
- •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
2.2.6. Геологический круговорот воды
Геологический круговорот воды в земной коре в отличие от климатического обусловлен непрерывным движением отдельных ее участков в вертикальном и горизонтальном направлениях в связи с общей тектонической жизнью Земли. Начало этого круговорота связано с бассейнами осадконакопления.
Свежесформированный осадок в бассейнах седиментации представляет собой в подавляющем большинстве случаев рыхлое или текучее тело, резко обводненное, богатое микроорганизмами и состоящее из весьма разнородного химико-минералогического материала. Важнейшей чертой этого осадка является наличие большого количества воды. По мере того, как происходит погружение зоны осадконакопления в результате давления перекрывающих слоев и уплотнения илов, ведущего к превращению их в породы, содержание воды в илах начинает уменьшаться. Уплотнению подвергаются и образующиеся из илов глины вплоть до превращения их в сланцы. При этом идет снижение пористости и выжимание воды. Последнее особенно характерно для глинистых осадков.
Несмотря на то, что пористость горных пород с глубиной неуклонно уменьшается, но даже на значительных глубинах (6-10 км) встречаются зоны с высокой пористостью и проницаемостью.
Отжимаемая из иловых осадков вода сначала возвращается в водоем, где происходит осадконакопление. В дальнейшем она отжимается в коллекторские пласты, преимущественно песчаные, залегающие между уплотняемыми слоями глин. В песчаных пластах с самого начала их образования тоже находится седиментационная вода, но она постепенно уступает место водам, выдавливаемым из глин, так как геостатическое давление, господствующее в уплотняющихся слоях глин, в 2 раза и более превышает гидростатическое давление, господствующее в практически несжимаемых песчаниках. Геостатическое давление в глинах, передаваясь на заключенные в них воды, создает в них давление, превышающее давление в коллекторах. В дальнейшем движение вод в водоносных горизонтах происходит в соответствии с гидравлическим уклоном, направленным от мест наибольшего прогибания и выжимания к местам относительно меньшего тектонического движения.
Основная часть свободных вод отжимается уже на первых сотнях метров погружения осадка, но на этом отжатие вод не прекращается, поскольку в дальнейшем в этот процесс включаются связанные воды вплоть до адсорбированных и кристаллизационных.
Следовательно, первый этап геологического круговорота воды, связанный с захоронением осадков на большие глубины, может быть назван седиментационным. Его формирование происходит в условиях отжатая воды из захороняющихся горных пород, т.е. в условиях элизионного режима.
Геологический круговорот воды седиментационным этапом не заканчивается, так как продолжающееся прогибание территории приводит к дальнейшему погружению осадочных пород и связанных с ними подземных вод.
После уплотнения и полной литификации осадков оставшиеся в них поровые воды составляют еще 2-5% от их объема. Эти воды в виде свободных выделяются при попадании осадочных толщ в зону прогрессивного метаморфизма, который, сопровождаясь перекристаллизацией пород, приводит к выделению в свободную фазу не только поровых, но и всех их кристаллизационных и конституционных разностей, входящих в состав глинистых минералов. При этом происходит не просто освобождение воды или дегидратация горных пород, но и их дегидроксилирование, т.е. выделение гидроксильной группы ОН", а также ионов водорода и кислорода, которые, соединяясь, синтезируют молекулу воды. В этих условиях формируются вновь синтезированные, или возрожденные воды. Синтез воды делает зону метаморфизма качественно новым этапом геологического круговорота, который предлагается называть метаморфогенным.
Выделение воды при метаморфизме происходит медленно по мере перекристаллизации минералов, но этот процесс характерен практически для всех его этапов. Тем самым захороненная первоначально в осадочных отложениях вода в процессе метаморфизма постепенно полностью освобождается и занимает трещины и межгранулярные пространства горных пород, а также образует восходящие потоки к поверхности земли. Таким путем свободные воды по системе сообщающихся сосудов из зоны метаморфизма оказываются выведенными снова к дневной поверхности, тем самым замыкая геологический круговорот воды и создавая флюидные потоки из коровых (15-30 км) и мантийных недр земли.
Третий этап геологического круговорота – магматический связан с тем, что расширяющиеся и углубляющиеся разломы земной коры, процессы магматической деятельности способствуют активной миграции захороненных вод среди различных пород и вовлечению их в сферу действия климатического круговорота. В этих условиях формируются разнообразные минеральные, газоносные, гидротермальные и другие воды. Подымающиеся и раскрывающиеся структуры подвергаются воздействию метеорных факторов, что еще усложняет гидрогеологические условия и способствует вовлечению глубинных вод в общий круговорот.
Геологический круговорот воды, в отличие от климатического, совершается в различных термодинамических оболочках земной коры.
С развиваемых позиций полный геологический круговорот воды складывается из трех этапов: седиментационного, метаморфогенного и магматического, каждый из которых в определенном смысле носит самостоятельный характер. В то же время все они являются частью более общего круговорота, играющего важнейшую роль в земной коре.
Геологический круговорот воды не изолирован от других источников воды - экзогенных (вадозных) и эндогенных (ювенильных). Так, по представлениям многих исследователей, в земную кору поступают воды из мантии, количество которых в настоящее время точно не известно.