ЛЕКЦІЯ № 1
Тема: «ПІДЗЕМНІ ВОДИ, ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ЗАПАСИ»
План:
1.Загальні відомості.
2.Підземні води, характеристика та запаси.
3. Класифікація підземних вод за способами залягання.
4. Порядок використання підземних вод для водопостачання.
1.Загальні відомості.
1.1 Характеристика гірських порід
В складі земної кори мінерали, за рідкісними винятками, не зустрічаються окремо, а зібрані в групи або агрегати. Такі угрупування називаються гірськими породами.
Гірські породи за походженням поділяють на:
вивержені,
осадові ,
метаморфічні.
Вивержені або магматичні породи утворилися в результаті затвердінння в товщі земної кори або на її поверхні магми, яка піднімалася із середовищ розплавів у верхній мантії.
Осадові породи утворилися в результаті накопичення продуктів руйнування всіх порід, які раніше існували.
Метаморфічні породи є продуктами видозміни магматичних і осадових порід під впливом високих температур і тисків.
Основними характеристиками гірських порід є:
мінералогічний склад,
структура
текстура.
У складі гірських порід переважають мінерали класу силікатів. На їх долю припадає 85% усіх гірських порід земної кори.
Мінералогічний склад визначає лише речовину гірської породи, умови утворення гірських порід встановлюються шляхом вивчення їх структури і текстури.
Структура характеризує особливості внутрішньої будови гірської породи Вона зумовлена розмірами, формою, кількісним співвідношенням мінералів, які її складають, а також характером зв'язків між частинками породи.
Текстура характеризує спосіб заповнення простору гірської породи та відображає особливості зовнішньої будови.
Структура магматичної породи поділяється на:
повнокристалічну (зернисту),
напівкристалічну (кристали та аморфна речовина),
аморфну (скловатну).
Для осадових порід характерні:
уламкові,
брекчіє видні,
органогенні,
змішані та інші структури.
Текстури бувають:
масивні,
шаруваті,
макропористі та інші.
При утворенні магматичних гірських порід магма надходить з магматичних осередків у верхній мантії в товщу земної кори або на її поверхню.
Коли магма не досягає поверхні і твердіє на глибині, в товщі земної кори утворюються глибинні (інтрузивні) магматичні породи.
Вилита на поверхню магма твердне і утворює виливні (ефузивні) магматичні породи.
ПРИМІТКА: Природу утворення осадовихі метаморфічних порід , їх основні властивості (міцність, твердість та пористість, водовіддача, фільтрація) слід самостійно опрацювати (тема№ 1) [Тугай,Орлов, Шадура Бурова справа у водопостачанні, С.10-13].
Окрім свого походження гірські породи відрізняються розмірами своїх часток, від яких залежать не тільки їхні механічні властивості, але й відношення до води.
Механічний склад найбільш розповсюджених гірських порід, які можуть наповнюватися водою, наведений в таблиці 1.2 [Тугай,Орлов, Шадура Бурова справа у водопостачанні, С.14, табл..1.2].
Основними властивостями гірських порід, які впливають на можливості їх розробки в процесі буріння свердловин на воду та визначають їх відношення до води є [4, с.13 і термінологічний словник до теми № 1]:
міцність,
твердість,
пластичність,
абразивність,
пористість,
тріщинуватість,
водопроникненість,
водоємкість,
водовіддача,
фільтрація.
Як було вказано вище, гірські породи за своїм походженням не є абсолютно монолітними, вони мають пористу структуру у формі тріщин (шпарин) самих різноманітних форм і розмірів, а також пустот.
Це означає, що об'єм, зайнятий породою, не весь заповнений частинками, між ними залишається вільний простір, який заповнений газами і рідиною.
Породи, що являють собою пористі середовища, можуть заповнюватися водою і утримувати її.
Основні властивості пористого середовища, що визначають умови руху води в ньому - пористість і проникність.[4, с.15 і термінологічний словник до теми № 1].
Коефіцієнт пористості гірських порід n, що визначається співвідношенням об'єму пор до об'єму всієї породи в сухому стані і виражається в частках одиниці або у відсотках [4, с.15 і термінологічний словник до теми № 1].
,
(1)
Де
-
об`єм
пор та пустот;
-
об`єм гірської породи.
Характеристикою ємкісних властивостей порід, що утримують воду є не повна пористість, а коефіцієнт гравітаційної водовіддачі породи, тобто кількість води, що може вивільнитися з елементарного об'єму шару при його висушуванні. [4, с.15 і термінологічний словник до теми № 1].
Під коефіцієнтом водовіддачі прийнято розуміти різницю між загальною пористістю і максимальною молекулярною вологоємкістю з урахуванням об'ємних мас скелета і води [4, с.15 і термінологічний словник до теми № 1]:
,
(2)
де
і
відповідно
об'ємна маса скелета і води;
-
пористість
породи
Зазвичай,
величину водовіддачі приймають
рівній активній
пористості
[4,
с.15
і термінологічний
словник до теми № 1]
Активна пористість - це сукупність щілин і інших пустот, по яких підземна вода може вільно рухатися в гірських породах, не зазнаючи помітного тяжіння і тертя з боку стінок, тому що ці стінки покриті гігроскопічною і плівковою водою.
За походженням у гірських породах розрізняють тріщини (шпарини) трьох видів:
а) тектонічні, що утворилися при формуванні геологічних структур;
б) внаслідок вивітрювання і розмивання гірських порід;
в) літологічні, що пов'язані з формуванням порід.
В залежності від виду і розміру щілин, тріщин і пустот гірські породи можуть мати:
а) некапілярну пористість (обумовлена дирчастістю, кавернозністю, значною тріщинуватістю і закарстовістю з розмірами проходів більшими за 1мм);
б) капілярну пористість (в гірських породах зустрічаються пори розміром менше 1мм, а тріщини шириною менше 0,25 мм).
Водопроникність - це властивість пористого матеріалу пропускати через себе воду під дією прикладеного градієнту тиску [4, с.16 і термінологічний словник до теми № 1]
До водопроникних порід відносяться:
грубозернисті піски,
гравій,
галечник,
щебінь,
валуни,
тріщинуваті скельні породи,
тобто породи, у яких є достатня кількість значних пустот для проникнення і руху води.
Рух підземних вод у водоносному шарі, або так звана фільтрація відбувається порами і дрібними тріщинами гірських порід.
Коефіцієнт фільтрації дорівнює витратам води через одиницю площі поперечного перетину шару при напірному градієнті, який дорівнює одиниці, і чисельно дорівнює швидкості фільтрації при одиничному градієнтові.
Коефіцієнт фільтрації вимірюється в м/доб.
Коефіцієнт фільтрації на практиці орієнтовно можливо визначати за формулою:
,
(3)
де 130 - перехідний коефіцієнт;
-
питомий
дебіт свердловини, м3/доб-м;
-
потужність водоносного шару, м.
Всі гірські породи, які приходиться розробляти при бурінні свердловин, незалежно від їх походження, мають визначений опір розробці їх буровим інструментом.
Цей опір залежить від багатьох факторів:
складу,
побудови,
стану і властивостей породи,
від виду та способу буріння.
В зв'язку з цим гірські породи поділяють за буримістю на декілька груп [4, табл.. 1.3]
Від категорії гірських порід за буримістю залежать:
швидкість буріння,
спосіб буріння,
вибір бурового інструменту,
сила тиску на забій свердловини;
вага бурового снаряду.