Тема 8.2. Происхождение и классификация подземных вод

Студент должен:

знать:

• источники питания, классификацию подземных вод; особенно­сти грунтовых, карстовых вод и вод многолетней мерзлоты.

Происхождение подземных вод. Водоносные горизонты, области питания и разгрузки. Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Классификация подземных вод по напору, условиям залегания, температуре, величине минера­лизации. Грунтовые воды. Воды многолетней мерзлоты. Карстовые воды.

Литература

Л.6,с.15-42

Л.5,с.38-58

Л.24, 10-24, 55-58, 70-111

Методические указания

Вода содержится в атмосфере, гидросфере, биосфере и литосфера в жидком, твердом и парообразном состояниях, находящихся в непре­рывной связи и взаимодействии со всеми видами природных вод и с горными породами.

Поэтому нужно начать эту тему с изучения "круговорота воды в природе", сопровождаемого рисунком.

Единство природных вод Земли требует рассмотрения подземных вод в непрерывной их связи и взаимодействии со всеми видами подземных вод и с горными породами, где они образуются, накапливаются и передвигаются.

Несколько подробнее следует остановиться на вопросе "опреде­ление элементов водного баланса для конкретного района".

Процессы перехода воды из одной сферы земли в другую, состав­ляющие общий круговорот воды в природе, слагаются из испарения, осадков, поверхностного и подземного стоков.

После рассмотрения большого и малого круговорота воды надо приступить к изучению и оценке водного баланса (количественное выражение круговорота) и определяющих его факторов.

Водный баланс можно изучать и составлять для районов, отдельных стран и земного шара в целом.

При рассмотрении стока воды нужно привести уравнение водного баланса суши для поверхностного стока, а также для объединенного поверхностного и подземного стока. Затем перейти к выяснению стока атмосферных осадков, указав их причины, увеличивающие или уменьша­ющие величиную стока. При изучении таких понятий, как коэффициент стока и модуль стока, необходимо обратить внимание на площадь водосбора поверхностных и подземных вод. Иногда встречаются затруд­нения в определении величины подземного стока. Подземный сток оп­ределяется путем замера расхода воды в реке в засушливые (летом) или морозные (зимой) периоды, когда почти полностью отсутствует инфильтрация атмосферных осадков.

При изучении этой темы необходимо рассмотреть пути образования подземных вод, обратив основное внимание на наиболее важный и основной путь - инфильтрацию.

Вторым путем образования подземных вод является сгущение или конденсация паров атмосферы, а также пара, выделяемого магмой и другие пути образования подземных вод. Подземные воды заключены в пустотах горных пород. Пласт, водопроницаемой горной породы, содержащий подземную воду, называется водоносным пластом, или водоносным горизонтом. Несколько водоносных горизонтов, приуроченных к одной геологической структуре или к одному стратиграфическому подразделению,

называются водоносным комплексом.

Каждый водоносный горизонт и водоносный комплекс характеризу­ется определенным положением областей питания и разгрузки или дренажа.

Здесь необходимо уяснить и показать на рисунке область пита­ния и дренажа грунтовых вод, межпластовых безнапорных и напорных вод.

В основу классификации подземных вод могут быть положены раз­личные признаки: способ образования, условия залегания, химический состав и другие.

Следует подробно рассмотреть классификацию подземных вод в следующем порядке:

1. по происхождению;

2. по условиям залегания и характеру вмещающих горных пород;

3. по гидравлическим свойствам;

4. по температуре;

5. по степени минерализации или по содержанию растворенных солей;

6. по содержанию различных газов;

7. по возрасту.

Подробно следует остановиться на изучении грунтовых вод зоны аэрации. При характеристике межпластовых вод необходимо уделить внимание на артезианские или напорные воды.

Движение воды в артезианских водах напоминает движение в сообщающихся сосудах. Необходимо выяснить область питания, расп­ространения и причину напорности артезианских вод.

Для этого нужно познакомиться со схемой напорных вод, срав­нить высоту отдельных точек кровли напорного горизонта с более высоким положением области питания, рассмотреть взаимосвязь водо­носных горизонтов.

В гидрогеологии естественное дренирование подземных вод пони­жается как вытекание воды из водоносного горизонта.

При дренировании водоносных горизонтов воды их могут не­посредственно изливаться на земную поверхность в виде источников или питать подземным путем открытые водотоки и водоемы.

Горные породы, имеющие отрицательную или нулевую температуру и содержащие лед, называются мёрзлыми.

При отрицательной среднегодовой температуре воздуха районы развития многолетнемерзлотных пород характеризуются коротким летом и холодной зимой.

Приступая к изучению вопроса многолетней или вечной мерзлоты, необходимо рассмотреть площади, распространения сплошной и остров­ной многолетней мерзлоты и её, мощности.

Далее следует охарактеризовать два типа вечной мерзлоты (по вертикальному залеганию): непрерывная вечная мерзлота и слоистая вечная мерзлота, а, также рассмотреть температурный режим вечной мерзлоты.

Характерной особенностью водного режима области вечной мерзлоты является одновременное наличие трех видов воды:

1. воды в жидком виде. Сюда относятся воды крупных рек и подземные воды, лежащие ниже вечной мерзлоты и никогда не замерзающие;

2. воды в твердом виде (никогда не оттаивающие). Это - устойчивый слой вечной мерзлоты;

3. воды, переходящие из одной фазы в другую (замерзающей и оттаивающей ежегодно).

Сюда относятся воды деятельного слоя и небольших рек, пол­ностью промерзающих зимой. Следует дать краткую характеристику условий питания и режима этим трем видам волы.

Далее следует охарактеризовать три класса подземных вод в об­ласти вечной мерзлоты: надмерзлостные воды, межмерзлостные воды и подмерзлостные воды.

Следует обратить внимание на условия эксплуатации месторожде­ний полезных ископаемых и строительств различных инженерных соору­жений в области многолетней мерзлоты.

Карстом называется явление растворения и выщелачивания горных пород (известняков, доломитов, гипсов и др.) с передвигающимися в них подземными и просачивающимися поверхностными водами.

Изучая карстовые воды, необходимо выяснить, какие факторы влияют на развитие карста и какие формы появления карста проявляют на поверхности Земли и внутри. Затем следует рассмотреть режим и распространение карстовых вод, их загрязнение, а также меры предосторожности, при ведении горных работ в районах pacпространения пород необходимо остановиться на характеристике источников.

Источником (ключом, родником) называется естественный выход подземных вод на поверхность Земли.

Различают нисходящие и восходящие источники. При характеристике источников следует указать, в каких случаях они являются безнапорными и в каких случаях они становятся напорными.

Нисходящие и восходящие источники необходимо изображать на рисунке. Естественные запасы (ресурсы) подземных вод разделяются на статические и динамические, их следует уяснить и привести фор мулы их подсчета.

При изучении гидрогеологических условий района составляются гидрогеологические разрезы, которые прилагаются к картам, а иногда имеют самостоятельное значение. На каждом гидрогеологическом раз­резе отражается геологическое строение, состав пород водоносных и водоупорных толщ, их изменения (песчаные, глинистые, известковые) тектонические нарушения.

По гидрогеологическим разрезам и картам можно установить ха­рактер водоносных горизонтов и условия их залегания, а на основе анализа литологического состава пород выяснить движение потоков подземных вод, условия питания, разгрузки и взаимосвязь с другими водоносными горизонтами.