Водоносные горизонты, комплексы, свиты.

Геологическое пространство земной коры состоит из водоносных горизонтов, водоносных комплексов, гидрогеологических этажей и бассейнов, из водоупорных пород, не содержащих гравитационные воды. Все гидрогеологические компоненты земной коры взаимодействуют друг с другом в тесной зависимости от конкретной геолого-структурной обстановки и истории развития геологических структур.

Водоносный горизонт (пласт) - монослой значительной мощности или система связанных водоносных слоев (коэффициент фильтрации равен или более 1 м/сут) с едиными условиями залегания подземных вод в пределах конкретного гидрогеологического района.

Водоносный комплекс - сравнительно мощная толща неоднородных пород, содержащих ряд гидравлически связанных, но литологически разобщенных водоносных горизонтов с общей областью питания, движения и разгрузки подземных вод. Обычно он стратиграфически соответствует ярусу или отделу.

Водоносная серия - фациально выдержанная толща пород с разнородными фильтрационными свойствами.

Водоносная свита – постоянно водоносное, обводненное, слоистое геологическое тело с разнотипными и разнородными по фильтрационным свойствам породами.

Разделяющий слабопроницаемый пласт (водоупор) - относительно водонепроницаемый однородный слой горной породы, обычно значительной мощности или слоистый пласт, в котором преобладают (больше 50% суммарной мощности) слабопроницаемые породы (К_ф = от 10 ^-4 м/сут и менее).

 

9. Типы подземных вод по условиям их залегания.

Подземные воды – это все природные воды под поверхностью земли в подвижном состоянии. Они входят в состав минералов, заполняют поры и трещины в горных породах.

Зона аэрации (зона неполного насыщения)- самая верхняя часть разреза земной коры, ограниченная сверху поверхностью Земли, а снизу – свободной поверхностью подземных вод первого водоносного горизонта. Мощность зоны аэрации от нулевых значений в заболоченной местности до 250 м на территории пустынь и горных областей с сильно расчлененным рельефом.

Зона насыщения (полного насыщения)- охватывает верхнюю часть разреза земной коры от уровня первого водоносного горизонта (нижняя граница зоны аэрации) до глубин 8-20км.

В зоне аэрации выделяют:

а). Почвенные воды – они распространены в почвенном слое близ поверхности земли и заполняют пустоты в почве, мощность горизонта почвенных вод от первых десятков см до 1-1,5м. В почве формируются прочно- и рыхлосвязанные воды, а также капиллярные. Формируются они в связи с процессами инфильтрации атмосферных осадков, снеготалых вод и конденсации атмосферной влаги. Основной вид движения почвенных вод- вертикальный влагоперенос.

б). Верховодка – тип подземной воды, которая образуется на линзах и выклинивающихся пластах водоупорных или слабопроницаемых пород в зоне аэрации за счет инфильтрации атмосферных и поверхностных вод. Подземные воды верховодки обычно образуются на небольшой глубине и их распространение ограничено по площади. Мощность пород, насыщенных верховодкой – до 1м, редко до 2-5м.

в). Воды слоя сезонного оттаивания – распространены в многолетнемерзлотных районах, мощность их 20-30см до 4-5м, появляются с началом сезонного протаивания, движутся только в соответствии с уклоном местности, находятся в жидкой фазе только часть года. Источник питания: атмосферные осадки, конденсация водяных паров.

г). Воды капиллярной каймы связаны непосредственно со свободной поверхностью первого водоносного горизонта. Мощность капиллярной каймы (высота подъема относительно уровня грунтовых вод) определяется гранулометрическим составом пород зоны аэрации.

В зоне насыщения выделяют:

1. грунтовые воды – свободные подземные воды первого от поверхности земли, постоянно существующегорегионально распространенного водного горизонта, залегающего на первом от поверхности выдержанном водоупорном слое. Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, речных вод, а также за счет глубинных напорных вод и в результате конденсации водяных паров.

2. межпластовые ненапорные воды располагаются в водопроницаемых горных породах, которые сверху и снизу ограничиваются водонепроницаемыми пластами.

3. межпластовые напорные (артезианские) глубинные воды – подземные воды, находящиеся в водоносных горизонтах, перекрытых водоупорными слоями горных пород и обладающие гидростатическим напором. Напорные воды инфильтрационного происхождения называют артезианскими. Они залегают между двумя водоупорными слоями, при вскрытии вода поднимается выше водоупорной кровли, а при сильном напоре может самоизливаться. Залегают на большой глубине.

Помимо основных типов п/в выделяют также:

Трещинные воды – это подземные воды, циркулирующие в трещинах горных пород.

Карстовые воды – циркулируют по трещинам и пустотам карстового массива.

Подземные воды районов распространения многолетнемерзлых пород - контактируют или содержатся в толще многолетнемерзлых пород. Они делятся на надмерзлотные, межмерзлотные, подмерзлотные.

 

Виды воды в гп.

В настоящее время выделяются следующие виды воды:

1. свободная (несвязная) – подразделяется на:

1.1. Парообразная вода (водяной пар)- существует в виде молекул Н₂О (комплексов типа n Н₂О) в воздухе, который занимает свободные поры и трещины в породах. Она находится в динамическом равновесии с другими видами воды и парами воды, содержащимся в атмосфере.

1.2.Гравитационная (капельно-жидкая) – передвигается по порам, трещинам под действием силы тяжести и градиента гидростатического давления. Просачивающейся называется подземная вода, формирующаяся в ненасыщенной зоне и передвигающаяся преимущественно в капельно-жидкой форме под действием силы тяжести. Водой подземного потока называется свободная гравитационная вода, передвигающаяся в условиях полного насыщения свободного пространства в минеральном скелете пород действием силы тяжести и градиента гидростатического давления.

1.3. Вода в надкритическом состоянии – находится в горных породах при температуре 374-450° и давлении 2,2х10⁴ КПа – 3,5 х10⁴ КПа. Залегает на глубине более 50 км. Обладает минимальной вязкостью, низким значениям рН, повышенной электропроводностью и большой способностью к миграции.

2. связанная вода:

2.1. Химически связанная вода – принимает участие в строении кристаллической решетки минералов в виде Н₂О, ОН^-, Н₃О⁺, Н⁺. Подразделяется на:

· Кристаллизационная, входящая в кристаллическую решетку минералов в виде молекул воды Н₂О (гипс Са₂SO₄ , мирабилит Na₂SO₄х10 Н₂О). Содержание воды достигает 50% и более. Вода удаляется при температуре 300-400°, при этом кристаллическая решетка разрушается.

· Цеолитная, аналог кристаллизационной, но количество молекул воды в кристаллической решетке может изменяться (опал). Такая вода связана с минералами очень не прочно и выделяется при сравнительно низких температурах 180-400ºC без разрушения кристаллической решетки, содержание воды может восстанавливаться при изменении термодинамических условий.

· Конституционная вода содержится в минералах в виде гидроксильной группы ОН^-, водорода Н⁺ и Н₃О⁺. Удаляется из кристаллической решетки при температуре 400-1300 °. Кристаллическая решетка разрушается (мусковит, каолинит).

2.2. Физико-химическая и физически связанная:

физически прочносвязанная вода (гигроскопическая, адсорбционная) образуется в результате адсорбции молекул парообразной воды на поверхности частиц горных пород. Она образует на поверхности частиц тонкую пленку, слоем в одну молекулу воды и удерживается электростатическими силами.

физически рыхлосвязанная (пленочная) вода образуется поверх гигроскопичной и состоит из нескольких слоев молекул воды, которая называется диффузивным слоем.

вода переходного состояния от связанной к свободной:

2.3.Вакуольная (иммобилизованная) вода – содержится в изолированных пустотах минерального скелета породы. Она может образоваться при неполной цементации порового пространства, при минералообразовании, при остывании магмы.

2.4. Вода в твердом состоянии (лед) – широко распространена в области развития многолетнемерзлых пород (криолитозоне).

2.5.Капиллярная вода занимает частично или полностью тонкие поры и трещины в горных породах. Удерживается силами поверхностного натяжения или менисковыми силами. Чем меньше диаметр пор, тем выше высота капиллярного поднятия.