3.2 Умови знаходження води у літосфері

Підземна гідросфера просторово суміщена з літосферою, складаючи єдину систему – літогідросферу, практично повсюдно насичену водою: aqua omnia sunt. При цьому вирішальне значення мають фізико-географічні, геологічні, термобаричні умови та, в багатьох випадках, техногенні чинники.

Умови знаходження підземних вод у літогідросфері вивчалися В.І. Вернадським, Г.В. Богомоловим, Р. де Вістом, С. Девісом, І.К. Зайцевим, К. Кейльгаком, О.К. Ланґе, О. Мейнцером, А.М. Овчинніковим, Ф.П. Саваренським, Н.І. Толстихіним, К.І. Маковим та ін. Було запропоновано низку класифікаційних схем, згідно яких у літосфері на суші виділено дві основні зони – аерації і сатурації (насичення).

Зона аерації розташована між земною поверхнею та зоною капілярного підняття води, де порожнини в породах заповнені повітрям і водою у вигляді водяної пари, зв’язаної води та вільної води – капілярної та гравітаційної, що рухається до зони насичення. У зоні аерації на поверхні невеликих лінз непроникних порід частина води, що інфільтрується може затримуватися, утворюючи незначні тимчасові водоносні горизонти, відомі як верховодка. Товщина зони аерації змінюється від нуля, наприклад, на болоті, до кількох сотень метрів у пустелях, на ерозійно глибоко розчленованих територіях тощо.

У зоні насичення порожнини в породах повністю заповнені флюїдами. Верхньою межею цієї зони є вільне дзеркало підземних вод, Нижня межа розповсюдження підземних вод бурінням ще не досягнена. Зважаючи на потужність осадових порід у різних районах, усі вони до підошви заповнені водою у рідкому стані. У дуже глибоких западинах з товщиною осадового покриву 20-25 км, на глибині 12-15 км температура може перевищити критичну не тільки для води, а й для розсолів і вони будуть знаходитися там у стані надкритичного флюїду.

Верхня частина зони насичення до першого від земної поверхні водотривкого шару, поширеного на значній площі, заповнена безнапірними або ґрунтовими водами. Вони формуються внаслідок нисхідної фільтрації (інфільтрації) атмосферних опадів та конденсації пари в зоні аерації, і стікання конденсаційної води на покрівлю першого від поверхні водотривкого шару. Горизонт ґрунтових вод зверху обмежений вільною поверхнею або дзеркалом, тиск на якому дорівнює атмосферному. Слід перетину цієї поверхні з вертикальною площиною називається рівнем ґрунтових вод. Його положення залежить від кількості атмосферних опадів чи вод, що конденсуються в зоні аерації та величини випаровування. Часом ґрунтові води поповнюються напірними, що проникають через диз’юнктивні тектонічні порушення або літологічні виклинювання. Різниця альтитуд дзеркала ґрунтових вод зумовлює їхній рух, подібно до того, як це відбувається на земній поверхні. Формуються потоки ґрунтових вод, які в певних умовах виходять на поверхню, утворюючи заболочені ділянки або вузько локалізовані джерела.

Джерела часто виносять на поверхню не тільки воду, але й нафту та вуглеводневі гази, що в Україні можна спостерігати в Передкарпатті і Карпатах. Часом внаслідок інтенсивного відбору нафти на промислах у багатьох джерелах, розташованих поблизу, зменшувалися дебіти води або вони цілковито пересихали (Г.М. Сухарев, 1956). Серед джерел зустрічаються як водо-нафтові, так і чисто нафтові (м. Борислав, с. Старуня, с. Сергії у Прикарпатті та ін.).

Глибші водоносні пласти, що залягають під водонепроникними, містять напірні води, рівень яких встановлюється гіпсометрично вище покрівлі водоносного пласта. Напірні води залягають у пластах-колекторах, розташованих між водотривкими пластами, тому інколи їх називають міжпластовими. Комплекси напірних водоносних горизонтів регіональної геологічної структури (западини, синеклізи, рифтогену, авлакогену, прогину тощо) утворюють басейни напірних вод (водонапірні басейни). Напори цих вод обумовлює геостатичний тиск на покрівлю верхнього водотривкого пласта або спільна дія сил пружності води і водовмісних порід.

Наявність перепадів напорів між окремими ділянками водонапірних басейнів та розвантаження підземних вод у басейнах характеризують потоки напірних вод, що спрямовані від ділянок з більшими до ділянок з меншими напорами. Напірні води у сприятливих умовах також утворюють висхідні джерела, що виводять на поверхню води, за хімічним складом відмінні від ґрунтових. Такі термальні джерела, температура води яких досягає 60^оС, відомі в нафтовидобувних районах, наприклад, на п-ові Челекен, горі Боядаг-Сиртланли на заході Туркменістану та інших місцях.

Результати нафтогазопошукового буріння в морських і океанічних акваторіях засвідчили наявність субмаринних водонапірних басейнів на шельфах і континентальних схилах морів і океанів. Ці басейни часто є підводними продовженнями басейнів, розташованих на суходолі і мало чим відрізняються від останніх. Для прикладу можна навести акваторію Азовського моря, шельфову частину Причорноморського нафтогазоносного водонапірного басейну (ВНБ) в Україні, Південнокаспійського, Прибалтійського та інших басейнів. Області живлення таких басейнів можуть розташовуватися на суходолі, а розвантаження здійснюється через підводні джерела. Особливо потужними бувають підводні джерела тріщинно-карстових вод. Умови залягання вод глибоких океанічних западин поки що вивчені недостатньо і базуються, головним чином, на сучасних уявленнях про будову дна океану і особливостях океанічного седиментогенезу.

Спільною рисою субмаринних водонапірних басейнів є відсутність зони аерації і наявність на їхній поверхні шару неконсолідованих мулів і осадів, принесених текучими водами із суходолу.