Вопрос №17 Режим подземных вод. Типы и факторы формирования режима.

В соответствии с гидродинамической зональностью в недрах земли выделяются и разные типы гидродинамического режима подземных вод, под которым следует понимать характер движения воды, обусловленный величиной пластовых давлений и степенью гидродинамической закрытости водоносных систем. Обычно выделяют три типа гидродинамического режима.

1. Режим инфильтрационного типа, в пределах которого движение подземных вод происходит вследствие разности напоров в зоне современной инфильтрации и зоне разгрузки. Пдастовое давление подземных вод равно гидростатическому. При благоприятных условиях режим этого типа может существовать до глубины 5-6км. В этом случае важно только, чтобы была единая гидравлическая система и область питания превышала область разгрузки.

2. Режим элизионного (выжимающего) типа. Движение вод происходит вследствие их выжимания их пород, уплотняющихся под действием на них геостатическогодавления или возникающих геостатических напряжений 1000м. Пластовое давление, как рпавило, выше гидростатического, но значительно ниже литостатического

3. Режим глубинного типа характерен для водонапорных систем, залегающих в глубоких частях подземной гидросферы. Основными причинами движения вод в зоне действие этого режима является воздействие на них геостатического и тектонического давлений. Такое воздействие возможно лишь в условиях существенной изоляции глубинных водонапорных сисетм, ибо при наличии хорошего оттока жидкости внешнее давление воспринимается преимущественно скелетом породы. Пластовое давление может достигать значений геостатического давления и даже его превышать.

Таким образом, в настоящее время в земной коре выделяются несколько резко отличающихся по характеру пластовых давлений типов гидродинамического режима. В пределах каждого их этих типов режима законы движения подземных вод носят различный характер. В настоящее время наиболее изученным в этом отношении является инфильтрационный тип режима, в пределах которого выделяется два подтипа: режим грунтовых (безнапорных) вод и режим артезианских (напорных) вод.

Вопрос №18 Основные элементы водоносного горизонта.

Различные пористость и трещиноватость горных пород приводят к неравномерному распределению воды не только в зоне аэрации, но и в зоне насыщения. Поры и трещины небольшого размера хотя и позволяют породе содержать значительные количества воды, но затрудняют ее движение, что делает породу слабо проницаемой, и, наоборот, большие поры и трещины способствуют свободному перемещению подземных вод. Поэтому в гидрогеологическом отно­шении все породы делятся на три группы:

1. водопроницаемые — галечники, гравий, песок, рыхлые песча­ники и все сильно трещиноватые породы;

2. полупроницаемые - глинистые пески, лёсс, известняки, пес­чаники и слабо трещиноватые метаморфические и магматические породы;

3. практически непроницаемые — глины, суглинки и все мас­сивные кристаллические и осадочные породы, если они не трещи­новатые.

Водопроницаемые и полупроницаемые породы образуют в земной коре систему водоносных горизонтов. Водоносным горизонтом на­зывается водопроницаемый пласт, насыщенный водой, находящей­ся в постоянном движении благодаря гидравлической связи и перепаду давления, существующих во всем пласте, и ограничен­ный водонепроницаемыми породами снизу и сверху или только снизу. Пласт, подстилающий водоносный горизонт, называется подошвой, а пласт, перекрывающий его, — почвой водоносного горизонта. Поверхность, образованная подземными водами, носит название зеркала подземных вод. Для первого от поверхности водоносного горизонта, воды которого называются грунтовыми, зеркало является границей, разделяющей зону аэрации и зону полного насыщения (рис. 2.9).

Представления о водопроницаемых и водоупорных породах от­носительны, поскольку в разных геолого-сгруктурных и термодина­мических условиях одна и та же порода может быть либо водонос­ным горизонтом, либо водоупором. Как показывают исследования последних лет, при значительных перепадах давлений и повы­шенных температурах водопроницаемыми могут быть даже толщи глин мощностью несколько десятков метров. Однако при господ­ствующих в верхней части земной коры (до 2-5 км) температу­рах и давлениях породы с коэффициентом проницаемости менее 0,1 мкм² являются достаточно надежными водоупорами.

С глубиной, по мере роста давления, пористость и проницаемость горных пород как правило уменьшаются, что приводит к меньшему различию водоносных горизонтов и водоупоров.

Различают напорные и безнапорные водоносные горизонты. Без­напорные водоносные горизонты не имеют перекрывающих проница­емых горных пород, вследствие чего питание атмосферными осадка­ми происходит по всей площади их распространения и подземные воды испытывают только атмосферное давление. Напорные водоносные горизонты, наоборот, перекрыты трудно проницаемыми горными породами и поэтому характеризуются давлениями, превышающими атмосферное. Питание этих горизонтов атмосферными осадками мо­жет осуществляться только на отдельных участках, где отсутствуют перекрывающие слабо проницаемые породы. Часто напорные водо­носные горизонты могу I переходить в безнапорные и наоборот.

Для напорных водоносных горизонтов, кроме реально существу­ющей поверхности подземных вод, различают еще пьезометрическую поверхность. Последняя представляет собой поверхность, на уровне которой гидростатическое давление становится равно атмос­ферному или, говоря другими словами, поверхность, на которой установится уровень воды после достижения водоносного горизонта скважиной или другой горной выработкой (рис. 2.9).

На картах зеркало подземных вод изображается с помощью гидроизогипс, а пьезометрическая поверхность — гидроизопьез. Следовательно, первые представляют собой линии равных отметок реально существующей поверхности, водоносного горизонта, а вто­рые — линии равных напоров или отметок пьезометрической по­верхности (рис. 2.10).

Основными элементами водоносного горизонта являются область питания, область распространения и область разгрузки (рис. 2.11), которые представляют собой участки поверхности или части геоло­гических структур, определяющие гидродинамику (скорость, направ­ление движения, напор и т.д.) водоносного горизонта.

1. Область питания — ^то зона, в пределах которой атмосфер­ные осадки могут проникать в гидравлическую систему. Преобла­дающими направлениями движения подземных вод в этой части водоносного горизонта могут быть нисходящее вертикальное и ча­стично горизонтальное. Водоносный горизонт в этой зоне непосред­ственно связан с зоной аэрации, обеспечивающей его питание. Вместе с тем питание водоносных горизонтов происходит не только атмосферными осадками или поверхностными водами, но и за счет других водоносных горизонтов. В этом случае говорят о закрытой или внутренней области питания.

2. Область распространения (напора) подземных вод - про­межуточная зона между областями питания и разгрузки, которая является основной по площади развития. В пределах этой области преобладающим направлением движения подземных вод является горизонтальное. Для безнапорных водоносных горизонтов эти две первые области, как правило совпадают.

3. Область разгрузки — зона, в пределах которой подземные воды выходят на поверхность земли или переливаются в Другой водонос­ный горизонт (скрытая разгрузка). Направления движения подзем­ных вод могут быть вертикальными восходящими или нисходящими.

В местах выхода подземных вод на поверхность образуются источники или родники, представляющие собой по существу сво­еобразные природные сооружения, из которых непрерывно ведется откачка воды и около которых всегда наблюдается депрессия в водоносном горизонте.

Чаще всего подземные волы выходят на поверхность земли в случае прорезания водоносного горизонта эрозионной сетью. A.M. Овчинников предлагает различать сток и разгрузку подзем­ных вод. Первое характерно для вод, имеющих свободную повер­хность, а второе - для напорных вод. Равномерно проницаемые породы Дают возможность стока ПО всей линии пересечения зер­кала воды с дневной поверхностью (рис. 2.12), тогда как нерав­номерно проницаемые — только в отдельных местах.

Расход, или дебит, любого родника зависит от четырех основ­ных переменных: 1) проницаемости пород; 2) площади области питания; 3) объема питания и 4) геологического строения места выхода воды. Родники разгружаются не только на дневную повер­хности, но и непосредственно в океаны, моря, реки, озера, другие водоносные горизонты. Часто родники выделяют газ, иногда пар, бывают солеными, термальными и т.д.

Единой классификации родников в настоящее время не существу­ет. Их подразделяют по приуроченности к типам вод по условиям залегания, характеру водовмещающих пород, особенностям режима, дебита, состава и др. Наиболее интересным представляется подраз­деление, предложенное A.M. Овчинниковым, по условиям выхода на поверхность на: 1) эрозионные, возникающие в результате эро­зионных процессов при несовершенном вскрытии водоносного гори­зонта; 2) контактовые, выходящие на контакте водоносных пластов с подстилающими их водоупорными породами; 3) экранированные, связанные с фильтрационной неоднородностью пород (слабопрони­цаемый делювий на склоне водоносного горизонта, значительные неровности водоупора); 4) сифонные, действующие по принципу сифона, я др. Некоторые виды родников показаны на рис. 2.13.