- •Предмет и содержание гидрогеологии
- •Разделы гидрогеологии и методы исследований
- •2. Распределение воды на Земле и её круговорот
- •3.Коэффициентом стока l называется отношение величины стока у за какой-либо период к количеству атмосферных осадков х за тот же период (обычно за год):
- •1.5. Водный баланс территории
- •2.2. Вода в недрах земли
- •2.2.1. Общие закономерности распределения воды в литосфере
- •2.2. Коллекторские свойства горных пород
- •2.2.3. Виды воды в горных породах
- •2.2.4. Водные свойства горных пород
- •2.2.5. Понятие о водоносных пластах и горизонтах, комплексах и бассейнах подземных вод
- •2.2.6. Геологический круговорот воды
- •2.2.7. Отличие геологического круговорота воды от климатического
- •Разный источник энергии движения воды.
- •2. Принципиально различный механизм движения воды в горных породах.
- •4. Формирование генетически разных подземных вод.
- •5. Гидродинамика формирующихся бассейнов различна.
- •6. Разное направление движения воды.
- •3. Основные формы и законы движения воды в недрах
- •3.1. Физические свойства подземных вод
- •3.3. Движение воды как физического тела
- •3.3.1. Пластовое давление в водоносных горизонтах
- •3.3.3. Гидродинамическая зональность земных недр
- •3.4. Линейный закон фильтрации, или закон Дарси
- •3.5. Границы применимости закона Дарси
- •3.6. Конвективное движение волы
- •3.7. Понятие об установившейся фильтрации
- •3.8. Движение физически связанных вод
- •3.8.1. Капиллярная форма движения воды
- •3.8.2. Молекулярно-диффузионное движение
- •3.9. Движение воды как геологического тела
- •Элизионное движение воды
- •3.9.2. Движение глубинных вод
- •4. Основы гидрогеохимии подземных вод
- •4.1. Состав подземных вод и их классификации
- •4.2. Водная миграция элементов и формирование состава подземных вод
- •4.2.1. Миграция химических элементов
- •4.3. Обработка и систематизация химических анализов подземных вод
- •4.3.1. Типы химических анализов
- •5.1. Структурно-гидрогеологические подразделения и классификация типов подземных вод
- •5.2. Гидрогеологическая структура как емкость подземных вод
- •5.3. Гидрогеологическая структура как водообменная и водонапорная система
- •5.4. Пространственные формы залегания подземных вод
- •5.5.1. Верховодка
- •5.5.2. Грунтовые воды
- •5.5.3. Артезианские воды
- •5.5.4. Трешинные и карстовые воды
- •5.5.5. Подземные воды криолигозоны
- •5.5.6. Подземные воды районов активного вулканизма
- •6. Управление водными ресурсами
- •6.1. Пресные воды
- •6.2. Минеральные лечебные воды
- •6.3. Промышленные воды
- •6.4. Термальные воды
- •6.5. Основные виды и последовательность выполнения гидрогеологических работ
- •7. Экологическая гидрогеология
- •7.1. Загрязнение природных вод - главная проблема чистой воды
3.3.3. Гидродинамическая зональность земных недр
В связи с установлением фактов аномально высоких пластовых давлений в подземной гидросфере изменилось представление о природе и характере гидродинамической зональности земной коры. Началась разработка новых схем гидродинамической зональности земных недр.
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. Пластовое давление подземных вод равно гидростатическому. При благоприятных условиях режим этого типа может существовать до глубины 5~6 км. 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 из пород, уплотняющихся под действием геостатического давления или возникающих тектонических напряжений. Этот тип режима наблюдается обычно на глубинах, превышающих 1000 м. Пластовое давление, как правило, 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 действия этого режима является воздействие на них геостатического и тектонического давлений. Такое воздействие возможно лишь в условиях существенной изоляции глубинных водонапорных систем, 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 из 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. Однако прежде чем переходить к этому вопросу необходимо хотя бы кратко познакомиться с основными элементами фильтрационного потока.
3.4. Линейный закон фильтрации, или закон Дарси
Закон Дарси формулируется следующим образом: количество воды Q, просачивающейся через породу в единицу времени, пропорционально величине падения напора при фильтрации Н и площади поперечного сечения породы S и обратно пропорционально длине пути фильтрации L, измеряемой по направлению движения воды:
О = k( H/L)S,
где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от физических свойств породы и фильтрующейся жидкости. Этот коэффициент получил название коэффициента фильтрации. Обозначив отношение падения напора Н к длине пути фильтрации L через напорный или гидравлический градиент I, получим:
Q = kIS. Это уравнение представляет собой в общем виде выражение расхода фильтрационного потока. Разделив обе части уравнения на S, получим
Q/S = V = kI.
Уравнение выражает закон Дарси, отражающий линейную зависимость между скоростью фильтрации и напорным градиентом. Если принять I = 1 , то V = k. Отсюда вытекает физический смысл коэффициента фильтрации, представляющий собой скорость фильтрации воды при гидравлическом градиенте, равном единице. Поэтому размерность коэффициента фильтрации та же, что и скорости движения воды, т.е. см/с, м/ч или м/сут.
Следует учитывать, что скорость фильтрации, рассчитанная по формуле, не равна действительной скорости движения воды в порах или трещинах породы, так как вместо реального рассматривается фиктивный поток. Чтобы получить реальную скорость движения подземных вод U, необходимо скорость фильтрации V разделить на пористость породы п.
Так как п всегда меньше 1 , то получаемая из закона Дарси скорость фильтрации всегда меньше действительной скорости движения. Непосредственно действительные скорости движения воды не зависят от свойств зерен минералов, слагающих водоносный горизонт, но косвенно минеральный состав породы влияет, так как он определяет характер и структуру пор. Чем больше размеры пор, тем больше скорости движения подземных вод.