18. Подземные воды (понятие, характеристика по условиям залегания, по химическому составу и солености - классификация о.А. Алекина)

Подземные воды — воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. По отношению к воде выделяют 3 типа горных пород:

• водопроницаемые (песок, гравий)

• водоупорные (глины, граниты, базальты)

• растворимые (соли, известняк)

Х арактеристика по условиям залегания

1. Верховодка — безнапорные подземная вода, залегающая на небольшой глубине в зоне аэрации – зоне свободного проникновения воздуха. Обычно не имеет сплошного распространения, а образует сравнительно небольшие линзы, которые подстилаются водоупорными породами

2. Грунтовые воды — это первый от поверхности земли водоносный горизонт, безнапорные, имеют обычно свободную поверхность с давлением на ней, равным атмосферному, и передвигаются под действием силы тяжести в направлении уклона.

3. Межпластовые воды — это воды, которые изолированы сверху и снизу водоупорами. Областью питания служат районы, в которых питательный водоносный горизонт выходит на поверхность. Не зависят от сезонных изменений количества осадков и отличаются большим постоянством в режиме.

4. Напорные подземные воды (артезианские) — это межпластовые воды, находящиеся под давлением, превышающим атмосферное. При вскрытии скважинами эти воды поднимаются и фонтанируют

Формы существования воды в горных породах

Подземную воду, находящуюся в горных породах в жидкой фазе, подразделяют на свободную и физически связанную воду.

Свободная вода может свободно передвигаться: по порам и трещинам горных пород. Ее называют гравитационной. Гравитационная (г) вода находится в капельножидком состоянии в проницаемых породах, передает гидростатическое давление и передвигается под действием гравитационных сил.

Физически связанная вода удерживается разными силами вокруг частиц горной породы и неспособная к независимому течению по порам и трещинам. Гигроскопическая вода (а) в виде сплошной пленки или отдельных мельчайших капелек покрывает стенки пустот. Она прочно связана с частицами породы, не способна передвигаться в пустотах породы под влиянием силы тяжести. C увеличением количества воды в пустотах породы возникает пленочная вода (б), образующая на поверхности минеральных частиц сплошную пленку из нескольких слоев молекул. Пленочная вода способна передвигаться от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей ее толщиной. При еще большем содержании воды в породах образуется капиллярная вода (в), заполняющая мелкие пустоты и микротрещины, в которых она удерживается силами поверхностного натяжения

Классификация О. А. Алекина

Наиболее применяемая в настоящее время классификация природных вод, сочетающая принцип деления химического состава воды по преобладающим ионам. По преобладающему аниону природные воды делятся на три класса:

1) гидрокарбонатных и карбонатных вод (большая часть маломинерализованных вод рек, озер, водохранилищ и некоторые подземные воды);

2) сульфатных вод

3) хлоридных вод (высокоминерализованные воды океана, морей, соленых озер, подземные воды закрытых структур)

Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется на четыре типа вод, определяемых соотношением между содержанием ионов в процентах в пересчете на количество вещества эквивалента:

I тип образуются в процессе химического выщелачивания изверженных пород или при обменных процессах ионов кальция и магния на ион натрия. В этом типе преобладают HCO3^-, а Ca²⁺ и Mg²⁺ присутствуют в меньшем количестве.

II тип - смешанные. К этому типу относится вода большинства рек, озер и подземные воды с малой и умеренной минерализацией. В этом типе HCO3^- становятся менее преобладающими, а содержание Ca²⁺ и Mg²⁺ возрастает, приближаясь к содержанию HCO3^- и SO4^2-.

III тип – метаморфизованные. К этому типу относится вода океанов, морей, лиманов (морских), реликтовых водоемов и др. Здесь HCO3^- и SO4^2- уступают по количеству ионам Ca²⁺ и Mg²⁺. Также может преобладать Cl^- по отношению к Na⁺.

IV тип, характеризуется отсутствием НСО3^-, сюда относятся кислые воды — болотные, шахтные, вулканические или воды, сильно загрязненные промышленными сточными водами. Воды типа IV принадлежат только к сульфатному и хлоридному классам. Возможность существования природных вод других классов (нитратный, боратный) не исключена, но крайне маловероятна.