ПОСОБИЕ-ЧАСТЬ 1,2 2014 июнь

Безнапорные межпластовые воды

Отличаются от грунтовых лишь тем, что находятся между двумя водоупорными пластами (рис. 2).

Рис. 1. Схема залегания грунтовой воды и верховодки (по работе С.Л. Шварцева, 1978)

Условные обозначения к рисунку 1:

I.зона аэрации;

II.зона грунтовых вод;

III.водоупорное ложе;

IV. зона капиллярного поднятия;

V.верховодка.

1. песок; 2. водонасыщенный песок; 3. глина; 4. тяжелый суглинок; 5. источник; 6. зеркало, уровень грунтовых вод.

Рис. 2. Схема залегания межпластовых ненапорных вод (по работе С.Л. Шварцева, 1978)

Условные обозначения к рисунку 2:

52

1.водонепроницаемые породы;

2.водопроницаемые породы;

3.грунтовые воды;

4.межпластовые ненапорные воды. Они не контактируют с кровлей. Подчиняются законам силы тяжести (фото 1);

5.область питания;

6.область разгрузки.

Напорные или артезианские межпластовые воды

Чаще всего напорные воды встречаются при синклинальном и моноклинальном залегании горных пород (рис. 3).

Плоскость, проходящая через области питания, определяет высоту напора воды в данном месте (пъезометрический уровень).

Геологические структуры более или менее значительных размеров, содержащие в себе напорные межпластовые воды, называют артезианскими бассейнами.

Например: Московский артезианский бассейн, мощность впадины – 150320 м; Западно-Сибирский, Ангаро-Ленский,Тунгусский и др.

Рис. 3. Разрез артезианского бассейна при мульдообразном залегании горных пород: а – область питания; б – область напора; в – область разгрузки; г – Н1 и Н2 – напор; М – мощность артезианского пласта; 1 – водоносные породы; 2 – водонепроницаемые породы; 3 – пъезометрический уровень

(по работе С.Л. Шварцева, 1978)

Источники

Естественный выход подземных вод на поверхность называется источником (ключ, родник; на Украине – криница). Раньше это были основные источники питьевой воды (фото 1, 2).

53

Фото 1. Источник. Разгрузка межпластовых ненапорных вод. Югозападная часть озера Шунет. Хакасия. Ширинский район.

Фото В.Н. Сальникова

54

Фото 2. Источник возле деревни Б. Златогорка. Ижморский район, Кемеровская область.

Фото В.Н. Сальникова

Источники, питаемые верховодкой и грунтовыми водами, называются нисходящими. Источники, питаемые напорными водами – восходящими.

Баланс подземных вод обуславливается прибылью и убылью воды.

Прибыль:

1.Инфильтрация атмосферных осадков.

2.Конденсация паров и просачивание конденсационной воды в глубину.

3.Просачивание воды рек и поверхностных водоемов.

Убыль:

1.Выход источников подземных вод на поверхность Земли.

2.Подземное питание открытых водоемов.

3.Испарение поднимающейся по капиллярам воды.

4.Испарение через транспирацию растениями.

5.Искусственное извлечение воды человеком.

Химический состав подземных вод

Общее содержание растворённых в подземных водах веществ принято называть общей минерализацией воды.

В.И. Вернадский выделил 4 больших класса:

55

1.Пресные, с общей минерализацией – до 1г/л.

2.Солоноватые, с общей минерализацией от 1 до 10 г/л.

3.Солёные, с общей минерализацией от 10 до 50 г/л.

4.Рассолы, с общей минерализацией более 50 г/л (до 200-300 г/л).

Питьевая вода до 1 г/л

Распространены химические элементы в водах (ионы) Cl-1; SO4-1, HCO3-1, Na+1, Ca+2, Mg+2.

Иногда в заметных количествах присутствуют: NH4, Fe+2, Mn+2, а из газов CO2, O2, H2S.

О.А. Алёкин выделяет 3 класса вод по соотношению анионов и катионов:

1.Гидрокарбонатные (HCO3+CO2).

2.Сульфатные SO4-2.

3.Хлоридные Cl-.

Минеральные воды

Минеральными водами называют такие воды, которые используются для лечебных целей.

По температурным признакам минеральные воды подразделяются на:

1.Холодные t менее 20°.

2.Тёплые t от 20 до 37°.

3.Горячие от 37 до 42°.

4.Очень горячие более 42°.

Наиболее известные типы вод:

1.Углекислые воды (Кисловодск, Железноводск, Карловы Вары (Чехословакия, Кузнецкий Алатау, Дальний Восток, Камчатка и др).

2.Сероводородные воды или сульфидные (воды Мачесты, Талги на Кавказе, Сержевские минеральные воды в Поволжье).

Радиоактивные воды, содержащие эманации радия (радоновые), или соли радия – радиевыми (Цхальтубо в Грузии и Белокуриха в Алтайском крае; Заварзино в Томском районе).

Карст

Работа подземных вод ярко выражена в образовании карстов и оползней. Это процесс выщелачивания горных пород с образованием впадин на

поверхности Земли или пещер в глубине.

56

К растворимым горным породам относят породы, содержащие каменную соль, гипс, ангидрит; или они представляют собой известняк, доломит, мергель.

Поверхностные карстовые воды

Карры – это большие канавки, щели, дыры глубиной от нескольких см до 2 м.

Поноры – вертикальные отверстия, поглощающие поверхностную воду. Ниши – чаще всего выработка ниш связана с трещинами напластования

(фото 3).

Фото 3. Ниша в известняках. Правый берег р. Белый Июс. Район Ефремкино. Хакасия.

Фото В.Н. Сальникова

Воронки – диаметр от 1 до 50 м, иногда до 100 м. Глубина 15-20 м. На дне карстовых воронок наблюдаются поноры.

Иногда воронки вытянуты в цепочку. Часто воронки возникают при обрушении кровли над карстовыми полостями или подземными пещерами. Воклюзы – участок выхода на дневную поверхность карстовых вод).

Такие процессы приводят к образованию карстово-эрозионных оврагов.

Карстовые котловины и полья

Образуются:

57

1.Путем слияния и расширения карстовых воронок;

2.Путем обрушения кровли над крупными полостями. Обычно имеют карстово-тектоническое происхождение.

Исчезающие реки и озера (Дунай идёт под землёй 12.5 км).

Подземные карстовые формы

Горизонтальные и вертикальные каналы (подземные) – это пещеры. Наблюдаются образования кальцита: сталактиты в виде сосулек – свешиваются вниз; сталагмиты – образования из кальцита поднимающиеся от пола (фото 4). Пример: длина Мамонтовой пещеры (Америка) без ответвлений – 45 км (рис. 4).

Фото 4. Натечные образования под трещиной в кровле пещеры Мейфилд в штате Техас. Здесь имеются следующие формы: 1) тонкие полые свисающие трубки, напоминающие соломинки для коктейля; 2) более массивные, похожие на сосульки сталактиты; 3) сталагмитовые натёки на полу; 4) сплошные столбы или колонны там, где сталактиты и сталагмиты соединяются (из книги А. Аллисон, Д. Пальмер,1984)

58

Рис. 4. Диаграмма части Мамонтовой пещеры, шт. Кентукки, на которой видны разные горизонты пещеры, приуроченные к горизонтально залегающим слоям известняков, и куполообразные полости, развившиеся по вертикальным трещинам. (Из книги А. Алиссон, Д. Пальмер, 1984)

Оползни

С деятельностью подземных и поверхностных вод связаны разнообразные смещения горных пород:

1.Мелкие смещения (оплыины, сплывы).

2.Крупные смещения земляных масс по склону (оползни).

3.Внезапные обрушения огромных масс горных пород (обвалы, часто при землетрясениях).

Пример: в 1911 году на Памире обвал перегородил реку и образовалось Серезкое озеро. Обвалилось 7-8 млрд.т. Длина озера – 80 км; высота плотины h – 600 м; длина плотины l – 2 км.

Причины:

1.Подмыв берега.

2.Cуффозия (от лат. suffosio – подкапывание).

3.Изменение состояния глинистых пород.

4.Гидродинамическое давление подземных вод.

Элементы оползневых процессов, связанных с геологической деятельностью подземных вод, представлены на рис. 5.

59

Рис. 5. Схема образования оползня. Положение склона: а – до оползня; б – после оползня. 1 – известняки; 2 – пески; 3 – глины. I – первоначальное положение склона; II – ненарушенный склон; III – оползневые тела; IV – поверхности скольжения; V – надоползневый уступ; VI – подошва оползня; VII – источник

В последние десятилетия во всем мире ощутимо увеличилось количество оползней, связанных с хозяйственной деятельностью человека. Там, где разнообразные геологические процессы подготовили условия, благоприятные для того, чтобы на склоне начало нарушаться естественное равновесие, любое вмешательство человека способствует возникновению оползней. Главной проблемой при этом является прогнозирование оползней: где, когда и в каких масштабах произойдет смещение горных пород.

Например, любое строительство в Крыму всегда сталкивалось с проблемой существования древних или возможного возникновения новых активных оползней.

Основоположник инженерной геологии в СССР И.В. Попов предложил по возрасту и фазам развития классификацию оползней:

1.Современные оползни – это оползни, образовавшиеся при современном базисе эрозии и уровне абразии, среди которых выделяются:

-движущиеся;

-приостановившиеся;

-остановившиеся;

-закончившиеся.

2.Древние оползни, под которыми следует понимать оползни, образовавшиеся при ином базисе эрозии и уровне абразии:

-открытые;

-погребенные.

60