20

Геологическая деятельность подземных вод

К подземным водам относятся все воды, находящиеся в почвах и горных породах ниже поверхности Земли. Они являются частью водной оболочки Земли – гидросферы. Подземные воды, их происхождение, динамика, качественные и количественные изменения во времени и геологическая деятельность являются предметом изучения науки гидрогеологии.

Подземные воды широко распространены и имеют большое значение при решении следующих вопросов:

1. водоснабжение крупных населенных пунктов и предприятий;

2. гидротехнического и промышленного строительства;

3. проведение мелиоративных работ на массивах орошения;

4. курортно-санаторного дела (минеральные воды);

5. теплофикация населенных пунктов и теплиц (термальные воды).

Водопроницаемость горных пород

В накоплении подземных вод большое значение имеет водопроницаемость горных пород, т.е. способность горной породы пропускать воду. По степени водопроницаемости все горные породы подразделяются на три группы:

1. водопроницаемые - пески, гравий, галечники, трещиноватые песчаники и другие скальные породы, трещиноватые и закарстованные известняки и доломиты;

2. слабопроницаемые или полупроницаемые – супеси, легкие суглинки, лесс, неразложившийся торф и др;

3. относительно водонепроницаемые, или водоупорные, - глины, тяжелые суглинки, хорошо разложившийся торф, нетрещиноватые массивные кристаллические и сцементированные осадочные породы.

Таким образом, вода просачивается по порам и трещинам. Под пористостью понимают

V

N = ---

Vn , где

Vn - объем пор,

V – объем породы,

N – пористость

Но не всякая пористая порода водопроницаемая. Например, глина имеет пористость 50-60 %, но водонепроницаема, т.к. поры в глинах чрезвычайно тонки, и вода при движении по ним испытывает огромное сопротивление, создаваемое поверхностным напряжением. Обычные пески с пористостью 30-35 % хорошо проницаемы для воды.

По местоположению подземные воды делятся на:

1. поровые (подземные воды движутся по порам),

2. трещинные (подземные воды движутся по трещинам),

3. трещинно-карстовые или просто карстовые

Влагоемкость

Под влагоемкостью понимается способность пород вмещать и удерживать в себе то или иное количество воды. Различают полную влагоемкость, когда вода заполняет все поры (включая и капиллярные) горной породы, и максимальную молекулярную влагоемкость, показывающую количество воды , удерживаемой в породе силами молекулярного сцепления, после того как вся гравитационная вода стечет из породы. Разность между полной и максимальной молекулярной влагоемкостью называют водотдачей горной породы. Для практических целей важно знать удельную водоотдачу – количество свободной воды, которую можно получить из 1кубического метра породы.

Состояние воды (виды) в горных породах

В настоящее время выделяют семь видов воды:

1. кристаллизационная (химически связанная) входит в состав ряда минералов и принимает участие в их кристаллической решетке, в качестве примера можно привести гипс CaSO4 хH2O (содержит 20,9 % воды по массе), мирабилит Na2 SO4 х10H2O (55,9%), удаление этой воды возможно при нагревании до 100 ºС и выше;

2. вода в твердом состоянии в виде кристаллов, прослоев и линз льда, может образоваться при сезонном промерзании водонасыщенных горных пород, но особенно развита в областях распространения многолетнемерзлых горных пород (Сибирь и др.);

3. вода виде пара (парообразная) содержится в воздухе, заполняющем свободные от жидкой воды поры и трещины в горных породах, она находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами воды в атмосфере и обладает большой подвижностью, это связано с неодинаковой упругостью паров в различных слоях пород и в атмосфере;

4. гигроскопическая (физически прочносвязанная) образуется путем адсорбции (от лат. «поглощение») молекул парообразной воды на поверхности минеральных частиц горных пород, прочносвязанная вода больше всего свойственна тонкодисперсным породам – суглинкам и глинам, она облекает частицы породы одномолекулярной тонкой пленкой, которая прочно удерживается молекулярными и электростатическими силами, она может быть удалена при нагревании до 105-110ºС;

5. пленочная (физически рыхлосвязанная) вода располагается на поверхности частиц породы поверх гигроскопической, она образует более толстую пленку из нескольких слоев молекул и удерживается молекулярными силами, чем толще пленка, тем меньше молекулярные связи в ее краевой части, поэтому внешние слои уже доступны для питания растений, эта вода может перемещаться от одной частицы к другой для выравнивания толщины;

6. капиллярная вода ( от лат.капиллярис – волосная) заполняет полностью или частично капиллярные трубки, узкие поры и трещинки горных пород и почв и удерживается в них силами поверхностного натяжения, эта вода поднимается вверх по тонким капиллярам, чем меньше диаметр пор, тем выше поднимается вода и может достигать в суглинках до 2 м, а в крупнозернистах песках – всего несколько см.;

7. гравитационная вода (капельно-жидкая или свободная) способна свободно перемещаться по порам и трещинам и другим пустотам горных пород под влиянием силы тяжести.

Рис.