Виды вод в горных породах

Лекция 3.

Для более полного понимания свойств грунтов, рассмотрим

В порах и трещинах горных пород всегда содержится вода, кото­рая может находиться в парообразном, жидком и твердом состоянии.

1. Вода в форме пара.

2.Физически связанная вода (вода на поверхности частиц):

- прочно связанная, или адсорбированная, вода;

- слабо связанная вода (пленочная).

3.Свободная вода

- капиллярная вода

- гравитационная

4. Вода в твердом состоянии.

5. Вода в кристаллической решетке минералов (химически связанная вода):

- конституционная;

- кристаллизационная;

- цеолитная.

1. Вода в форме пара. Пары воды, образующиеся при испарении в атмосфере или земной коре, заполняют вместе с воздухом не занятые водой поры и трещины в горных породах.

Количество паров не превышает несколько тысячных долей процента от массы пород. В определенных условиях при понижении температуры до точки росы пары могут конденсироваться и переходить в жидкое состояние. Точка росы – это температурный предел, при котором водяные пары, находящиеся в воздухе, начинают конденсироваться и переходить в жидкое, а при очень резком изменении температуры, и в твердое состояние.

В общем объеме парообразной воды значительная доля принадлежит горячему пару больших глубин или выходу перегретых вод на поверхность Земли. Обособленные скопления пара встречаются на месторождениях нефти и газа.

2. Физически связанная вода. Присуща преимущественно глинистым породам; в скальных и раздельнозернистых породах эта вода практического значения не имеет.

Существование физически связанной воды обусловлено наличием на поверхности минеральной частицы слабого отрицательного заряда. Благодаря дипольному строению, молекулы воды притягиваются к поверхности минеральной частицы со слабым отрицательным зарядом, водородными положительными концами, образуя прочную связь. Связанная вода составляет примерно 42 % всей воды, содержащейся в земной коре. Средняя её плотность 1,2 – 1,4 г/см³.

- прочно связанная, или адсорбированная, вода;

Прочносвязанная вода образуется непосредственно на поверхности частиц горных пород в результате процессов адсорбции молекул воды из паров и прочно удерживается под влиянием электрокинетических и межмолекулярных сил. Особенно много физически связанной воды содержится в тонкодисперсных глинистых породах.

- слабо связанная вода (пленочная).

Слабосвязанная (пленочная) вода имеет меньший уровень энергетической связи. Она образует на поверхности частиц как бы вторую пленку поверх прочносвязанной и может передвигаться от участков с большей толщиной пленки к участкам, где толщина меньше. Пленка удерживается молекулярными силами, возникающими между молекулами прочносвязанной воды и молекулами воды вновь образующейся пленки. По мере роста толщины пленки действие молекулярных связей уменьшается. Внешние слои слабосвязанной воды доступны для питания растений и могут служить средой развития микроорганизмов.

Признаки физически связанной воды:

- не подчиняется силе тяжести;

- не замерзает при температуре минус 78°С;

- не обладает растворяющей способностью;

- гигроскопическая вода не замерзает до минус 78°С –и до минус 6°С – пленочная.

3. Свободная вода

- капиллярная вода.

Капиллярная вода частично или полностью заполняет тонкие капиллярные поры и трещинки горных пород и удерживается в них силами поверхностного натяжения.

- гравитационная вода

представляет собой под­земные воды, движущиеся в порах и трещинах горных пород под действием силы тяжести. Гравитационная вода обладает растворяющей способностью, передает гидростатическое давление (давление, вызываемое весом жидкости), оказывает при движении механическое воздействие на породы. Механическое действие движущейся воды на породы проявляется в выносе мелких частиц из рыхлых несвязных пород на откосах выемок и котлованов — суффозии, что может обусловить неустойчивость откосов и последующую деформацию склонов. В зоне насыщения гравитационные воды образуют водоносные горизонты. Изучение гравитационных вод, их движения, физических свойств и химического состава является основной задачей при гидрогеологических исследованиях. Такая вода характерна для зернистых и трещиноватых пород, образуя свободные постоянные водоносные горизонты в зоне насыщения верхней части подземной гидросферы.

4. Вода в твердом состоянии. Эта вода распространена в зонах многолетнемерзлых пород в виде кристаллов, жил, линз, прослоев льда. При температуре пород ниже нуля гравитационная и часть связанной воды. Кристаллы льда цементируют отдельные минеральные частицы, превращая рыхлые породы в твердые. Свойства пород, сцементированных льдом, резко отличны от свойств талых пород. Изучением свойств мерзлых пород занимается особая наука — геокриология или мерзлотоведение.

6. Вода в кристаллической решетке минералов (химически связанная вода). принимает участие в строении кристаллической решетки в виде молекулы (Н₂О), гидроксида (ОН^-), водорода (Н⁺) и оксания (Н₃О⁺).

- конституционная вода - вода в минералах, входящая в кристаллическую решетку и учавствующая в их строении в виде ионов ОН^-, Н⁺, H₃0⁺,сама вода образуется после полного разрушения. Выделяется из минерала в пределах от 300° до 1000°С.

- кристаллизационная вода участвует в строении кристаллических решеток некоторых минералов в виде молекул воды в строго определенных количествах (например, гипс СaSO₄-2H₈0). Эта вода также выделяется из минералов при определенной температуре (от 300 до 100° С) и сопровождается поглощением тепла, что и позволяет определять исследуемый минерал при помощи метода термического анализа. Выделение кристаллизационной воды обусловливает разрушение кристаллической решетки минерала и ее перестройку (например, гипс превращается в ангидрит).

- цеолитная вода — часть кристаллизационной воды, которая может выделяться и вновь поглощается без разрушения кристаллической решетки; входит в состав кристаллических решеток некоторых ми­нералов— цеолитов, представляющих собой водные алюмосиликаты.

Дата добавления: 2014-01-04