Высота капиллярного поднятия в некоторых грунтах

(Грунтоведение, 1983)

Грунт	Высота капиллярного поднятия, H, см
Песок крупнозернистый среднезернистый мелкозернистый	2,0-3,5 3.5-12,0 35-120
Супесь	120-350
Суглинки	350-650
Глины	650-1200

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные физические и водно-физические свойства горных пород.

2. От чего зависит величина плотности грунта.

3. Что такое скважность (пустотность) горных пород. Общая, открытая и активная скважность.

4. Перечислите основные морфометрические типы скважности.

5. Что такое влажность и влагоемкость горных пород. Назовите характерные виды влагоемкости.

6. Что такое водоотдача и проницаемость горных пород.

7. Какова зависимость высоты и скорости капиллярного поднятия воды в рыхлых породах от их гранулометрического состава, диаметра пор и вязкости воды.

4. Гидрогеологические классификации

Подземные воды являются сложным природным объектом, различия которого (условия залегания, физические свойства, сумма растворенных веществ и их состав, происхождение и др.) определяются комплексным влиянием многих причин и могут быть выражены чрезвычайно резко. Подобное положение определяет значительные трудности классифицирования как различных типов подземных вод, так и природных (физико-географических, геологических и др.) условий, с которыми связано формирование определенных типов подземных вод. Именно поэтому, несмотря на многочисленные попытки, до настоящего времени не разработана единая классификация типов подземных вод, которая бы связывала различные типы подземных вод (состав, свойства и др.) с комплексом природных факторов (условий), определяющих формирование подземных вод данного типа. В связи с этим в гидрогеологической литературе используются главным образом частные классификации, при составлении которых учитывается один (или несколько близких по смыслу) показатель, характеризующий выделенные на этой основе различные типы (подтипы, классы и др.) подземных вод.

Классификация подземных вод – группировка типов подземных вод как природных образований, формирующихся в результате взаимодействия трех геосфер или систем динамических физико-химических равновесий: атмосферы, гидросферы и литосферы, каждая из которых имеет свои переменные параметры.

К числу хорошо разработанных и широко используемых классификаций относятся:

1) классификации по величине минерализации (сумме растворенных веществ);

2) классификации по химическому составу, учитывающие одну или несколько групп компонентов (макрокомпоненты, микрокомпоненты, газовый состав и др.);

3) по температуре (°С);

4) по типу водовмещающих пород;

5) по условиям залегания;

6) по происхождению;

7) по типу гидрогеологических структур;

8) по условиям (возможностям) их использования человеком и др.

Одни из этих классификаций (1–3) учитывают собственно различия состава и свойств подземных вод (различных типов подземных вод). Примеры таких классификаций рассмотрены в гл. 9. Другие (4, 5) отражают конкретные условия формирования подземных вод, определяемые типом водовмещающих пород или строением и положением данного гидрогеологического элемента в разрезе подземной гидросферы. Третьи (6, 7) обобщенно учитывают различие комплекса условий и процессов, определенным образом меняющихся в течение длительного отрезка геологической истории.

По типу водовмещающих пород подземные воды подразделяются на поровые, трещинные и карстовые (О. Мейнцер, А.М. Овчинников и др.). В данном случае классификация учитывает главным образом морфометрию и в меньшей степени генезис скважности горных пород, что в решающей степени определяет величины и распределение фильтрационных и емкостных свойств и, следовательно, процессы фильтрации, водоотдачу пород и др. При наличии в породе нескольких равнозначных видов скважности (что определяется чаще условно) могут быть выделены воды трещинно-поровые, порово-трещинные, трещинно-карстовые и др. Относительно реже используется классификация, учитывающая минералого-химический состав горных пород с выделением подземных вод терригенных отложений, карбонатных, галогенных и др.

Несмотря на то, что классификация подземных вод по типу водовмещающих пород (воды поровые, трещинные, карстовые) используется широко, она является условной, поскольку не учитывает генетические особенности формирования скважинного пространства в различных типах горных пород.

Классификация подземных вод по условиям залегания основана на выделении типов подземных вод, различия которых (собственно различие условий их залегания и формирования) связаны с различным положением в вертикальном разрезе подземной гидросферы, с различным типом строения гидрогеологического разреза и в определенной мере с различием состава водовмещающих пород (типами сред).

Основные различия условий залегания подземных вод связаны с наличием двух типов гидрогеологических разрезов: разрезов, сложенных слоистыми толщами осадочных пород, и разрезов, сложенных неслоистыми (массивными) магматическими и метаморфическими породами.

В качестве основных стратификационных элементов таких разрезов обычно рассматриваются: водоносные и слабопроницаемые слои, водоносные горизонты и слабопроницаемые разделяющие пласты, водоносные комплексы и слабопроницаемые разделяющие толщи (табл. 8).

Элементарной таксономической единицей гидрогеологической стратификационной шкалы является водоносный (слабопроницаемый) слой, в качестве которого рассматривается водонасыщенный слой горных пород (осадков), однородный в литолого-фациальном отношении и характеризующийся в связи с этим едиными (или близкими по значению) фильтрационными свойствами. Основой выделения конкретных водоносных (слабопроницаемых) слоев в сложно построенном разрезе является единство литолого-фациального состава пород.

Следующими по значению (более крупными) таксономическими единицами стратификационной шкалы является водоносный горизонт и слабопроницаемый пласт.

Водоносный горизонт (водоносный пласт) представляет собой монослой значительной мощности или систему гидравлически связанных водоносных слоев с определенным площадным распространением и едиными условиями залегания подземных вод. Единство условий залегания подземных вод предусматривает положение водоносного горизонта в определенном интервале разреза, а также наличие четко выраженных слабопроницаемых кровли и подошвы (свободной поверхности грунтовых вод и слабоводопроницаемой подошвы), изолирующих рассматриваемый горизонт от смежных водоносных горизонтов (водоносных слоев) разреза. При таком выделении определяющим признаком является гидравлическое единство горизонта (системы гидравлически связанных слоев), важнейший показатель которого – отсутствие внутри горизонта выдержанных слабопроницаемых слоев. Вторым показателем гидравлического единства интервала разреза, выделяемого в качестве водоносного горизонта, является его относительная изоляция от смежных водоносных горизонтов (слоев), т.е. наличие ограничивающих (разделяющих) слабопроницаемых пластов.

В качестве слабопроницаемого пласта (разделяющий пласт) может рассматриваться однородный слой слабопроницаемой породы значительной мощности, или слоистый пласт, в разрезе которого резко (значительно более 50% суммарной мощности пласта) преобладают слабопроницаемые породы.

В качестве водоносного комплекса рассматриваются несколько смежных водоносных горизонтов разреза при наличии установленной или предполагаемой гидравлической связи между ними (наличие литологических окон, участков локального размыва слабопроницаемых пластов и др.) или, что встречается более часто, слоистая толща значительной мощности с преимущественным развитием водоносных пород, в разрезе которой по условиям ее строения (резкая фациальная изменчивость осадков на коротких расстояниях, отсутствие выдержанных слабопроницаемых пластов и т.д.) не могут быть выделены гидравлически обособленные водоносные горизонты.

Таким образом, и при выделении водоносного комплекса одним из важнейших показателей также является наличие гидравлической связи пластовой системы. Однако в отличие от водоносного горизонта, где открытая гидравлическая связь между водоносными слоями возможна практически повсеместно (в пределах всей площади распространения), в разрезе комплекса подобная связь всегда проявляется локально из-за сложного чередования водоносных и слабопроницаемых слоев или наличия слабопроницаемых пластов, изолирующих на отдельных участках определенные интервалы разреза водоносных отложений комплекса. Таким образом, основным показателем к выделению стратификационной единицы «водоносный комплекс» является единство условий формирования подземных вод, если понимать под этим положение областей питания и разгрузки, особенности гидродинамического режима и движения, условий формирования и распределения (единые закономерности изменения в плане и в разрезе) величины минерализации и химического состава подземных вод.

В качестве слабопроницаемых толщ (разделяющие толщи) разреза могут рассматриваться или однородные пласты слабопроницаемых пород значительной мощности, или слоистые толщи, в разрезе которых резко преобладают слабопроницаемые породы. Водоносный комплекс и слабопроницаемая толща являются основными стратификационными единицами при региональном гидрогеологическом расчленении, выполняемом в целом для разреза крупных структурных элементов земной коры.

Наиболее крупными единицами стратификационной гидрогеологической шкалы являются водоносные серии, в качестве которых могут быть выделены крупные стратиграфически одновозрастные (в широком интервале) элементы разреза осадочного чехла, характеризующиеся преимущественным распространением пород определенного литологического состава или генезиса. В этом смысле можно говорить о выделении в разрезе чехла водоносных серий преимущественно терригенных и карбонатных пород, морских или континентальных отложений определенного возраста, учитывая при этом не только различия литологического состава, но и особенности строения выделенных элементов чехла в плане и разрезе.

Строение разрезов слоистых осадочных пород определяет возможность выделения здесь только трех типов подземных вод, различных по условиям залегания, к которым относятся: воды зоны аэрации, формирующиеся в верхней ненасыщенной зоне горных пород; грунтовые воды — первый от поверхности земли водоносный горизонт, верхней границей которого является свободный уровень воды (верхняя граница зоны полного насыщения); межпластовые воды, связанные с водоносными горизонтами, залегающими между двумя слабопроницаемыми пластами (табл. 8).

Попытки разработать более общие классификации подземных вод, полностью отражающие особенности состава и свойств этого сложного природного объекта, а также разнообразие условий его распространения, залегания и формирования, связь с геологическими структурами и типами водовмещающих пород, предпринимались А.М. Жермудским и А.А. Козыревым (1928), В.И. Вернадским (1936), Ф.П. Саваренским (1939), А.М. Овчинниковым (1949), Н.И. Толстихиным (1954, 1956), Е.В. Пиннекером (1983) и другими исследователями (табл. 8). Сравнение этих классификаций показывает, что они построены по-разному как в смысле выделения (названия) основных классифицируемых подразделений, так и в смысле их характеристик. В то же время даже очень подробные и сложно построенные классификации (например, А.М. Овчинникова, Ф.П. Саваренского) не дают полного представления о классифицируемом объекте (химический состав подземных вод, минерализация, связь с геологическими структурами и др.). Это положение определяет необходимость дальнейших исследований для разработки единой (общей) классификации подземных вод.

Таблица 8