Вертикальная гидрогеологическая зональность подземных вод. Инверсии

Классификация подземных вод А.М. Овчинникова и ее сущность

Понятие режима подземных вод

Классификация подземных вод и их краткая характеристика

В истории развития гидрогеологии были предложены самые различные классификации подземных вод. Здесь принципиально важным различием является выделение классификационных признаков. С этой точки зрения все классификации можно условно разделить на общие, химические и частные, Общие охватывают глобальные условия деятельности подземных вод или сочетают в себе много классификационных признаков. Другими словами, они представляют собой сочетание признаков, дающих некоторую закономерную общность жизни подземных вод. Примерами таких классификаций являются классификации А.М. Овчинникова и Ф.П. Саваренского по условиям залегания и режиму подземных вод.

Частные классификации систематизируют подземные воды по одному или нескольким признакам, то есть представляют частные случаи деятельности подземных вод. К таким можно отнести классификации Б.Л. Личкова, О.К. Ланге, А.М. Жирмунского, А.А. Козырева и многих других. Сюда относятся классификации Н.И. Толстихина подземных вод криолитозоны, А.Н. Токарева – радиоактивных подземных вод и др.

Наиболее употребительными в практике являются классификации Ф.П. Саваренского и А.М. Овчинникова, которые имеют много общих черт, и которые положены в основу дальнейшего рассмотрения подземных вод.

Режим подземных вод – это закономерные во времени изменения, которые происходят в водоносном горизонте как эпизодические, суточные, сезонные, годовые, многолетние и вековые колебания в связи с метеорологическими и геологическими процессами. Понятие о режиме подземных вод охватывает все стороны их деятельности и свойств: температура, физическое состояние, характер водообмена, уровень (напор), дебит, химический и газовый состав и др. Режим подземных вод может быть весьма непостоянным (верховодка), непостоянным, зависящим от эпизодических климатических факторов (верхние горизонты грунтовых вод), постоянным (нижние горизонты грунтовых вод), весьма постоянным (артезианские воды).

По условиям залегания и режиму А.М. Овчинников выделил типы, подтипы и разновидности вод:

1) воды зоны аэрации – верховодка (разновидности: почвенные, болотные и подвешенные в зоне аэрации);

2) грунтовые воды с различными подтипами;

3) артезианские воды.

В качестве особых типов им выделены воды районов вечной мерзлоты и воды районов молодого вулканизма. На основе этой классификации строится дальнейшее рассмотрение подземных вод, а при их характеристике используются также классификации Ф.П. Саваренского, Н.И. Толстихина, Г.В. Богомолова и др.

15.2.1 Воды зоны аэрации – верховодка (почвенные, болотные, подвешенные на линзах водоупорных пород в зоне аэрации)

Рис. 23. Гидрогеологический разрез зоны аэрации и верхней части зоны насыщения.

Условные обозначения:

В - зона аэрации (верховодка), Г - зона насыщения (грунтовые воды)

УГВ - уровень грунтовых вод.

Это – воды, наиболее близко залегающие к дневной поверхности. Режим их крайне непостоянен и всецело определяется гидрометеорологическими условиями. В засушливое время они часто исчезают. Верховодка может формироваться как в пористых рыхлых отложениях, так и в верхней части коры выветривания скальных трещиноватых пород. Располагается там, где происходят процессы просачивания атмосферной влаги через зону аэрации (рис.23). Чаще всего она приурочена к линзам водонепроницаемых пород, т. е. как бы «подвешена». Она может постепенно растекаться по краям линзы и питать грунтовые воды. Часть верховодки или даже вся, может быть израсходована на испарение. Обычно это маломинерализованные воды, в большинстве случаев имеют слабокислую реакцию. Может содержать органические вещества, Fe, H₂SiO₂. Легко загрязняется. В южных районах, с признаками аридного климата верховодка может быть высокоминерализованной хлоридной натриевой водой, из которой в бессточных впадинах происходит выпадение солей. Обычно редко используется для водоснабжения в силу непостоянного режима и загрязнения. В сельской местности, если верховодка залегает глубоко, используется для питья и поливов. Сохранению запасов в этом случае способствуют посадки леса, создание водоупорных перемычек и др. Разновидностями верховодки являются почвенные воды, болотные воды, подвешенные (собственно верховодка) и воды дюн.

Почвенные воды.

залегают в почвах. Почвенный слой является важной хотя и очень тонкой пленкой земной коры, в которой происходят жизненно-важные процессы. Роль воды в этих процессах огромна. Но нельзя путать ее с пленочной и капиллярной водой. Это – гравитационная вода, которая участвует в питании корневой системы растений. Почвенные воды, просачиваясь, питают грунтовые воды. Основным источником питания почвенных вод являются атмосферные осадки. Они оказывают двоякое влияние на плодородие почв – улучшение или ухудшение (оглеение, солонцевание и др.). Отсюда для оценки гидрогеологических условий большое значение имеет изучение типов почв и их состояния. Изменение влажности почвенного слоя во времени – гидроизоплеты – линии одинаковой влажности (в мм или %). Почвенный слой состоит из горизонта А (элювиальный) и В (иллювиальный) и подгоризонтов. Выделяются 8 типов почв: 1) подзолистые, 2) черноземные, 3) светлокаштановые и бурые, 4) заболоченные, 5) солонцы, 6) сероземы и солончаки, 7) слабо развитые почвы, 8) латериты и красноземы.

Болотные воды.

С одной стороны они тесно связаны с поверхностными водами, с другой - неразрывно с верховодкой. Болото – увлажненный участок поверхности, покрытый слоем торфа 20-30 см, а если менее или торф отсутствует, то заболоченные земли.

Возникновение болот связано с различными причинами (выходы грунтовых вод и слабый дренаж, ровная поверхность и непроницаемые породы в верхней части геологического разреза).

Болота могут быть:

1) низинные, питающиеся атмосферными и грунтовыми водами;

2) верховые (сфагновые), питающиеся преимущественно атмосферными осадками;

3) смешанные.

Выделяют еще висячие болота, которые питаются исключительно за счет грунтовых вод на пологих склонах долин.

Болотные воды обычно имеют малую минерализацию, содержат органическое вещество типа гумуса и низкомолекулярные органические кислоты. Характер растительности является хорошим показателем гидрогеологических особенностей болота. Безлесные болота – озерного происхождения, характеризуются кустарником черной клейкой ольхи могут служить показателем движения болотной воды. Сосны развиваются на плотном торфяном основании и на мощной чисто торфяной залежи (бывшего верхового болота). Коэффициент фильтрации торфяной залежи зависят от степени разложения торфа и колеблется от 0,45 м/сутки в сильно разложенных до 0,85-4,5 м/сутки в слабо разложенных. Фильтрация через нижние, сильно уплотненные слои торфа ничтожна. Сток значительно увеличивается при наличии рек, дренажных каналов и протоков.

Воды, подвешенные на линзах водоупорных пород в зоне аэрации.

Эти воды обычно называют «собственно верховодка». Они изображены на рис. 23. Остальные характеристики те же, что и у других разновидностей.

15.2.2. Воды зоны насыщения. Грунтовые воды

Грунтовые воды – это свободные гравитационные воды первых от поверхности земли постоянно существующих водоносных горизонтов, заключенных в рыхлых отложениях или в верхней части коренных пород. Грунтовые воды могут быть и безнапорными и иметь напор. Область питания их, как правило, совпадает с областью распространения (рис.24). Грунтовые воды связаны с атмосферной влагой, с поверхностными водами и верховодкой. Но поскольку они залегают уже на более значительных глубинах – до нескольких десятков метров, распределение их не всегда отражает географическую зональность и подчиняется особой, гидрогеологической зональности. В настоящее время под грунтовыми водами понимается не только первый от поверхности водоносный горизонт, а их серия или «водоносный комплекс», находящийся в зоне активного водообмена, т.е. в различной степени дренируемый гидрогеографической сетью. Режим этих вод находится под непосредственным влиянием гидрометеорологических факторов и характеризуется сезонными колебаниями уровня, дебита и химического состава. По возрасту грунтовые воды являются современными образованиями, формируются на междуречных массивах, в аллювиальных отложениях речных долин, в предгорных конусах выноса. Известны и довольно широко распространены более мощные бассейны грунтовых вод, приуроченные к древним погребенным долинам, к песчано-галечниковым отложениям морен и ледниковых рек, к лавовым потокам и т.д.

По А. М. Овчинникову в зависимости от условий залегания грунтовых вод следует различать грунтовый поток и грунтовый бассейн, которые могут находиться в сложных комбинациях между собой (рис. 25).

Рисунок 25. Схема строения грунтового потока (а) и грунтового бассейна в сочетании с грунтовым потоком (б): 1 — водопроницаемые пески; 2 — водоупорные породы; 3 — уровень грунтовых вод; 4 — направление движения воды; 5 — источник грунтовых вод.

Границы бассейна грунтовых вод определяются площадью распространения и степенью эрозионного расчленения отложений, благоприятных для скопления воды. Глубиной эрозионного расчленения обусловливается также глубина залегания и форма поверхности грунтовых вод. Эту поверхность для первого горизонта принято называть «зеркалом» грунтовых вод. На карте она изображается гидроизогипсами – линиями одинаковых высот поверхности грунтовых вод, над условной нулевой плоскостью для каждого водоносного горизонта.

Водонепроницаемая порода, подстилающая грунтовые воды, называется водоупорным ложем или подошвой. В случае, когда воды перекрываются глинистым водоупором, последний называется кровлей водоносного горизонта.

Мощность водоносных горизонтов – вертикальное расстояние от водоупорного ложа до поверхности грунтовых вод или кровли.

Хотя поверхность грунтовых вод и соответствует до некоторой степени рельефу земной поверхности, водораздел грунтовых вод не всегда совпадает с поверхностным.

Поверхность грунтовых вод может менять свой уклон под влиянием изменения фильтрационных свойств пород. Рассмотрим такую возможность исходя из уравнения Дарси для единичного расхода грунтового потока:

Q = K h J

где Q – расход на 1 м потока, h – мощность грунтового потока

то есть при постоянном расходе уклон поверхности грунтовых вод обратно пропорционален коэффициенту фильтрации пород и мощности грунтового потока.

Условия питания и режим грунтовых вод.

Грунтовые воды могут иметь следующие источники питания:

1. Инфильтрация атмосферных осадков, которые или прямо проникают чрез зону аэрации до грунтовых вод, или увлажняют почвенный слой до появления гравитационных вод. Последние могут попадать на поверхность подвешенных капиллярных вод. Уровень грунтовых вод при этом повышается, особенно в низинных местах, где инфильтрация происходит более интенсивно.

2. Инфильтрация вод рек, озер и других поверхностных водотоков и водоемов в паводковые периоды. В межень, наоборот, они питают грунтовые воды. Взаимоотношение поверхностных и грунтовых вод разнообразно, что можно видеть на рисунке 26 (а, б, в, г, д).

Рис. 24. Область питания грунтовых вод: 1 — песок; 2 — песок водоносный; 3 — глина; 4 — кривая депрессии; 5 — родник нисходящий.

3. Подпитывание грунтовых вод за счет более глубоко залегающих подземных вод (рис.32), что может быть установлено путем тщательного анализа гидрогеологических условий. Особенно помогают гидрогеохимические данные, так как микрокомпонентный состав - более чуткий индикатор и более дифференцированный в различных типах вод.

Режим грунтовых вод зависит от положения района в определенной географической зоне. В равнинных областях хорошо выделяются типы режима вод, связанные с влажным и засушливым климатами и с наличием многолетней мерзлоты. В горных районах имеет место хорошо выраженная зональность режима вод: при ледниковом питании наблюдаются летние максимумы, связанные с таянием льда, при снеговом - весенние.

Рисунок 26. Различные случаи соотношения грунтовых и речных вод в периоды паводков: а — река дренирует горизонт грунтовых вод; б — река всегда питает грунтовые воды; в — гидравлическая связь между грунтовыми и поверхностными водами отсутствует даже в паводки; г — гидравлическая связь между грунтовыми и поверхностными водами отсутствует только в период низкого уровня в реке; д — река влияет на уровень грунтовых вод только в узкой приречной полосе; 1 — водопроницаемые породы; 2 — водоупорные породы; 3 — уровень грунтовых вод.

Г.Н. Каменский выделяет два основных типа режима грунтовых вод:

1. Водораздельный тип, характерный для участков, удаленных от рек и других поверхностных водоемов и подземных вод, не имеющих гидравлической связи с водами поверхностных водотоков и водоемов в связи с перекрытием водоупорными породами.

2. Прибрежный тип, свойственный грунтовым водам прибрежных участков при наличии гидравлической связи с водами рек и других водоемов. По мере удаления влияние их затухает, и режим переходит в водораздельный.

Имеются и смешанные типы режима грунтовых вод, среди которых можно выделить три подтипа:

1) грунтовые воды безнапорные неглубокого залегания при весьма небольшой зоне аэрации; 2)грунтовые безнапорные воды глубокого залегания с мощной зоной аэрации; 3)напорные грунтовые воды.

Для водораздельного типа в режиме первого подтипа важное значение имеют резкие эпизодические колебания уровня вод, во втором – сезонные. В общем случае прибрежный режим отражает тип режима реки. Здесь виден подъем уровня в весеннее половодье (паводок) и снижение летом (летняя межень), небольшой подъем осенью и зимняя межень.

15.2.3. Зональность грунтовых вод

Идея зональности грунтовых вод принадлежит В.В. Докучаеву. Его ученик П.В. Отоцкий (1914) обратил внимание на общую закономерность залегания грунтовых вод: «По мере движения на юг грунтовые воды углубляются и минерализуются».

Рассмотрим схему зональности грунтовых вод В.С. Ильина, который сделал первую попытку выделить зональные и азональные грунтовые воды в Европейской части России и нанести их на карту. Он выделил 7 зон грунтовых вод и 6 типов азональных грунтовых вод. Последние не связаны с определенными зонами и могут переходить из одной зоны в другую.

Зональные грунтовые воды.

1. Зона тундровых вод

2. Зона высоких вод севера

3. Зона неглубоких оврагов с водами, залегающими на глубине 20-25 м.

4. Зона глубоких оврагов с водами повышенной минерализации, залегающими на глубине 20-25 м.

5. Зона овражно – балочная с водами жесткими или солоноватыми.

6. Зона Причерноморских балок с очень глубоким залеганием вод.

7. Зона Прикаспийских балок, где в отличие от предыдущей зоны, существуют области с неглубоким залеганием вод; воды часто обладают высокой минерализацией.

В дальнейшем появились ряд схем регионального плана. Для Западной Сибири такую схему составил Ю.К.Смоленков. Она будет рассмотрена в курсе «Региональная гидрогеология».

Азональные грунтовые воды.

1. Воды областей конечных морен.

2. Трещинные воды в массивных породах и продуктах их разрушения на Кольском полуострове, Урале и Южно-Русской кристаллической гряде.

3. Карстовые воды

4. Болотные воды, т.е. воды тех областей, в которых уровень грунтовых вод находится в прямой зависимости от уровня вод в болотах и почти не подвергается колебаниям.

5. Воды аллювиальных и флювио-гляциальных отложений.

6. Воды солончаков.

При оценке гидрогеологических условий всей территории РФ с точки зрения распространения вод О.К. Ланге в схеме В.С. Ильина и выделяет три резко обособленные провинции зональных грунтовых вод:

1. провинцию вечной мерзлоты, которая характеризуется отрицательными среднегодовыми температурами;

2. провинцию с высокой влажностью воздуха, положительными среднегодовыми температурами;

3. провинцию с высокой сухостью воздуха и большой амплитудой колебания температур.

Карту гидрохимических зон грунтовых вод для Европейской части РФ составил И.В. Гармонов. Он выделил (с севера на юг): зону гидрокарбонатно-кремнеземных вод; зону гидрокарбонатных кальциевых вод; зону преобладания сульфатных и хлоридных вод; подзону континентального засоления; зону гидрокарбонатных кальциевых вод горных областей Крыма и Кавказа.

Наиболее употребительной является схема зональности грунтовых вод, предложенная Г.Н. Каменским для всей территории РФ. Он выделил две провинции, в которых развиты соответственно два генетических типа вод:

1. Воды провинции выщелачивания

2. Воды провинции континентального засоления

Кроме того, им выделены отдельные участки вод континентального засоления среди вод выщелачивания, а также горные районы с развитием преимущественно вод выщелачивания.

Формирование вод выщелачивания происходит в условиях избыточного увлажнения, т.е. преобладания стока над испарением в условиях хорошего дренажа. Химический состав формируется под влиянием процесса выщелачивания почв и горных пород при почвообразовании и выветривании.

Формирование вод континентального засоления происходит при малом количестве атмосферных осадков, интенсивном испарении и отсутствии естественного дренажа. В расходной части баланса грунтовых вод здесь преобладает испарение, которое способствует образованию восходящих капиллярных токов. Химический состав вод континентального засоления формируется в процессах стока, когда дождевая и талая воды смывают накопившиеся на поверхности засоленных почв соли (выцветы солей). Засоление вод происходит при высыхании временных водоемов, при испарении воды с поверхности почвы и транспирации ее растениями, при испарении грунтовых вод путем капиллярного поднятия. В зоне грунтовых вод континентального засоления сильно сказывается влияние геоморфологических факторов и состава водосодержащих пород. Соленые воды распространены преимущественно в низинных местах, а на водоразделах, являющихся областями питания, развиты пресные воды. По мере приближения к подножию склонов и в широкие балки минерализация вод повышается, в балках и долинах встречаются сильно минерализованные соленые грунтовые воды, сопровождающиеся солончаками.

15.2.4. Основные разновидности грунтовых вод

В соответствии с классификацией А.М. Овчинникова наиболее характерными разновидностями грунтовых вод для территории РФ являются воды:

1. аллювиальных отложений

2. ледниковых отложений

3. южных внеледниковых областей

4. горных областей.

Грунтовые воды аллювиальных отложений.

Распространены в древних и современных отложениях речных долин (рис.27). Они имеют большое народно-хозяйственное значение, т.к. широко используются для водоснабжения населенных пунктов. Аллювиальные воды играют существенную роль в речном стоке.

Различие в скоростях течения воды в русле в половодье и в межень обусловливает слоистое распределение осадочного материала по крупности зерен. Участки накопления пойменных отложений отличаются от накопления русловых (в первом – илистые, во втором - песчанистые).

Разнообразие состава аллювиальных отложений обусловлено режимом осадконакопления аллювия, который зависит во многом от колебания базиса эрозии. Колебания базиса эрозии реки часто приводят к образованию переуглубленных участков коренного ложа долины, заполненных аллювиальными отложениями (рис. 28). Причиной могут служить мягкие, легко разрушаемые породы (известняки, гипс, соли и др.) или наличие тектонических разломов и зон дробления в коренном ложе. Такие участки требуют особого внимания, т.к. представляют значительный интерес при поисках и разведке подземных вод.

К древним погребенным долинам обычно приурочены мощные грунтовые потоки с большим расходом (десятки тысяч м³/сутки), что позволяет широко использовать их для водоснабжения. Режим аллювиальных вод тесно связан с режимом поверхностных водотоков. Поэтому при гидрогеологических исследованиях важно установить это взаимоотношение. Гидроизогипсы грунтовых потоков часто имеют сложную форму, зависящую от, например, дренирующей реки и от очертаний коренных берегов долины.

Рис. 27. Поперечный разрез речной длины с горизонтами грунтовых вод в водопроницаемых отложениях речных террас.

Условные обозначения:

1 – песок; 2 – галечник; 3 – коренное ложе долины (изверженные породы); 4- глина; 5- суглинок.

Рис. 28.Переуглубленные участки коренного ложа речной долины с «карманами» древних ложбин стока, заполненных грунтовыми водами.

Условные обозначения:

1 – покровные суглинки и глины; 2 –песок; 3 – глина; 4 –«карман» с грунтовыми водами; 5 – коренное ложе долины реки; 6 – речные террасы.

Инфильтрация атмосферных осадков на самых проницаемых участках или на отдельных понижениях создает «куполообразную» поверхность грунтовых потоков, выражаемую на карте замкнутыми изогипсами. Аллювиальные воды обладают напором. Области питания и распространения их иногда часто не совпадают. Они могут использоваться даже для водоснабжения крупных центров. «Подрусловые подземные реки» менее загрязнены, чем поверхностные воды, но не исключено и их загрязнение, а самоочищение вод зависит от литологического состава пород и степени техногенной нагрузки.

Грунтовые воды ледниковых отложений.

Гумидный климат (влага!), хорошие коллекторские свойства ледниковых отложений создают благоприятные предпосылки для формирования значительных запасов подземных вод. Например, Германия, расположена в области четвертичных ледниковых отложений и широко использует эти воды для водоснабжения крупных городов.

Можно выделить 2 группы отложений, характеризующихся определенными гидрогеологическими условиями:

1. Отложения озов – ориентированных по движению ледника нагромождений песчано-валунного материала. В северо-западной части РФ – озы вытянуты подобно дамбам среди ровной болотистой местности. В Швеции г. Упсала (близ Стокгольма) водоснабжается за счет вод озов.

2. Флювио-гляциальные отложения – пески, галечники; широко распространены в Германии и Польше, где наблюдается несколько гряд конечных морен, вытянутых в широтном направлении, а между ними расположены древние долины, заключающие мощные грунтовые потоки. Ширина долин от 3 до 25 км. По отдельным из них протекают такие реки как Висла, Одер, Эльба и другие.

До проведения канала имени Москвы, бассейн грунтовых вод в районе Мытищ являлся единственным источником водоснабжения столицы (так называемый «Мытищенский водопровод»), который был оборудован еще в конце 18-го века.

Грунтовые воды внеледниковых областей

Внеледниковые области включают ландшафтные зоны степей, полупустынь и пустынь. Северная полоса степей – переход от гумидного к аридному климату. Условия образования грунтовых вод здесь неблагоприятны – сильно развита дренажная система оврагов, отсутствуют леса и болота.

В полупустынях имеются участки обнаженных почв, которые как и грунты обычно засолены, много соленых озер, среди которых есть и самосадочные. В питании грунтовых вод начинают приобретать значение процессы конденсации.

По мере продвижения на юг доля инфильтрации снижается. Крупные пустыни СНГ – Кара-Кум, Кызыл-Кум и Муюн-Кум. Как правило, грунтовые воды в континентальных отложениях имеют единое зеркало.

Питание грунтовых вод пустыни Кара-Кум складываются следующим образом: фильтрация из рек – 74%, сток из Копет-Дага – около 11%, местная инфильтрация через оголенные пески – 15%.

Главная масса воды расходуется на испарение, что приводит к засолению грунтовых вод. Пресные воды в виде линз могут встречаться в барханах.

Грунтовые воды горных областей и предгорий.

Характерен высокий процент стока в расходной части баланса. У подножия хребтов, а также в межгорных впадинах и котловинах отлагаются мощные толщи галечника, вмещающие грунтовые воды. Сверху они прикрыты суглинками.

Пополнение запасов вод происходит за счет поверхностных вод, которые теряются в валунах («исчезающие реки» в «курумах» – валунном делювии).

Такая же картина наблюдается и в межгорных впадинах, которые представляют собой бессточные котловины, богатые напорными грунтовыми водами.

Рис. 29. Грунтовые воды предгорий.

15.2.5 Артезианские воды

Это воды, залегающие между водоупорными слоями в пределах довольно крупных геологических структур, и имеющие напор. При вскрытии таких водоносных горизонтов вода поднимается выше кровли водоносного пласта (горизонта) и часто изливается на поверхность или фонтанирует.

Правильное понимание формирования артезианских вод возможно только при тщательном изучении геологической структуры региона и истории ее развития.

В каждом артезианском водоносном горизонте можно выделить три основных элемента: область питания; область напора; область разгрузки (рис.11,30,31).

Гидрогеологические условия в пределах одного горизонта различны в пределах 3-х этих областей.

В области питания водоносный горизонт обычно приподнят и дренирован, поэтому воды здесь имеют свободную поверхность и принципиально не отличаются от грунтовых вод.

В области напора уровень, до которого может подняться вода, расположен выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называется напором. В случае расположения воображаемого уровня выше поверхности земли, вода изливается (фонтанирует) (рис. 11). Напорный уровень еще называют пьезометрическим, а изолинии абсолютных отметок напорного уровня, называют гидроизопьезами.

В области разгрузки артезианская вода выходит на земную поверхность в виде субаэральных, субаквальных или субмаринных источников.

При наличии нескольких водоносных горизонтов каждый их них может иметь свою пьезометрическую поверхность, которая определяется условиями питания и стока подземных вод (рис.30,31).

Рис. 30. Артезианский бассейн при обращенном рельефе.

Рис. 31. Артезианский бассейн при прямом рельефе (синклиналь).

Если скважина вскрывает два артезианских водоносных горизонта и они сообщаются, то в случае обращенного рельефа (рис.30), вода в скважине пойдет из верхнего в нижний горизонт, т.е скважина будет поглощающей. Это очень важно при решении вопросов захоронения различных промстоков.

Взаимоотношение артезианских и грунтовых вод.

При моноклинально залегающих или выклинивающихся водоносных пластов на обрамлениях горных стран формируются так называемые ассиметричные артезианские бассейны или артезианские склоны.

Артезианские структуры обычно представлены системой перемежающихся водопроницаемых и относительно водоупорных пород. Чем более выдержан водоносный пласт, чем больше площадь области разгрузки, тем водообильнее артезианский горизонт.

Если область питания велика, то наибольший объем занимают пресные воды, т.к. значительная площадь водоносных горизонтов находится в зоне интенсивного водообмена. В крупных впадинах область питания по сравнению с общей площадью распространения водоносных горизонтов невелика.

Рис. 32. Взаимоотношение артезианских и грунтовых вод ( по A.M. Овчинникову):

а — питание артезианских вод грунтовыми; б — переход артезианских вод в грунтовые; в — питание грунтовых вод артезианскими. 1 — водоносные рыхлые четвертичные отложения; 2 — водоносные горизонты в коренных породах; 3 — водоупорные породы; 4 — уровень воды; 5 — направление движения воды

Химический состав подземных вод в отличие от Мирового океана более разнообразен и довольно закономерно изменяется по площади и разрезу гидрогеологических бассейнов. Кроме того, закономерно меняется с глубиной и характер водообмена – от активного в верхних до затрудненного и весьма затрудненного водообмена в более глубоких горизонтах.

Закономерно изменяются по разрезу также газовый состав подземных вод и их температура. Этот комплекс явлений называется гидрогеологической зональностью, которая складывается из геогидродинамической, газогидрогеохимической и гидрогеотермической. Во всех случаях «классической» зональности происходит с глубиной увеличение ключевых параметров (минерализации, пластовых давлений, газонасыщенности, температуры подземных вод). Однако от классической могут быть довольно значительные отклонения, называемые инверсией, то есть наблюдается не увеличение, а уменьшение значений параметров, что связано с историей развития бассейна, его возрастом, палео-и современным климатами и др. На гидрогеологическую зональность бассейнов значительный отпечаток налагают процессы литогенеза и, в частности, стадийность нефтеобразования.

а) б) в)

Рис. 25.1 Схемы классической и инверсионной гидрогеохимической зональности.

Где, А- пресные воды; Б- солоноватые воды; В – соленые воды; Г- рассолы.

а) классическая зональность, б) инверсионная зональность за счет аридизации современного климата и сохранения реликта пресных вод в более глубоких горизонтах; в) инверсионная в гидрогеологических бассейнах молодых платформ и плит за счет дегидратации глинистых минералов и опреснения поровых и пластовых вод.

Дата добавления: 2014-01-07