. Разгрузка происходит у основания склонов или в поверхностные водоемы и водотоки, с которыми грунтовые воды имеют гидравлическую связь. 4. В зависимости от климатических условий уровень, расход, температура и другие параметры водоносного горизонта подвержены сильным колебаниям во времени. Гидроизогипсы – это линии, которые соединяют точки с одинаковыми отметками уровня грунтовых вод. Карты гидроизогипс строятся по данным одновременных замеров уровня грунтовых вод в скважинах, колодцах, шурфах. По карте гидроизогипс можно определить направление движения и величину уклона грунтового потока, глубину и характер залегания уровня грунтовых вод и его соотношение с рельефом поверхности. Основным видом питания грунтовых вод является инфильтрация атмосферных осадков. В пустынных районах грунтовые воды могут получать конденсационное питание. Местами грунтовые воды получают питание за счет подтока напорных вод нижележащих горизонтов. Разгрузка (дренирование) горизонта грунтовых вод происходит в виде родников, пластовых высачиваний и других водопроявлений на поверхности земли.

• Артезианскими водами считаются подземные воды, находящиеся в водоносных горизонтах (комплексах), перекрытых и подстилаемых водоупорными или относительно водоупорными пластами, обладающие гидростатическим напором, который обуславливает подъем уровня воды над кровлей при вскрытии скважинами или другого вида выработками. Для артезианских вод характерны следующие особенности: • 1. Это межпластовые напорные воды, горизонты и комплексы которых изолированы сверху и снизу водоупорами; • 2. Области питания, создания напора и распределения не совпадают и часто удалены одна от другой на большие расстояния; • 3. При вскрытии артезианского водоносного горизонта появление воды в скважине всегда отмечается глубже по сравнению с установившимся уровнем; • 4. Режим в незначительной степени подвержен влиянию поверхностных факторов; • 5. В верхней части разреза воды пресные, с глубиной их минерализация возрастает, они становятся солеными или даже рассолами. Совокупность артезианских водоносных горизонтов или комплексов, залегающих в синклинальных структурах, образуют артезианский бассейн (рис. 2). В каждом артезианском бассейне принято выделить три области: 1. современного питания и создания напора; 2. разгрузки; 3. распространения напора. Рис. 2. Схема строения артезианского бассейна (по А. М. Овчинникову): а - область питания; б – область напора; в – область распространения; 1 – водоносные породы; 2 – водоупорные породы; 3 – пьезометрический уровень Н 1 и Н 2 – пьезометрические напоры; m – мощность водоносного горизонта.

• Уровень напорных вод называется пьезометрическим и всегда располагается выше кровли водоносного горизонта. Он является реальным только в скважинах, вскрывших водоносный горизонт. На участках отсутствия скважин пьезометрический уровень устанавливается методом интерполяции. • Характер пьезометрической поверхности на картах изображается в виде пьезоизогипс (гидроизопьез) – линий, соединяющих точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня. • Карты гидроизопьз обязательно сопровождаются гидрогеологическими разрезами, на которых показывают стратиграфические границы, литологические особенности пород в виде колонок у стволов скважин, водоупорные толщи, напоры и абсолютные отметки пьезометрических уровней, водопроницаемость пород. • По карте гидроизопьез можно определить области питания (по максимальным отметкам) и области разгрузки (по минимальным отметкам), направление движения артезианского потока, пьезометрический уклон, глубину установившегося уровня. По сгущению и разряжению гидроизопьез можно вынести суждение об изменении мощности водоносного горизонта или водопроницаемости пород. Сгущение гидроизопьез обычно свидетельствует об уменьшении мощности и ширины потока или об уменьшении водопроницаемости пород. • При наличии на карте пьезоизогипс отметок кровли водоносного горизонта в любой точки можно определить величину напора над кровлей горизонта.

Подземные воды районов многолетней мерзлоты • К многолетнемерзлым породам относятся породы с нулевой или отрицательной температурой, в которых вся вода или ее часть находится в виде льда на протяжении продолжительного времени • Территории распространения многолетнемерзлых пород называются областями многолетней мерзлоты. Они распространены в Антарктиде, северо-восточной части Евразии, на Аляске, Северной Канаде, арктических островах, Гренландии, в высокогорных районах. • Мощность многолетнемерзлых пород в северной Европе и Америке закономерно увеличивается с юга на север от первых метров до 1000 м и более. Максимальная мощность мерзлых пород (по Н. О. Вельминой) отмечена в южной части Анабарского массива, в верховьях реки Мархы, и составляет 1450 м. • В границах всей большой территории распространения мерзлых пород различают области: 1) сплошного распространения; 2) прерывчатого распространения мерзлых пород, пронизанных таликами; 3) островного распространения мерзлых пород, где они встречаются в виде островов среди размороженных пород; 4) область размороженных пород с глубоким залеганием мерзлых пород (например, в западной Сибири). • По условиям распространения и циркуляции подземных вод Н. И. Толстихин (1933) предложил подземные воды районов многолетней мерзлоты поделить на три типа: 1. надмерзлотные 2. подмерзлотные 3. межмерзлотные.

• • Надмерзлотные воды залегают в толще пород, ограниченных сверху поверхностью земли, а снизу верхней границей постоянно мерзлых пород. Водоносный горизонт, который образуется из надмерзлотных вод в летний период, является в большинстве грунтовым. Основным источником питания служат атмосферные осадки, талые воды и подмерзлотные воды, которые поднимаются под напором через сквозные талики. Надмерзлотные воды бывают приурочены к несквозным таликам, которые образуются под руслами рек, котловинами озер вследствии утепляющего действия поверхностных вод. Она наиболее часто существует зимой. К межмерзлотным водам Н. И. Толстихин отнес воды как в жидкой, так и в твердой фазах, запертые в толще многолетнемерзлых пород. Подземный лед залегает или в виде компактных прослоек и линз, или ледяных кристаллов в порах и трещинах горных пород. Жидкая вода содержится в сквозных и замкнутых таликах. Замкнутые талики со всех сторон окружены мерзлой породой. Химический состав и минерализация вод сквозных таликов могут быть самыми разнообразными. В водопоглощающих сквозных таликах, как правило, отмечаются пресные воды, состав которых определяется составом надмерзлотных и поверхностных вод. В водовыводных таликах встречаются как пресные, так и соленые воды и, даже, рассолы, что зависит от минерализации подмерзлотных вод. • Подмерзлотные воды – это подземные воды в разной фазе, которые залегают под толщей многолетнемерзлых пород. Большей частью подмерзлотные воды имеют напор и по условиям залегания и циркуляции мало чем отличается от обычных горизонтов артезианских вод внемерзлотных районов. Питание глубоких горизонтов подмерзлотных вод поверхностными очень затрудненное и осуществляется только на участках водопоглощающих таликов. • Циркуляция подземной воды и замерзание ее в разных климатических, геоморфологических, гидрогеологических условиях приводит к образованию криогенных явлений, таких как бугры вспучивания, гидролаколиты; наземные наледи. Бугры вспучивания связаны с расширением объема замерзающей в породе воды. Наиболее часто образуются в районе торфяных болот. Гидролаколиты, или подземные наледи образуются в ядрах больших бугров вспучивания. Наиболее часто возникают вследствие подозерных таликов. Наземные наледи получаются при замерзании подземной воды в местах источников. По объему наледей можно приблизительно определить ресурсы подземных вод, а также обнаружить участки интенсивного дренирования подмерзлотных вод. • •

Подземные воды под морями и океанами. • Водоносность горных пород, составляющих дно больших акваторий, в наше время еще очень слабо изучена. Общая площадь Мирового океана составляет 364, 3 млн. км (71% земной поверхности), максимальная глубина -11 км, установлена в Тихом океане, а средняя – изменяется от 1, 1 км в Северном Ледовитом до 4 км в Тихом океане. • Е. П. Баскаков выделяет две группы субмаринных артезианских резервуаров: 1) образующие единые водонапорные системы с артезианскими бассейнами суши (береговые, шельфовые зоны); 2) не имеющие связи с сушей (глубоководные морские котловины, глубоководные желоба). • И. К. Кисин (1974) выделяет субмаринные гидрогеологические резервуары: 1) расположенные в сфере влияния инфильтрационных водонапорных систем ( с континентальной областью питания); 2) вне сферы питания.

• • • Субмаринные водоносные системы, имеющие водообмен с континентами. Эти системы являются субмаринными частями континентальных гидрогеологических резервуаров, то есть являются переходной разновидностью. Издавна известны крупные источники возле берегов Адриатики. Их около 700. Выходы подземных вод здесь наблюдаются в виде мощных восходящих потоков в карстовых воронках и каналах. Расположены они обычно в 1. . 75 м и более от берега на глубинах от 1 до 30 метров. На еще большей глубине обнаружены источники с пресной водой на Лазурном берегу Франции ( 162 м ), возле Сан-Ремо в Италии (190 м), возле мыса Св. Мартина, на побережье Адриатики, в Югославии (700 м ). На Черноморском побережье Кавказа места субмариной разгрузки достаточно детально исследованы в районах Гагры и Гантиади. На Атлантическом побережье крупные места субмариной разгрузки известны около п-ова Флорида. Здесь наиболее известен источник Крессент-Бич ( 4 км от берега, недалеко от г. Джексонвилл). Материковые склоны изучены значительно хуже шельфов. Но возможность разгрузки в них вод, поступающих с суши, подтверждается данными морского бурения. В Южно-Корейском море на север от острова Хайнань скважинаглубиною 200 м раскрыла в песчано-глинистых неоген-четвертичных отложениях горизонт водоносных песков мощностью до 100 м. На Атлантическом побережии на восток от г. Джексонвилл, в 43 км от берега, скважинами глубиной 130… 255 м раскрыты напорные солоноватые воды. По расчетам Х. К. Уланова, фильтрация морских вод в дно и берега Каспийского моря составляет около одной трети подземного стока с суши. А. М. Павлов сезонное проникновение черноморских вод считает одной из основных причин формирования минеральных вод Мацесты. Считается, что в формировании береговых парогидротерм активное участие принимают морские воды, которые просачиваются за счет парлифта. Подземный сток в Каспийском море оценивается в 1, 0. . 1, 4 км/год. Мелководные внутренние моря практически в пределах всей акватории находятся под влиянием материковых вод, принимающих участие в общем круговороте воды.

• Водоносные системы глубоких океанических впадин, не связанных с континентами • Во всех океанах континентальной подножие и глубоководные желоба постепенно заменяются плоскими абиссальными равнинами. Они имеют изометрическую форму и размеры до нескольких тысяч километров. • Фундаментом является базальтовый слой мощностью около 2 км, а ниже прослеживается слой мощностью до 6 км. • Основной особенностью глубоководной части ложа океанов является отсутствие гранитного слоя, что обуславливает небольшую мощность океанической коры. • Глубинные субмаринные водоносные горизонты не совсем изучены. Они характеризуются специфическими условиями формирования подземных вод в садочной толще, которая подвергается, с одной стороны, значительному давлению столба океанической воды, а с другой – охлаждающему влиянию этого столба, распространяющегося на глубину 2. . 3 км. Вместе с тем, не вызывает сомнения седиментационная природа таких водоносных систем, характеризующаяся элизионным режимом.

• • Субмаринные гидротермальные системы В соответствии с новой глобальной тектоникой, от рифтовой зон в обе стороны под действием конвекционных течений, действующих подобно ленте конвейера, океанические плиты раздвигаются и по краю океана на границе с континентальной корой углубляются на глубину до 120 км под континентальные плиты. По геологическому строению, гидродинамическим и гидрохимическим особенностям выделяют два типа гидротермальных систем: 1) системы глубоководных желобов; 2) системы океанических и морских рифтов. Системы глубоководных желобов – узких и глубоких рвов на дне океанов - простираются вблизи их береговой линии и часто оконтуривают островные дуги. Эти гидротермальные системы формируются в результате дегидратации океанической коры, которая погружается, и взаимодействия ее с веществом мантии. В условиях высоких температур выделяющийся пар, насыщенный кремнеземом, щелочами и летучими компонентами, в связи с излишним давлением при перегреве мигрирует в вышезалегающие толщи пород, принимая участие в процессах их метаморфизации. К зонам Беньофа – Заварицкого приурочена основная масса действующих вулканов, через которые океан, вероятно, разгружается значительное количество подземных вод и пара. Системы океанических и морских рифтов приурочена к срединно-океаническим хребтам или континентальным зонам растягивания. Они характеризуется разгрузкой глубинных вод. Срединно-океанические хребты – области зарождения и растягивания новой океанической коры. Рифтовые долины, расположенные по осевой линии этих хребтов, являются участками, где вещество мантии стыкуется с поверхностью дна океана. Океанические рифты представляют собою специфические субмаринные гидротермальные системы. Гидротермально измененные породы и рудопроявление встречаются, например, на Восточно Тихоокеанском хребте, в области высоких значений теплового потока. Рифтовые впадины некоторых внутренних морей также относятся к субмаринным гидротермальным системам. Здесь, в пределах наибольшего погружения части морского дна, обнаружены термальные хлоридные натриевые рассолы, а также отмечено аномально высокие температуры и минерализации морской воды. В рифтовых зонах срединно-океанических хребтов подводная вулканическая деятельность в четыре раза мощнее, чем такая же на суше. Как видим, подводный мир является загадочным не только с точки зрения существующий здесь жизни. Такой же загадкой является и геологическое строение, а особенно гидрогеология дна морей и океанов.