- •130302 « Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания,
- •Предисловие
- •1. Введение
- •Понятие «гидрогеология»
- •Методы исследований в гидрогеологии
- •Основные разделы гидрогеологии
- •Основные проблемы гидрогеологии
- •Основные этапы развития гидрогеологии
- •Системный подход в гидрогеологии
- •2.Вода в геосферах Земли
- •3. Строение подземной гидросферы
- •4. Понятие «Геологический круговорот воды»
- •4.1 Геологическая форма движения воды и ее разновидности
- •4.2 Этапы геологического круговорота
- •5. Понятие гидрогеологические структуры. Структурные типы подземных вод
- •6. Подземные водные резервуары
- •7. Гидрогеологический цикл
- •8. Проблема формирования подземных вод и её сущность
- •8.1. Формирование ресурсов подземных вод
- •8.2 Процессы формирования состава подземных вод
- •9. Гидросфера
- •9.1. Эволюция гидросферы Земли
- •9.2. Гидрогеологическая стратификация (г.С.)
- •9.3. Границы и объем гидросферы
- •9.4. Физические поля Земли, гидрогеологические закономерности и законы гидрогеологии
- •10. Виды воды в горных породах
- •11. Некоторые физические и водные свойства горных пород
- •11.1. Гранулометрический состав и его значение в гидрогеологии
- •11.2. Пористость и трещиноватость
- •11.3. Проницаемость
- •11.4. Пьезопроводность и уровнепроводность
- •11.5. Влажность
- •11.6 Влагоемкость и водоотдача
- •11.7. Водо-, нефте- и газонасыщенность
- •11.8. Капиллярность
- •12. Основные виды движения подземных вод
- •12.1 Элементы фильтрационного потока. Закон Дарси
- •12.2. Методы определения коэффициента фильтрации
- •12.3. Водопроводимость
- •12.4. Установившееся и неустановившееся движение
- •13. Гидрогеотермия
- •13.1. Гидрогеотермический режим земной коры
- •13.2 Виды теплопереноса
- •13.3 Геотермические зоны земной коры
- •13.4 Геотемпературное поле
- •13.5 Практическое применение геотермических методов в гидрогеологии
- •14. Свойства и состав природных вод
- •14.1 Распространение воды на Земле и уникальность ее свойств
- •14.2 Строение и структура воды
- •14.3 Изотопный состав воды
- •14.4 Физические свойства воды
- •14.5. Химический состав воды
- •14.6 Бактериологический состав воды
- •14.7 Газовый состав воды
- •14.8. Жесткость воды
- •14.9. Агрессивность воды
- •15. Классификация подземных вод и их краткая характеристика
- •15.1. Понятие режима подземных вод
- •15.2 Классификация подземных вод а.М. Овчинникова и ее сущность
- •16. Вертикальная гидрогеологическая зональность подземных вод. Инверсии
- •17. Трещинные и жильные воды
- •18. Карстовые воды
- •18.1 Особенности режима и химического состава карстовых вод
- •19. Подземные воды криолитозоны
- •19.1 Надмерзлотные воды
- •19.2 Межмерзлотные воды
- •19.3 Подмерзлотные воды
- •20. Источники
- •20.1 Классификация источников
- •20.2 Режим источников
- •21. Проблемы экологической гидрогеологии
- •21.1. Загрязнение подземных вод
- •21.2. Истощение подземных вод
- •21.3. Особенности эколого-гидрогеологических исследований
10. Виды воды в горных породах
Первую классификацию видов воды в горных породах дал замечательный ученый экспериментатор А.Ф. Лебедев в 1936 году с выделением 7 видов воды. Затем были и другие классификации, а последней была предложена Е.В. Пиннекером в 1980 году. Надо заметить, что предшествующие классификации смешивают два признака: физическое (агрегатное) состояние воды и виды воды по тесноте связи ее молекул с частицами горной породы. Исходя из принципа биниальности распределения материальных объектов в природе, рассмотренного нами в ряде работ, эти признаки разделены в двуединой классификации видов воды (рис. 16).
Свободная вода включает воду минералов (включений) или вакуольную, капиллярную и гравитационную. Вакуольная вода заполняет вакуоли (изолированные пустоты) пород и минералов и представляет собой реликты среды минералообразования, часто имеет очень высокую минерализацию, выделяется при разрушении минералов или при нагревании.
Капиллярная вода заполняет капиллярные поры и делится на капиллярно-поднятую и – подвешенную воду. Она передвигается под действием менисковых сил, а при полном заполнении пор может передавать гидростатическое давление (см. рис. 18 и 19). Капиллярная влагоемкость – полное насыщение водой всех капиллярных пор.
Классификация видов воды:
а) по физическому состоянию,
б) по степени связи с частицей горной породы
Рис. 16. Виды воды в горных породах (по В.М. Матусевичу, 2005)(с
добавлением – по В.А. Кирюхину, 2008).
Свободная гравитационная вода – это обычная капельно-жидкая вода, передвигающаяся под влиянием силы тяжести и напорного градиента. Количество ее зависит от гранулометрического состава пород, их пористости и трещиноватости. В случае повышенной пористости или трещиноватости количество гравитационной воды преобладает над другими видами.
Физически связанная вода – делится на рыхлосвязанную (пленочную внешнего слоя и осмотическую) и прочносвязанную (пленочную внутреннего слоя и гигроскопическую). Она в целом отличается от обычной воды (плотность 1,2-2,4 г/см3, температура замерзания может опускаться до -1000С). Характерна для глин. Энергетические связи различны, как различна и толщина молекулярных пленок воды на поверхности минералов (от 10-20 молекул до 1-3 молекул). Выделяются несколько слоев, которые по мере приближения к частице все прочнее с ней связаны. При максимальной гигроскопичности прочносвязанная вода целиком заполняет межпакетные промежутки в глинистых минералах. Содержание ее зависит от гранулометрического и минералогического состава. Удалить ее можно нагреванием от 90-1200С до 3000С. Пленочная вода менее прочно связана с частицами и образует второй слой над гигроскопической водой. Передвигается путем выравнивания толщины пленки под действием температуры. Разновидностью физическисвязанной воды является осмотическая вода, образующаяся путем проникновения молекул воды – растворителя в диффузный слой коллоидных частиц, где концентрация ионов больше, чем в растворе. Это – переходная разновидность к свободной воде. Именно с ней связано набухание коллоидов и образование вокруг них устойчивой оболочки растворителя. В целом физическисвязанная вода удаляется из породы высушиванием, центрифугированием, отсасыванием под вакуумом, отпрессовыванием под большим давлением (до 5000 кг/см2). В этом случае она переходит в свободное состояние. Отжимается из микрокапиллярных пор и называется «поровыми» (горными) растворами. В природе эти воды характерны для бассейнов седиментации (отжимаются под действием гравитационного и седиментационного уплотнения в песчаные коллекторы и формируют элизионный водообмен.