2.3 Виды воды в горных породах

Основными видами воды в горных породах являются:

а) вода в твердом состоянии распространена в зонах многолетнемерзлых пород в виде кристаллов, жил, линз, прослоев льда;

б) парообразная вода (водяной пар) заполняет вместе с воздухом не занятые водой поры и трещины (рисунок 2.2).

При понижении температуры до точки росы пары конденсируются и переходить в жидкое состояние. Передвигается парообразная вода от участков с большей к участкам с меньшей упругостью пара.

в) связанная вода удерживается на поверхности минералов или внутри молекулярными и электрическими силами сцепления. Подразделяется она на физически и химически связанную.

Физически связанная вода существует из-за наличием на поверхности минеральной частицы слабого отрицательного заряда. Молекулы воды притягиваются к поверхности минеральной частицы водородными положительными концами, образуя прочную связь. Связанная вода составляет 42 % всей воды земной коры. Средняя её плотность 1,2 – 1,4 г/см³. Она подразделяется на прочносвязанную (гигроскопическую или адсорбционную) и рыхлосвязанную (пленочную). Частицы пород способны адсорбировать молекулы водяного пара или жидкой воды (при смачивании) и удерживать их электростатическими силами в виде отдельных молекул и в виде пленки толщиной в несколько молекул. Сверху этой пленки могут образовываться последующие пленки, которые слабее связаны.

Пленочная вода передвигается от участка толстой к участку тонкой плёнки.

Признаки физически связанной воды:

- не подчиняется силе тяжести;

- не передает гидростатического давления в порах породы;

- не обладает растворяющей способностью;

- не замерзает до минус 78С – гигроскопическая вода и до минус 6С – пленочная.

Наибольшим количеством связанной воды обладают глинистые породы (до 45 %), обуславливая пластичность, набухание, липкость и др.

где 1 – частицы грунта;

2 – молекулы воды в виде пара;

а – неполная гигроскопичность,

б – максимальная гигроскопичность,

в и г – частицы почвы с пленочной водой (вода движется от частицы г к частице в, окруженной более тонкой пленкой);

д – частицы почвы со свободной водой

Рисунок 2.2 – Схема различных видов воды в породе

Химически связанная вода принимает участие в строении кристаллической решетки в виде молекулы (Н₂О), гидроксила (ОН^-), водорода (Н⁺) и оксания (Н₃О⁺). Подразделяется она на конституционную (диаспор – AlOOH), которая выделяется из минерала при 300-1000С; кристализационную (гипс – CaSO₄^. 2H₂O), температура удаления до 300 С и цеолитную воду (опал SiO₂ nH₂O), выделяемую при100С-50С. Наличие в горных породах воды определяет водные свойства пород и условия движения подземных вод.

Свободная вода может быть капиллярной и гравитационной.

Капиллярная вода удерживается и передвигается силами капиллярного давления при просачивании поверхностных вод, так и при подъеме подземных вод над их уровнем по капиллярам. Высота капиллярного поднятия до 6-12 м в глинах и до 4 м – в суглинках.

Рисунок 2.3 - Распределение воды в верхней части земной коры

Гравитационная вода передвигается по порам и трещинам под действием силы тяжести и напорного градиента. Характерна для зернистых и трещиноватых пород, образуя водоносные горизонты.