1. Аномальные и структурные особенности воды.

Природная вода обладает многими аномальными физическими свойствами:

1) плавление льда сопровождается сжатием вещества (жидкой воды), которое достигает максимума при температуре 4 0С,

2) Вода имеет аномальные более высокие температуры плавления и кипения,

3) Вода обладает высокой удельной теплоемкостью, теплотой плав-ления и испарения,

4) Вода имеет аномальную растворяющую способность для солей и высокую диэлектрическую проницаемость,

5) Вязкость воды при повышении давления в интервале температур 0 – 300С уменьшается, а при более высоких температурах увеличивает-ся.

Аномальные свойства воды зависят от её структуры, которая обусловлена наличием особого типа молекулярной водородной связи. Атом кислорода находится в центре молекулы. Ядра атомов водорода по отношению к ядру атома кислорода составляют между собой угол 105031 в жидкой воде и 1090301 во льду.

По одной из моделей структуры воды связь между молекулами воды и других жидкостей с водородными связями осуществляется через водородные мостики, образующих кольцевые структуры. Соз-даются агрегаты молекул взаимосвязанных между собой. Аномаль-ные свойства воды учитываются при решении вопросов нефтяной геологии. На этой основе могут быть разработаны различные модели использования воды.

2. Виды воды в горн. Породах. Влагоёмкость. Её виды.

В горных породах, кроме свободной (гравитационной, пленочной) и адсорбированной воды, содержится вода кристаллизационная, и конституционная химически связанные.

Кристаллизационная вода входит в кристаллическую решетку многих минералов; конституционная вода образуется при нагревании ряда минералов, чаще всего содержащих гидроксильные ионы. Поэтому она называется также гидроксильной. В противоположность свободной, адсорбирован¬ной и межслоевой водам (водам набухания), которые покидают минералы, не разрушая их структуры, чаще всего при температурах, меньших 110°С, удаление и синтез химически связанной воды, возможно только при более высоких температурах. При этом разрушается их кристаллическая решетка.

Кристаллизационная вода. Кристаллизационная вода в кристаллической решетке в виде молекул Н2О удаляется при нагревании породы до 300 °С и более высоких температур. В результате образуется безводное соединение или соединение с меньшим содержанием воды.

Минералы с кристаллизационной водой представляют соединения слабых оснований и сильных кислот несильных оснований и слабых кислот. К соединениям сильных оснований и слабых кислот относятся, например, сода, из которой кристаллизационная вода удаляется при температуре 20°С. Гипс является соединениями слабых оснований и сильных кислот. У гипса кристаллизационная вода теряется при температуре до 400 °С.

Конституционная вода. Конституционная вода образуется из входящих в кристалличе¬скую решетку минералов ионов ОН-, Н+ и иона оксония Нз0+. Эти минералы классифицируются как основные соли слабых оснований и основания, если имеют в своем составе ион ОН-: в данном случае вода из минералов удаляется при 300—1300°С.

В пластических горных породах конституционная вода преимущественно образуется из минералов глин. Особенно много гидроксильной воды образуется из каолинита и монтмориллонита. Влагоемкость

Свободная и связанная вода находится в резервуарах подземных вод, представляющих обособленное геологическое тело, пласт.

Гидрогеологическими резервуарами более высокого порядка являются артезианские бассейны. Здесь мощная толща осадочных пород сложена чередующимися коллекторами и водоупорами.

В фундаменте содержатся резервуары трещинной и жильно-трещинной структуры. К сложным резервуарам фундамента относятся гидрогеологические массивы — выходы на поверхность или горные поднятия кристаллических пород, в которых обнаруживаются водоносные «зоны» трещиноватости. В пределах платформ преобладают крупные артезианские бассейны и меньше гидрогеологических массивов, в складчатых регионах наблюдается обратная картина.

В бассейнах пластовых вод сверху вниз изменяются ионно-солевой состав и минерализация подземных вод. Здесь выделяются гидрохимические зоны: А — пресных вод с минерализацией до 1 г/л, имеющая подзоны весьма пресных, нормально пресных и жестких пресных вод; Б — соленых вод с минерализацией от 1 до 35 г/л, которая делится на подзоны солоноватых, слабосоленых и сильно соленых вод; В — рассолов с минерализацией от 35 до >500 г/л), содержащая подзоны, весьма слабых, слабых, крепких, весьма крепких и предельно насыщенных рассолов.

Гидрохимические зоны и подзоны в вертикальном разрезе бассейнов располагаются в разной последовательности. То или иное их сочетание, отражающее гидрохимический разрез па всю мощность осадочного чехла бассейнов, называется гидрохимическим поясом.

Пояса могут быть однозональными (А), двухзональными (АБ) и трехзональными (АБВ). Однозональный пояс, как правило, окружает краевые части артезианских бассейнов, двухзональный находится во внутреннем поле, а в центральной части обнаруживаются все три зоны. Мощность зон различных вод изменяется в разных и широких пределах. Минерализация подземных вод хорошо соответствует их ионно-солевому составу. Пресные воды обычно являются гидрокарбонатными, соленые — сульфатными, а рассолы —хлоридными.

В нормальном гидрохимическом разрезе сверху вниз возрастает минерализация и имеется следующая тенденция в изменении зон А—Б—В. Нередко наблюдается иная последовательность в распределении гидрохимических зон, называемая гидрохимической инверсией, уменьшение минерализации вод с глубиной.

Полную влагоемкость породы имеют ниже уровня грунтовых вод. Выше этого уровня обычно находится зона неполного насыщения пород водой, разделяющаяся на подзоны капиллярной, подвешенной, максимально гигроскопической и гигроскопической влагоемкости. Зона неполного насыщения пород водой может отсутствовать в районах с влажным климатом, где уровень грунтовых вод в толщах глинистых пород часто совпадает с земной поверхностью. Положение уровня грунтовых вод колеблется в зависимости от климатических условий и свойств пород.

Виды влагоемкости

Капиллярная влагоемкость. Капиллярная влагоемкость — свойство пород удерживать объем воды связанной и капиллярно-подпер- той на определенный объем сухой породы. Рассматриваемая влагоемкость наблюдается непосредственно над уровнем грунтовых вод.

Высота капиллярной подзоны у крупно- и среднезернистых песчаных пород достигает 0,3—0,6 м; у менее отсортированных разностей с преобладанием алевритовой фракции 1 м и у сильно глинистых пород до 2-3 м.

Подвешенная влагоемкость. Подвешенная влагоемкость обнаруживается в толщах обломочных пород на меньшей глубине (выше), чем капиллярная. Эта вода не сообщается с уровнем грунтовых и капиллярно-подпертых вод; она полностью насыщает поры на некотором расстоянии от верхнего уровня капиллярной зоны. Однако при известных условиях капиллярно-подвешенная вода стекает вниз, тогда и в таких породах находится только связанная вода.

Подвешенная влагоемкость — свойство пород удерживать различный объем связанной или капиллярно-подвешенной. воды на определенный объем сухой породы.

Максимальная гигроскопическая влагоемкость. В подзоне максимальной гигроскопической влагоемкости, следующей за подзоной подвешенной влагоемкости, еще меньше воды и больше влажного воздуха, вода находится совсем близко от земной поверхности, и процессы ее испарения в атмосферу здесь интенсивнее.

Максимальная гигроскопическая влагоемкость наблюдается при относительной влажности воздуха в порах пород не ниже 94%. При этом около твердой фазы удерживается максимальный объем прочносвязанной воды и объем воды углов пор (стыковая вода).