Литература

1. Апполов Б.А. Учение о реках. М.: Изд-во МГУ, 1951. – 301 С.

2. Белицкий А.С.,Дубровский В.В. Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения. М.: Недра, 1964. – 230 С.

3. Билибин Ю.А. Основы геологии россыпей. М.: Изд-во АН СССР, 1956. – 250 С.

4. Горшков Г.П., Якушова А.Ф. Общая геология. М.: МГУ, изд. 2-ое, 1962. – 565 С.

5. Гудымович С.С. Учебная геологическая практика в окрестностях г. Томска. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 108 С.

6. Зайцев А.Г. Плотина. Кемерово, 1989. – 159 С.

7. Иванкин Г.А. Первая учебная геологическая практика (учебное пособие). Томск: ТПУ, 1975. – 61 С.

8. Иванкин Г.В. Геологические маршруты по окрестностям г. Томска. Методические указания. Томск: ТПУ, 1993. – 28 С.

9. Каменский Г.Н., Толстихина М.М., Толстихин Н.И. Гидрогеология СССР. М.: Госгеолиздат, 1959. – 310 С.

10. Кирпотин С.Н. Морфолого-геометрический подход к изучению пространственной структуры природных тел: от организма до ландшафта. Томск: Изд-во ТГУ, 2005. – 246 С.

11. Макковеев Н.Н. Русло реки и эрозия её в бассейне. М.: Изд-во АН СССР, 1955. – 260 С.

12. Мачкасова О.А. Геохимия основных типов подземных минеральных вод республики Хакасия и их бальнеологическое значение. Афтореф. дисс…канд. геол.-мин. наук. Томск, 2003. – 23 С.

13. Николаев Н.И. О строении поймы и аллювиальных отложений // Вопросы теоретической и прикладной геологии, 1947. – Сб. 2. – С. 20-32.

14. Обеднентова Г.В. Подводные гряды Волги// Природа, 1990. – № 1.– С. 80-84.

15. Савичев О.Г. Математическое моделирование и прогноз формаций р. Томи в черте г. Томска (Западная Сибирь) / Известия ТПУ, 2007. – № 1. – Т. 311. – С. 118 – 122.

16. Сальников В.Н., Потылицына Е.С. Курс лекций по общей геологии. Томск: ЦНТИ, 2007. – 839 С.

Маршрут № 2

Цель – ознакомление с геологической деятельностью подземных вод на примере: Лагерного Сада (южная часть г. Томска), где развиты оползневые процессы и принято ряд мер к их устранению. Необходимо повторить теоретический материал по подземным водам, где представлены сведения о состоянии воды в горных породах, происхождение подземных вод, классификация подземных вод. Источники. Химический состав подземных вод. Оползневые процессы, закономерности развития, прогноз и предупреждение [2,3].

Подземные воды

Ключевые слова и вопросы

Состояние воды в горных породах. Происхождение подземных вод. Классификация подземных вод. Источники. Химический состав подземных вод. Оползневые процессы, закономерности развития, прогноз и предупреждение.

К подземным водам относятся все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли. С подземными водами связаны карстовые процессы и оползание земляных масс по склонам оврагов, рек и морей.

По степени проницаемости горные породы подразделяются на три группы:

1. водопроницаемые (пески, гравий, галечники и др.);

2. полупроницаемые (супеси, легкие суглинки, лесс и др.);

3. водонепроницаемые или водоупорные – глины, тяжелые суглинки, не трещиноватые массивные кристаллические и сцементированные осадочные горные породы.

Под пористостью понимают:

Отношение объема пор в данном образце породы ко всему объему породы:

или в процентах

где n – пористость пород;

V_n – объем пор в образце породы;

V - объем всего образца.

Воды подразделяются:

1. Поровые – если подземные воды движутся по порам в рыхлых породах;

2. Трещинные – по трещинам;

3. Карстовые – по карстовым пещерам – трещинно-карстовые.

Состояние воды в горных породах

1. Вода в твердом состоянии (в виде льда).

2. Вода в виде пара (парообразная).

3. Гигроскопическая вода (может удалена при нагревании 105-110°). Её удерживают электрические силы и молекулярные.

4. Пленочная вода (несколько слоев).

5. Капиллярная вода, заполняет тонкие поры.

6. Капельножидкая (свободная) гравитационная вода – заполняет все поры и свободно передвигается.

В минералах содержатся следующие виды воды:

1. Цеолитная, выделяется до 400˚С (вода полусвязанная и не занимает позиции в узлах кристаллической решетки).

2. Кристаллизационная (гипс СаSO₄.2H₂O →CaSO₄+H₂O, он теряет воду и превращается в ангидрит).

3. Конституционная (мусковит KAl[AlSi₃O₁₀]∙[F,OH]₂). При нагревании мусковита (t=840-950˚C) он превращается в муллит - Al₂SiO₅+ H₂O.

Происхождение подземных вод

1. Инфильтрационные.

2. Конденсационные.

3. Ювенильные (или магмагенные при остывании магмы).

4. Остаточные (или реликтовые): а) сингенетические подземные; б) эпигенетические воды (вместе) или при происхождении.

Вода ранее проникала в горные породы из морских бассейнов (погребенные воды). Седиментационные (захороненные вместе с осадками, в разной степени изменения в стадии деагенеза и катагенеза) – метеморфогенная.

Классификация подземных вод по условиям залегания:

1. Верховодка;

2. Грунтовые воды;

3. Напорные межпластовые (артезианские).

1. Верховодка

Мощность верховодки – 0,5-1 м. Накапливается в зоне аэрации на поверхности небольших линз или отдельных слоев, сложенных водоупорными породами. Использовать эту воду для водоснабжения не рекомендуется.

2. Грунтовые воды

Накапливаются как в рыхлых пористых антропогеновых или доантропогеновых породах, так и в трещиноватых твердых породах.

Различают:

1) уровень грунтовых вод (зеркало, скатерть);

2) водоупорное ложе.

Порода, насыщенная водой, называется водоносным слоем (водоносный горизонт). Грунтовые воды – безнапорные воды. К зеркалу грунтовых вод примыкает капиллярная кайма (рис. 1).

Движение грунтовых вод

Движение осуществляется под действием силы тяжести в направлении к морю, озеру, реке, оврагу. Происходит разгрузка, дренаж (область дренирования).

Скорость движения выражается формулой:

, где – скорость потока; К – коэффициент фильтрации; ∆h – превышение уровня воды в одной точке над уровнем воды в другой; l – расстояние между двумя точками.

Отношение – называется уклоном грунтовых вод или напорным градиентом (). Отсюда: .

Пример: скорость в песках 1-5 м/сут.; гравийных песках 15-20 м/сут.; в сильно трещиноватых известняках до 100 м/сутки.

Грунтовые воды, залегая на водоупорном ложе, могут образовывать бассейны.

На пространстве от поверхности Земли до водоупорного ложа выделяются три зоны:

1. Зона аэрации;

2. Зона капилярного поднятия.

3. Зона полного и постоянного насыщения.

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)

1. Зона аэрации;

2. Зона грунтовых вод;

3. Водоупорное ложе;

4. Зона капиллярного поднятия;

5. 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)

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.

7. Уровень подземных вод.

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 – 150-320 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)