- •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
13.2 Виды теплопереноса
Различают кондуктивную теплопередачу, конвективный теплоперенос и тепловое излучение.
13.2.1. Кондуктивная теплопередача.
Основным механизмом перераспределения тепла в Земной коре многие считают кондуктивную теплопроводность горных пород. Здесь происходит непосредственная передача энергии от частиц (молекул, атомов, электронов) с большей энергией к частицам с меньшей энергией.
Количественный показатель – коэффициент теплопроводности (λ) – количество тепла, проходящее в единицу времени через единицу площади поперечного сечения при перепаде температуры на 10С, на единицу длины. Изменяется от 0,1 до 26,5·10-3 кал/см·с0. Повышенные значения наблюдаются у изверженных по сравнению с осадочными и у древних по сравнению с молодыми горными породами. К параметрам, характеризующим тепловой поток из недр Земли относятся геотермический градиент, геотермическая ступень и плотность теплового потока (Г, G, q).
где, ε – удельное тепловое сопротивление пород (м/час с/ккал).
Распределение теплового потока на Земле неравномерно. Низкие – для древнескладчатых и щитов, высокие – для молодых альпийских структур и районов современного вулканизма.
13.2.2 Конвективный теплоперенос.
Агентами его являются подземные воды, пароводяная смесь и магматические расплавы. Экспериментальные данные показали, что количество тепла, выносимого подземными водами, не только соизмеримо с кондуктивным (молекулярным тепловым потоком), но и иногда выше его. Наиболее активно эти процессы протекают в верхней части разреза континентальной коры (до 3-5 км), где подземные воды перемещаются в виде фильтрационного потока и осуществляется гидрологический круговорот воды. В более глубоких горизонтах преобладает диффузия, а конвективный перенос уменьшается. А вот в глубоких тектонически активных зонах, где Н2О – пар, роль конвекции снова возрастает.
Н.А. Огильви дал математическое обоснование теплового эффекта при восходящем (нисходящем) движении подземных вод.
где, Гн – геотермический градиент на глубине Н;
Гн=0 – начальный Г при Н=О;
V – скорость фильтрации ( «+» при восходящем, «- » - при нисходящем движении).
λ – теплопроводность пород.
Проникновение метеорных вод с низкой температурой вглубь Земли приводит к их постепенному нагреванию. При восходящем движении подземных
вод или их фильтрации по пласту часть тепла теряется на теплообмен вод и пород. Тепловыми эффектами сопровождаются также различные физико-механические, биохимические и другие процессы в гидрогеологической системе (например дроссельный эффект при газообразовании). Поэтому на поверхность Земли поступают воды нагретые, т.е. можно говорить о выносе тепла с подземными водами.
Вообще тепловой баланс в гидрогеологии рассматривается в связи с водным балансом, что выражается специальными уравнениями, где испарение и сток рассчитываются по радиационному балансу с учетом скрытой теплоты испарения и атмосферных осадков.
Н.М. Фролов (1976) предложил формулу, которая базируется на значении модуля подземного стока (Мподз.) и Г для конкретных площадей
д = 0,3 Г (h -2500) Мподз Со
где, h – мощность зоны (слоя) подземного стока
2500 – поправка на безградиентную зону,
Со – удельная теплоемкость воды
По этой формуле он получил среднее количество тепла для территории СНГ д =0,24 мк кал/см2·с.
При оценке выноса тепла с подземными водами следует учитывать и вынужденную конвекцию, т.е. дополнительное поступление тепла при вскрытии глубинных термальных вод буровыми скважинами. В отдельных случаях она может быть значительной. Например, на Камчатке суммарный вынос тепла опытными скважинами в 2,5 раза выше естественных конвективных теплопотерь.