Естественные и эксплуатационные ресурсы подземных вод.

Водные ресурсы – то количество природных вод, которое может быть привлечено к использованию на основе современных технико-экономических методов.

Ресурсы подземных вод делятся на естественные и эксплуатационные.

Естественные ресурсы – это количество подземной воды, поступающей в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек и озер, перетекания из выше- и нижележащих горизонтов, притока со смежных территорий.

Под эксплуатационными ресурсами (запасами) вод понимается их количество, которое может быть получено на месторождении (участке) с помощью рациональных в технико-экономическом отношении водозаборных сооружений при заданном режиме и условиях эксплуатации, а также качестве воды, удовлетворяющем требованиям ее целевого использования в течение расчетного срока водопотребления с учетом природоохранных требований.

Эксплуатационные запасы состоят из естественных запасов в зоне влияния данной эксплуатационной системы и дополнительно привлекаемых искусственных запасов. Делятся на категории:

Категория А- самые точные запасы, на давно эксплуатируемых объектах, пересчет по результатам эксплуатации,

Категория В- после детальной разведки, в результате длительных опытных откачек для проектирования и эксплуатации водозабора,

Категория С₁-прогнозные запасы, в результате пробных откачек, для планирования детальной разведки,

Категория С₂-оценочные запасы, на стадии поисковых работ по общим геологическим и гидрогеологическим данным либо по аналогии, без опытных работ.

Естественные и эксплуатационные ресурсы подземных вод определяют на основании результатов гидрогеологических исследований.

Под прогнозными ресурсами понимается количество подземных вод определенного качества и целевого назначения, которое может быть получено в пределах гидрогеологического региона, бассейна реки или административного района и отражает потенциальные возможности использования вод.

Эксплуатационные запасы и прогнозные ресурсы подземных вод оцениваются и учитываются в кубических метрах в сутки (м³/сут), пароводяной смеси в тоннах в сутки.

Артезианские воды

Артезианские бассейны инфильтрационного типа.

Артезианский бассейн (АБ) – г/г структура, которая состоит из фундамента и перекрывающего его водоносного чехла. АБ заполнены водами инфильтрационного, элизионного, седиментационного генезиса. В строении выделяют следующие зоны: 1) Область питания;

2) Область транзита (напора);

3) Область разгрузки.

Область питания и разгрузки характеризуются малыми размерами по сравнению с областью транзита. АБ тесно связан с грунтовыми водами в областях питания и разгрузки. В питании важную роль играет переток и подток за счет восходящих движений глубинных вод по разломам. Область разгрузки располагается ниже, чем область питания. Разгрузка может быть в виде серии восходящих родников (открытые очаги разгрузки) или скрытой в русле рек, на дне озер, водохранилищ, морей.

Выделяют современные и древние очаги разгрузки. Древние – по наличию самородной серы в местах выхода (H₂S) сероводородных источников; отложения известковых туфов сопровождают выход п/в, насыщенных CO₂. Очаги разгрузки бывают и техногенными (скважины).

Интенсивность подземного стока в артезианских бассейнах определяется гипсометрией области разгрузки и питания, шириной области напора и т.д. Замедленный водообмен при близких отметках. Чем больше область питания и разность абс.отметок, тем водообильнее арт.бассейн и активнее циркуляция п/в.

 

Артезианские бассейны элизионного типа.

Элизионный тип – формируется на участках прогибания земной коры и заполнения их осадочным материалом в процессе геол. круговорота. Такие бассейны заняты солеными морскими водами, которые погружаются (захороняются) в недра земли вместе с г.п. В этом случае напор и движения вод происходит под влиянием вышележащих толщ пород и тектонических напряжений®происходит отжим (элизия) связанных глинами вод и перенос их в водоносные горизонты- коллекторы, регулярное перераспределение напоров, большое давление. Источником вод являются водовмещающие г.п., которые при уплотнении и уменьшении пористости выдавливают воду, ранее захваченную из морского бассейна. Интенсивность элизионного отжатия с глубиной затухает. Эти процессы протекают до 100 млн. лет. Вместе со свободной водой породы отдают связанную воду. Такая область питания называется внутрипластовой. Она состоит из системы пластов, отдающих воду, захваченную в седиментационном бассейне в процессе ее отжатия под воздействием внешней нагрузки при диагенезе, катагенезе и метагенезе горных пород. Область питания располагается во внутренней части АБ и почти полностью совпадает с областью напора и стока, которая расположена гипсометрически ниже области разгрузки. Наибольший напор в центральной наиболее погруженной части АБ, т.к. здесь большая вышележащая толща. Вода движется от наиболее нагруженных центральных участков к местам выхода отложений на дно морей.

Область разгрузки может быть открытой, скрытой или находиться на дне морей. Водоносные горизонты обычно не получают никакой дополнительной воды, кроме элизионной. Исключение- зоны глубинных проводящих разломов, по которым могут поступать флюиды внутрикорового и мантийного происхождения. Поэтому в морфологически едином элизионном АБ возможно формирование генетически разнородных водонапорных систем.

Процессы: 1) собственно криогенные (морозобойное растрескивание и криогенное выветривание, морозное пучение и наледообразование, термокарст), 2) флювиальные, абразионные и водобалансовые (термоабразия, термоэрозия, заболачивание), 3) гравитационные (солифлюкция, оплывы, оползания, осыпания, десерпция, курумообразование).

Билет № 25

1-ый этап геологического круговорота - седиментогенный (или элизионный) связан с захоронением и отжатием поровых растворов. Подземные воды, отжатые в процессе литификации пород, называют седиментогенными или седиментационными, а сам процесс отжимания воды- элизионным.

Свежесформированный осадок на дне водоема имеет очень рыхлую структуру, высокую пористость, он обводнен (содержит 80-90% воды от общего веса). По А.И.Лисицину на дне океанов и морей ежегодно осаждается 86 млрд.тонн осадочного материала (реки, ледники, вулканические продукты, размыв морских берегов). При средней влажности осадков 70% масса захороняемой воды равна 60 млрд.тонн в год – это 0,01% объема воды, испаряющейся с поверхности Мирового океана.

При уплотнении осадка значительная часть воды возвращается обратно в водоем, где происходило осадконакопление.

При образовании мощной толщи осадков (в процессе перехода от стадии седиментогенеза к стадии диагенеза) происходит их уплотнение. По мере погружения зоны осадконакопления в результате давления перекрывающих слоев и уплотнения осадков, происходит превращение осадков в породы. При этом содержание воды в осадках начинает уменьшаться, пористость снижается.

Уже на первых сотнях метров пористость глинистых осадков интенсивно уменьшается (с 70-80% до 40-45%), и они теряют значительное количество свободной воды. При дальнейшем погружении скорость уплотнения глин и водоотдача из них уменьшаются. По данным Н.Б.Вассоевича, пористость глин на глубине 400-500м составляет 35-40%, на 2000м-20%, на 3000м-меньше 10%. Пористость песчаных и карбонатных пород с глубиной уменьшается значительно медленнее, чем глинистых. Но даже на больших глубинах (6-10км) встречаются зоны с высокой пористостью и проницаемостью.

Уменьшение пористости тонкодисперсных пород при уплотнении приводит к отжатию из них больших объемов поровых вод, поступающих в подземную гидросферу. Вода отжимается в коллекторские пласты, преимущественно песчаные, залегающие между уплотняемыми слоями глин. В песчаных пластах изначально находящаяся там седиментационная вода постепенно замещается водой, выдавливаемой из глин, так как геостатическое давление, господствующее в уплотняющихся слоях глин, в 2 и более раза превышает гидростатическое давление, преобладающее в практически несжимаемых песчаниках. Геостатическое давление в глинах, передаваясь на заключенные в них породы, создает в них давление, превышающее давление в коллекторах. Далее движение вод в водоносных горизонтах происходит в соответствии с гидравлическим уклоном, направленным от мест наибольшего прогибания и выжимания к местам относительно меньшего тектонического движения (рис. 1).

Выжимание воды может происходить от нескольких лет до 20-30 млн. лет. Седиментогенные воды при регрессии моря постепенно разбавляются и замещаются инфильтрационными водами, при последующей трансгрессии моря начинается новый цикл формирования седиментационных вод. Еще в 1931г. В.И.Вернадский высказал предположение, что с углублением в земную кору п/в становятся все более концентрированными (пресные воды, залегающие сверху, постепенно переходят в солоноватые, а затем в соленые, рассолы), меняется их состав (гидрокарбонат-ионы сменяются сульфат-ионами, а затем хлорид-ионами; катионы кальция и магния сменяются натрием и кальцием). Содержание железа, марганца, кремнезема, бария и др. с глубиной уменьшается; а бром, калий, стронций, радий накапливаются. Содержание орг.соединений, йода, аммония с глубиной сначала увеличивается, а затем уменьшается. Значение Еh с глубиной падают, исчезает кислород, в водах накапливается азот, метан, сероводород. В определенных условиях появляется углекислый газ, тяжелые углеводороды, водород.

Грунтовые воды выщелачивания (гумидный климат) подчиняются широтной зональности. Наиболее пресными являются воды провинции с развитием многолетней мерзлоты, которые характеризуются гидрокарбонатным кальциево-магниевым составом, слабокислым характером среды, повышенным содержанием растворенных орг.веществ. Весьма пресные гидрокарбонатные кальциево-магниево-натриевые, кислые воды формируются в условиях тропических и субтропических областей. В пределах области горных массивов формируются пресные гидрокарбонатные кальциево-магниевые, щелочные воды с минимальным содержанием орг.веществ. Наиболее минерализованы п/в областей умеренного климата, развитые на платформах, щитах и древних складчатых сооружениях. Относительно небольшой водообмен приводит к формированию в этих условиях близких к нейтральным гидрокарбонатных кальциево-натриевых вод.

Г/в континентального засоления (аридный климат) слабосолоноватые, слабощелочные, сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатные натриево-кальциево-магниевые.

Т.е.п/в зоны гипергенеза зональны: их соленость и состав меняются при движении с севера на юг от зоны тундр к степям и пустыням. По мере уменьшения количества осадков и увеличения испарения соленость воды возрастает за счет роста сульфатных и хлоридных солей натрия. Затем еще южнее при движении от зоны пустынь к экватору количество осадков резко возрастает, и общая минерализация воды резко уменьшается. Воды снова становятся гидрокарбонатными со сложным катионным составом, определяемым типом водовмещающих пород.

В случае проникновения инфильтрационных вод по зонам разломов на значительные глубины, что особенно характерно для горно-складчатых областей, эти воды нагреваются, более активно взаимодействуют с породами, соленость и щелочность их растут. Состав воды приобретает специфические черты, обусловленные повышенным содержанием кремнекислоты, фтора, ряда редких элементов, газов. Формируются так называемые азотные, углекислые, метановые, кремнистые и другие термы.

В отличие от вод инфильтрационного генезиса седиментационные воды образуют класс соленых и рассольных вод. Они широко развиты в низах практически всех осадочных бассейнов и часто проникают в фундамент платформ, щитов, раскрытых структур горно-складчатых сооружений.

Гидрохимическая зональность земной коры.

 

Расстояние от кровли водоносного горизонта до установившегося уровня воды является пьезометрической высотой или напором над кровлей водоносного горизонта. Эта величина равна высоте столба воды и зависит не только от пластового давления, но и от плотности воды, которая зависит от температуры, давления, минерализации и содержания газов в свободном состоянии.

Расчет пьезометрического напора (меры энергии потока) межпластовых вод осуществляется согласно формулам: , [м]

-энергия давления жидкости в данной единой точке потока;

Z – энергия положения относительно единой плоскости сравнения;

h_k – напор над кровлей водоносного пласта.

Билет № 26