4. Физические и водные свойства горных пород: пористость, трещиноватость, влагоемкость (влажность), водоотдача (недостаток насыщения), проницаемость.

Скважность – свободное пространство в минеральном скелете, представленное пустотами различной формы, размера и генезиса. Численно характеризуется объемным коэффициентом скважности: n_c=(V_П/V_Э)*100%, где V_П – общий объем всех пустот, содержащихся в данном элементе горной породы, V_Э – объем элемента. Пустоты могут быть открытыми (сообщающимися между собой) или закрытыми (изолированными). Движение подземных вод возможно только по системе открытых пустот, поэтому существует понятие коэффициента открытой скважности, который определяется как отношение общего объема открытых пустот к объему всей породы. Наряду с понятиями «общей» и «открытой» скважности используется понятие активной (динамической), определяемой как отношение объема открытых пустот, по которым происходит движение гравитационной воды, к объему всей породы. Основными морфометрическими видами скважности являются пористость, трещиноватость и кавернозность. В соответствии с преобладанием того или иного вида скважности породы делятся на пористые, трещины, каверновые и переходные типы (порово-трещинные и т.д.). Пористыми породами называются те, у которых свободное пространство представлено различными по размерам пустотами изометрической формы. В качестве типичных поровых сред обычно рассматриваются обломочные (кластические) породы. Основными процессами, определяющими уменьшение общей пористости, являются уплотнение и цементацию порового пространства. В качестве сред трещинного типа рассматриваются литифицированные осадочные, метаморфические и магматические породы, скважность которых определяется наличием трещиноватости. Основными генетическими типами трещиноватости являются: экзогенная (формирующаяся в результате процессов выветривания и разуплотнения горных пород), тектоническая (формирующаяся в зонах тектонических нарушений и в связи с процессами складкообразования), диагенетическая (образующаяся в процессе литификации, т.е. цементации и уплотнения горных пород), сингенетическая (формирующаяся при остывании и уменьшении объема магматических горных пород). Количественно трещиноватость также характеризуется общей, открытой и активной пустотностью. Однако для трещинных сред не характерны существенные различия между общей и открытой скважностью. Значение коэффициента общей пустотности трещинных сред определяется, в основном, шириной открытых трещинных каналов. Кавернами называются крупные (диаметром более 5 мм) изометрические пустоты, формирующиеся в результате выщелачивания легкорастворимых соединений, минеральных включений, зерен. Важные параметры – агрессивность (углекислотная, выщелачивания, общекислотная, сульфатная, магнезиальная), жесткость. В связи с наличием свободного пространства, не заполненного минеральным веществом, практически все горные породы характеризуются определенными емкостными свойствами и могут вмещать определенное количество воды, воздуха, газов и других жидкостей. Применительно к содержанию подземных вод это свойство пород называется влагоемкостью. Количество воды, которая непосредственно содержится в элементе горной породы, отнесенной к объему или массе этого элемента, называется влажностью породы. W=(V_в/V_обр)*100%, где W – объемное значение влагоемкости или влажности, V_в – объем воды, содержащейся в данном элементе породы, V_обр – объем элемента горной породы в сухом состоянии. Гидрогеологическим параметром, характеризующим емкостные свойства пород, является гравитационная емкость, определяемая как отношение объема свободной гравитационной воды, содержащейся в образце породы при полном насыщении, к объему образца. Гравитационная емкость, определяемая при осушении породы, называется водоотдачей и рассчитывается как разность между полной и наименьшей влагоемкостью; при насыщении породы она называется недостатком насыщения, равным разности между полной влагоемкостью и естественной влажностью данного грунта. Таким образом, величина водоотдачи зависит от свойств самой породы, определяющих суммарное количество различных видов связанной воды и объем воды при полном насыщении. Величина недостатка насыщения зависит как от объективных свойств породы, так и от условий залегания. Проницаемость характеризует способность породы пропускать через себя воду, другие жидкости и газы под действием силы тяжести или градиента давления. Применительно к движению свободной воды это свойство называется водопроницаемостью (фильтрационной способностью) и характеризуется коэффициентом фильтрации, который является коэффициентом пропорциональности в законе Дарси. Величина коэффициента фильтрации зависит от свойств породы (активная скважность, размеры пустот, их форма и пр.) и свойств фильтрующейся жидкости и газа (вязкость, плотность). Проницаемость пород, зависящая только от свойств породы, характеризуется коэффициентом проницаемости К_П, который связан с коэффициентом фильтрации соотношение: К_П=К*m/y=K*m/p*g=K*v/g, где m – динамическая вязкость жидкости, y – вес единицы объема воды, g – ускорение свободного падения, р – плотность жидкость, v – коэффициент кинематической вязкости. Физические свойства воды. 1. Мутность и прозрачность: мутность воды обусловлена наличием взвешенных частиц величиной более 100 нм и выражается их массой на единицу объема. Наличие взвесей является редким для подземных вод, поэтому обычно пользуется показателем прозрачности, величина которого обратна мутности. Прозрачность выражается предельной высотой столба воды (см) в градуированном цилиндре, при которой возможно чтение шрифта, расположенного на расстоянии 4 см от дна цилиндра, или виден крест с толщиной линии 1 мм. Более точно оценка прозрачности проводится фотометрическим путем сравнения со стандартными эталонными суспензиями каолина. 2. Цветность: подземные воды обычно бесцветны. Окраску придают гуминовые и фульвокислоты, а также их растворимые соли. Зеленоватую или красноватую окраску имеют воды, обогащенные микроорганизмами, например, водорослями, зеленовато-голубую – закисным железом или сероводородом. Цветность определяется фотометрически в градусах цветности по шкале стандартных растворов. 3. Запах и вкус: зависят от содержания в воде газов, минеральных и органических веществ. Определение интенсивности проводится органолептически при температурах 20 и 60º и оценивается она по пятибалльной шкале. Запах определяют по ощущениям (гнилостный, хлорный и пр.), для вкуса существуют четыре основных определения: соленый, кислый, сладкий, горький. Все остальные называются привкусами. 4. Плотность воды – одно из аномальных ее свойств, ее твердая фаза легче жидкой, плотность увеличивается при понижение температуры до 4 градусов, затем начинает понижаться - это приводит к вертикальной гравитационной циркуляции воды. 5. Теплофизические свойства воды также аномальны – у нее уникально высокие температуры кипения и замерзания (100 и 0 градусов), ее теплоемкость в 5-20 раз выше, чем у других жидких и твердых веществ, поэтому у воды есть уникальная способность поглощать/отдавать максимально возможное количество тепла с минимальной скоростью. 6. Очень высокая диэлектрическая проницаемость, которая объясняет столь активное химическое взаимодействие воды с окружающей средой. 7. Высокие поверхностное натяжение, способности к прилипанию и смачиванию. 8. Аномальная зависимость вязкости от давления. Вязкость (внутреннее трение) имеет большое значение для процесса фильтрации, она уменьшает с ростом температуры и давления.

5. ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ, СВОЙСТВА И УСЛОВИЯ ДВИЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ВОДЫ. 1) В свободном состоянии - вода способна к  самостоятельным формам движения. а)  пар -- в пустотах при неполном их насыщении водой, попадает из атмоферы или в рез-те испарения подземных вод, движение водяного пара осуществляется в соответствии с изменением упругости: от большей упругости к меньшей. Упругость зависит от температуры воздуха и влажности. При 100 % отн влажности движение осуществляест в соответствии с градиентом температуры - в направлении понижения. б) гравитационная вода (просачивающаяся, подземные потоки) - движение происходит под действ сил тяжести, просачивающаяся вода формируется в ненасыщенной зоне и передвигается в капельно-жидкой форме  под действ силы тяжести - подземное дождевание. Подземный поток передвигается в условиях полного насыщения свободного пространства. в) в надкритическом состоянии - температура воды и давление выше критических - более 374 ⁰С,    Давление более 2,2*104 кПа, при высоких концентрациях раствор в-в  температура более 450 ⁰С, давление более 3,5 *104 кПа.  У воды пониженная вязкость, уменьшение рН, большая электропроводность. Газово-жидкий р-р - флюид. 2) в связанном состоянии - не способна к движению, входит в  состав породообразующих минералов и соединений. а)  химически связанная с кристаллической структурой минералов - в форме кристаллизационной воды, входит в кристаллическую решетку минералов , б) физико - химически и физически связанная с пов-тью скелета горных пород - адсорбционная,  или  прочносвязанная - на пов-ти минералов в виде слоя молекулярной адсорбции. в) капиллярно связанная - переходного состояния от связанного к свободному - осмотическая (рыхлосвязанная), капиллярно-конденсированная из молекул водяного пара и капиллярно-осмотическая, формирующаяся в порах (капиллярно-неподвижная), собственно капиллярная в сквозных порах, обладающая способностью к капиллярному поднятию над свободным уровнем воды (капиллярная кайма), капиллярно- гравитационная, передвигающаяся при небольших изменениях давления. г) иммобилизованная (вакуольная) вода - в изолированных пустотах - отдельных порах в горных породах, микропустоты в кристаллах. Состав воды отражает обстановку на момент "запечатывания" вакуолей. д) вода в твердом состоянии --  лед - вечная и сезонная мерзлота. Образует кристаллы или жилы. 6. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО ТИПУ ВОДОВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД И УСЛОВИЯМ ЗАЛЕГАНИЯ. В зависимости от характера пустот водовмещающих пород подземные воды делятся на: 1) поровые   в песках, галечниках и др. обломочных породах; 2) трещинные (жильные)   в скальных породах (гранитах, песчаниках); 3) карстовые (трещинно-карстовые)   в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.). По условиям залегания выделяют три типа подземных вод: воды зоны аэрации (почвеные воды и верховодку), грунтовые, межпластовые  (напорные). 1) Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами. Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения. Обычно верховодка приурочена к линзам водоупорных или слабопроницаемых горных пород, перекрываемых водопроницаемыми толщами. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление - временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время гола верховодка исчезает. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, в дождливые сезоны развивается заболачивание. 2) Грунтовые воды. Грунтовыми называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Обычно они относятся к водонепроницаемому пласту. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Как отмечалось выше, на него влияют различные факторы: количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова, хозяйственная деятельность человека и многое другое. Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях - один из источников водоснабжения. Они используются как питьевая вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами. 3) Межпластовые воды - нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах. 7. ПОНЯТИЕ ОБ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА. ВОДОНОСНЫЙ СЛОЙ, ПЛАСТ, ГОРИЗОНТ, КОМПЛЕКС, СЛАБОПРОНИЦАЕМЫЕ ("ВОДОУПОРНЫЕ") ЭЛЕМЕНТЫ РАЗРЕЗА. ВОДОНОСНЫЕ ЗОНЫ ТРЕЩИНОВАТОСТИ Существует 2 типа гидрогеологических разрезов: сложенные слоистыми толщами осадочных пород и сложенные неслоистыми (массивными) магматическими и метаморфическими породами. Основными стратификационными элементами первого типа разрезов являются: водоносные и слабопроницаемые слои, водоносные горизонты и слабопроницаемые пласты, водоносные комплексы и слабопроницаемые разделяющие толщи. Водоносный слой (локальная стратификация) - элементарная таксономическая единица гидрогеологической стратификационной шкалы. Это слой горных пород, однородный в литологическом отношении, характеризуется едиными фильтрационными св-ми. Слабопроницаемый слой Более крупный таксон (региональная стратификация) - водоносный горизонт (водоносный пласт) - монослой большой мощности  с определенным площадным  распространением и едиными условиями  залегания ПВ. Единство условии залегания ПВ предусматривает положение водоносного горизонта в определенном интервале разреза, четких границ кровли и подошвы.  Отсутствие внутри горизонта слабопроницаемых слоев. Относительная изоляция  от смежных водоносных горизонтов, т е наличие разделяющих слабопроницаемых слоев. Слабопроницаемый пласт - разделяющий - однородный слой слабопрониц породы значительной мощности или слоистый пласт в разрезе которого преобладают слабопрониц породы.   Водоносный комплекс - наличие гидравлической связи - несколько смежных водоносных горизонтов при наличии связи между ними или слоистая толща значительной мощности, в разрезе которой не могут быть выделены гидравлически обособленные водоносные горизонты. Единство условий формирования ПВ - положения областей питания и разгрузки, особенности движения. Слабопроницаемая толща Более крупная единица - водоносная серия - крупные элементы осадочного чехла. В разрезах сложенных неслоистыми (массивными) магматическими и метаморфическими породами положение водоносных и слабопроницаемых элементов определяется развитием трещиноватости. Гидрогеологическое расчленение таких разрезов основано на выделении водоносных зон трещиноватости.  Три типа взт : 1) региональная зона экзогенной трещиноватости верхней части массивов скальных пород (зона выветривания), 2) линейно-локальные зоны, связанные с тектоническими нарушениями, 3 ) локальные зоны повышенной трещиноватости и обводненности внутренних частей массивов.