Гидрогеология (от др.-греч. ὕδωρ «вода» + геология) - наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породам, поверхностными водами и атмосферой.
В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.
Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.
Подземные воды.
Подземными считаются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы - водной оболочки земного шара. Запасы пресной воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. В России известно порядка 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется менее 50%. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают водоотливы.
История гидрогеологии
Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2-3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.
Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в 12 веке н. э. название артезианских - от названия провинции Артуа (древнее название - Артезия) во Франции.
В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины 19 века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.
Распределение подземных вод в земной коре
Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны - верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.
Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.
Поверхность грунтовых вод называется «зеркалом грунтовых вод». Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют «мощностью водоупорного слоя».
Формирование подземных вод
Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды - просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Так возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.
Два основных способа образования подземных вод - путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах - главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вандозными водами (лат. vadare - идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.
Инфильтрация
Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.
Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы - водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам - плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.
Количество воды, просочившийся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.
Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.
Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.
Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.
Конденсация водных паров
Второй путь образования подземных вод - это конденсация водяных паров в горных породах.
Ювенильные воды
Ювенильные воды - ещё один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации магматического очага и являются «первичными». В природных условиях чистых ювенильных вод не существует: подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом.
Классификация подземных вод
Выделяется три типа подземных вод: верховодка, грунтовые и напорные (артезианские). В зависимости от степени минерализации выделяют пресные подземные воды, соленые, солоноватые и рассолы, по температуре они делятся на переохлажденные, холодные и термальные, а в зависимости от качества подземной воды ее подразделяют на техническую и питьевую.
Верховодка
Верховодка – подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту и занимает ограниченные территории. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.
Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.
Грунтовые воды
Грунтовыми водами называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Они характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям, на него влияют количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения, выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.
Артезианские воды
Напорные (артезианские) воды – воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды – в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.
Артезианские воды (от Artesium, латинского названия французской провинции Артуа, где эти воды издавна использовались) - напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями. Обычно встречаются в пределах определенных геологических структур (впадин, мульд, флексур и др.), образуя артезианские бассейны. При вскрытии поднимаются выше кровли водоносного пласта, иногда фонтанируют.
Лекция 3. ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ
1. Понятие о подземных водах
2. Классификация подземных вод
3. Динамика подземных вод
4. Приток подземных вод к водозаборным сооружениям
5. Борьба с грунтовыми водами
ПОНЯТИЕ О ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ
ВОДА – это чудо природы, самое необходимое из существующего вещества на Земле. От воды зависит наше благополучие, сам факт существования живого на Земле. Организм человека в весовом отношении в основном состоит из воды. У новорожденного – 75%, у взрослого – 60% от массы тела.
Вода на Земном шаре находится в очень сложных взаимоотношениях с живым. Она необходима не только для поддержания жизни, она еще и продукт живого. Вода вездесуща, повсеместна и многолика.
Замечательный ученый, создатель геохимии В.И. ВЕРНАДСКИЙ писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты, нет природного тела, которое могло бы сравниться с ним по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов…»
Воды, находящиеся в верхней части ЗЕМНОЙ КОРЫ и залегающие ниже поверхности земли, называют ПОДЗЕМНЫМИ. Изучением подземных вод занимается раздел геологии – ГИДРОГЕОЛОГИЯ.
Гидрогеология – это наука о подземных водах, их происхождении, свойствах, формах залегания, характере и законах движения, режиме и запасах. Она изучает способы использования подземных вод, методы их регулирования.
ПОДЗЕМНАЯ ВОДА образует подземную ГИДРОСФЕРУ, по массе заключенной в ней воды она соизмерима с Мировым Океаном.
Практическое значение подземных вод в жизни человека огромно. Подземная вода является одним из основных существующих и перспективных источников водоснабжения, так как имеет ряд достоинств:
1. Обладает белее высоким качеством, чем поверхностные воды (волы рек, озер, водохранилищ).
2. Не требует дорогостоящей очистки.
3. Лучше защищены от поверхностных загрязнений.
4. Повсеместно распространены.
Подземные воды широко используются для водоснабжения, так в США они составляют около 20% всей потребляемой воды, в Германии – 75%, в Бельгии – 90%. В России так же используются подземные воды для центрального водоснабжения. Так в пределах Москвы и московской области пробурено примерно 1000 артезианских скважин.
Но, при эксплуатации подземных вод необходимо иметь в виду, что если расход воды из подземных емкостей идет быстрее, чем ее запасы восполняются за счет влаги, просачивающейся в земли из атмосферы, то уровень подземных вод понижается, а это часто вызывает неблагоприятные последствия.
В течение нескольких десятилетий уровень подземных вод в Москве понизился более чем на 40 м, Санкт- Петербурге – на 50 м, Киеве – на 65 м, Лондоне – более чем на 100 м, в Париже – на 120 м, в Токио – на 150 м.
Причем, если воду забирают с пластов сравнительно рыхлых пород, то это может привести к проседанию массива пород. Так, Мехико за 40 лет опустилась на 7 метров.
Необходимо также знать, что подземные воды обладают и отрицательными факторами, которые особенно касаются строительства.
Подземные воды:
Осложняют производство работ в условиях притока подземных вод;
Ухудшают несущую способность пород, как основания сооружений;
Приводят к удорожанию строительства в связи с устройством гидроизоляции и дренажа.
Подземные воды находятся в неразрывной связи и взаимодействии с горными породами, в которых они формируются, накапливаются и перемещаются.
В горных породах подземная вода может быть в виде ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННОЙ, ПАРООБРАЗНОЙ, ФИЗИЧЕСКИ СВЯЗАННОЙ, СВОБОДНОЙ, и ТВЕРДОЙ.
ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННАЯ вода – это почти не «вода», она входит в состав кристаллической решетки минералов и принимает участие в строении кристаллической решетки. В СОДЕ ее до 64%, в минерале МИРАБИЛИТ – 55%. Выделить эту воду без разрушения кристаллической решетки не удается, Исключением является минерал ЦЕОЛИТ – «ПЛАЧУЩИЙ КАМЕНЬ» - из него кристаллизированную воду можно удалить нагреванием.
ПАРООБРАЗНАЯ вода – это водяной пар, заполняющий вместе с воздухом все, не заполненные водой поры и трещины в горных породах в пространстве между земной поверхностью и постоянным уровнем подземных вод. В определенные слои толщи земной коры пар может проникать по трещинам и пустотам из атмосферы или из глубоких недр земли от горячих водных растворов. В определенных условиях пары могут конденсироваться и переходить в жидкое состояние. В верхних слоях земной коры сосредоточена лишь незначительная часть парообразной воды Земли. В глубоких недрах пара гораздо больше, там он горячий.
ФИЗИЧЕСКИ СВЯЗАННАЯ вода – это вода, образующаяся на поверхности частиц горных пород путем КОНДЕНЦАЦИИ и АДСОРБЦИИ парообразной воды. Здесь выделяют ГИГРОСКОПИЧЕСКУЮ и ПЛЕНОЧНУЮ воду.
ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ вода – это вода, прочно удерживаемая на поверхности частиц МОЛЕКУЛЯРНЫМИ и ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ силами. Она может быть удавлена только при температуре 105-100 0 С. В зависимости от количества удерживаемой на частицах горных пород гигроскопической воды, различают гигроскопичность НЕПОЛНУЮ (1) и МАКСИМАЛЬНУЮ (2).
Наличие гигроскопической воды в породе не глаз не заметно. В месте с тем МАКСИМАЛЬНАЯ гигроскопичность тонкозернистых и глинистых пород может достигать 18%, в более крупнозернистых породах она падает до 1% от массы сухого вещества.
ПЛЕНОЧНАЯ вода образуется на частицах горных пород при влажности, превышающей максимальную гигроскопичность (3,4).
Поверхность частиц как бы обволакивается пленкой воды толщиной нескольких молекулярных слоев, покрывающих гигроскопическую воду.
Наличие пленочной воды в породах заметно на глаз, так как породы приобретают при этом более темную окраску. Пленочная вода способна передвигаться как жидкость от более толстых пленок к более тонким пленкам.
Максимальное содержание пленочной воды составляет:
Для песчаных пород - до 7%;
Для глинистых пород – до 45%.
СВОБОДНАЯ вода – это основная масса подземных вод. Она может перемещаться либо вниз по уклону – это ГРАВИТАЦИОННАЯ вода, либо вверх – КАПИЛЛЯРНАЯ вода.
Свободная вода не подвержена действию сил притяжения к поверхности частиц горных пород. Гравитационная вода подчиняется действию силы тяжести и способна передавать ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ давление. Гравитационная вода перемещается через пористое пространство и трещины в горных породах. В ЗОНАХ НАСЫЩЕНИЯ гравитационная вода образует ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ.
КИПАЛЛЯРНАЯ вода заполняет капиллярные поры и тонкие трещины в горных породах и удерживается силами поверхностного натяжения. Поднимается она снизу вверх, т.е. в направлении, противоположном действию силы тяжести.
ТВЕРДАЯ вода – вода в виде кристаллов, прослоек и линз льда – широко распространена в зоне многолетней мерзлоты.
Наличие тех или иных во многом предопределяет.
Подземные воды
Подземными считаются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы - водной оболочки земного шара. Запасы пресной воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. В России известно порядка 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется менее 50 %. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают водоотливы.
История гидрогеологии
Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2-3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.
Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия . Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских - от названия провинции Артуа (древнее название - Артезия) во Франции .
В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.
Распределение подземных вод в земной коре
Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны - верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.
Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.
Поверхность грунтовых вод называется «зеркалом грунтовых вод». Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют «мощностью водоносного горизонта».
Формирование подземных вод
Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды - просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Так возникают водоносные слои , или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.
Два основных способа образования подземных вод - путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах - главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вадозными водами (лат. vadare - идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.
Инфильтрация
Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.
Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы - водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам - плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс , рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.
Количество воды, просочившейся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.
Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.
Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.
Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.
Конденсация водных паров
Второй путь образования подземных вод - это конденсация водяных паров в горных породах.
Ювенильные воды
Ювенильные воды - ещё один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации магматического очага и являются «первичными». В природных условиях чистых ювенильных вод не существует: подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом.
Классификация подземных вод
Выделяется четыре типа подземных вод: верховодка, спорадические, грунтовые, напорные (артезианские) и подземные воды вечной мерзлоты.
- По условиям залегания: поровые, пластовые, трещинные.
- В зависимости от степени минерализации: ульропресные, пресные, минеральные, солоноватые, соленые и рассолы.
- По температуре: переохлажденные, холодные и термальные.
- В зависимости от качества: технические, минеральные и питьевые.
Верховодка
Верховодка и грунтовые воды
Верховодка - подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения, временем существования и дебита . Верховодка, как правило, образуется на первом от поверхности земли водоупорном пласте или прослойках водоупорных отложений в водоносноной толще, имеет локальное распространение и сезонный характер существования. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.
Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.
Грунтовые воды
Грунтовыми водами называются воды, залегающие первыми от поверхности и имеющие региональное распространение. Они, как правило безнапорные, в редких случаях имеют локальный напор, характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут залегать как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах . Уровень грунтовых вод подвержен сезонным колебаниям, на него влияют количество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения (преимущественно колодцы), выходы подземных вод на поверхность называются родниками , или ключами.
Артезианские воды
Напорные (артезианские) воды - воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды - в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.
Ссылки
- Гидрогеология на сайте «Горной энциклопедии »
| Геология | |
|---|---|
| Состав и строение | |
| Историческая | |
| Движение | |
| Гидрогеология | |
| Геофизика | |
| Полезные ископаемые | |
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Гидрогеология" в других словарях:
Гидрогеология … Орфографический словарь-справочник
Наука о подземных водах: об их происхождении, условиях залегания, законах движения, режиме, физ. и хим. свойствах, взаимной связи с твердыми м лами, с атмосферными и поверхностными водами, их хозяйственном значении (полезные ископаемые, поисковый … Геологическая энциклопедия
- (греч., от hydor вода, ge земля, и logos слово). Учение, по которому образование поверхности земли приписывается влиянию воды; иначе назыв. нептунизмом. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ГИДРОГЕОЛОГИЯ … Словарь иностранных слов русского языка
Гидрогеология - - наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой. Гидрогеология тесно связана с… … Нефтегазовая микроэнциклопедия
- (от гидро... и геология), наука о подземных водах; изучает их состав, свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами. Сформировалась во 2 й половине 19 в … Современная энциклопедия
Как таковая наука о Подземных водах появилась 1674 году после публикации ученым П. Перро своей работы «Происхождение источников», а свое официальное название она получила после издания в 1802 году Ж. Лемарком книги «Гидрогеология, или Исследование влияния воды на поверхность земного шара».
Как утверждают ученые объем Подземных вод составляет 60 000 000 км3, или 3,83% от всего объема гидросферы. (источник Мировой водный баланс…, 1974; Гавриленко, Дерпгольц, 1971; и др.)
Подземные воды — это …
Для более точного понимания — что есть подземные воды как таковые, приведем несколько определений из авторитетных словарей и энциклопедий.
Горная энциклопедия
Подземные воды … — воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. П. в. являются частью Водных ресурсов. B областях существования П. в. температура колеблется от -93 до 1200°C, давление — от нескольких до 3000 МПa …
A. A. Kоноплянцев.
Горная энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984 — 1991
Экологический словарь
Подземные воды — воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах (Водный Кодекс Российской Федерации)
EdwART. Термины и определения по охране окружающей среды, природопользованию и экологической безопасности. Словарь. 2010
Словарь по географии
Вода, находящаяся ниже земной поверхности в толще горных пород и в почве в любых физических состояниях .
Словарь по географии. 2015
Происхождение подземных вод
Происхождение Подземных вод издавна будоражило воображение лучших умов человечества. Высказывались самые смелые предположения и гипотезы, и ради справедливости необходимо отметить, что многие из них оказались верными. Существует обоснованное предположение, что подземные воды использовались в засушливых районах Ближнего Востока, средней Азии и Китая уже в 3000-2000 г. г. до нашей эры. Первую, из дошедших до нас, гипотез о происхождении подземных вод относят к VII веку до н. э. Она принадлежат древнегреческому философу Фалесу. Позднее, свое согласие с этой гипотезой выразил и Платон. Древнегреческие философы предполагали, что подземные воды происходили из охлажденного в подземных пещерах воздуха.
Подземные воды
существуют в различных агрегатных состояниях. Они накапливаются в толщах земной коры и движутся там различными способами по пустотам, порам и трещинам. В местах присутствия водонепроницаемых пород они скапливаются, образуя сообщающиеся между собой подземные водохранилища — подземные водоносные системы, опоясывающие весь земной шар.
Подземные воды имеют самое разнообразное применение в хозяйственной деятельности человека. Во-первых это источник пресной воды, во-вторых подземные воды — источник многих важных для человека минералов, всем хорошо известны лечебные минеральные воды. Горячие или геотермальные воды, которые мы подробно рассмотрели в статье , или горячие воды Земли, являются не только источниками полезных минералов, но и дарят человеку доступную и бесплатную геотермальную энергию.
Виды подземных вод
О. Мейнцер (1935) классифицировал воды находящиеся в горных породах таким образом:
- Воды в свободном состоянии, способные к самостоятельным формам движения, различным, в зависимости от конкретного вида воды:
* пар (парообразная);
* гравитационные воды (просачивающаяся капельножидкая, подземные потоки);
* в надкритическом состоянии — подземные воды с температурой и давлением выше критических. - Воды в связанном состоянии, не способные к самостоятельным формам движения, без перехода в свободное состояние (в другие виды воды):
* вода, химически связанная с кристаллической структурой минералов;
* вода, физико-химически и физически связанная с поверхностью минеральных частиц (скелета) горных пород;
* вода переходного состояния от связанной к свободной, в том числе капиллярно-связанная;
* иммобилизованная (вакуольная) вода;
* вода в твердом состоянии .
По интенсивности водообмена подземные воды можно разделить на такие категории:
- Зона активного водообмена – 300 / 500 метров от поверхности земли, время обновления вод от нескольких лет до нескольких десятков лет;
- Зона замедленного водообмена – 500 / 2000 метров от поверхности земли, время обновления вод десятки и сотни лет;
- Зона пассивного водообмена – более 2000 метров от поверхности, время обновления вод происходит на протяжении миллионов лет.
Классификация подземных вод по степени минерализации:
- Зона активного водообмена – 300 / 500 метров от поверхности земли, преобладают пресные воды с содержанием солей до 1 грамма/литр;
- Зона замедленного водообмена – 500 / 2000 метров от поверхности земли, солоноватые воды с содержанием солей от 1 до 35 г/л;
- Зона пассивного водообмена – более 2000 метров от поверхности, соленые воды по степени солености близкие к морской воде более 35 г/л.
Классификация подз. вод в зависимости от вида пустот, которые они заполняют:
- Поровыe подз. воды — в песках, галечниках … ;
- Трещинныe подз. воды — в гранитах, песчаниках и других скальных породах;
- Карстовыe подз. воды — воды находящиеся в растворимых породах (гипсах, известняках, доломитах …).
Классификация подземных вод по температуре (Щербаков, 1979)
Важным фактором является температура Подземных вод. Этот вопрос рассматривался в статье «Термальные источники, или горячие воды Земли». Отметим интересный факт — на больших глубинах вода достигает состояния так называемой «водяной плазмы». Это состояние характеризуется тем, что, с одной стороны, вода перестает быть «водой», а с другой и не стала водяным паром. Происходит это, когда за счет высоких температур, скорость движения молекул сравнима со скоростью движения молекул водяного пара, а плотность остается как у воды в жидком состоянии. Такая пароводяная смесь часто выбрасывается на поверхность в виде так называемых Гейзеров.
Переохлажденные подземные воды
- Степень нагретости: исключительно холодные.
- Шкала температур: ниже 0 °С.
- переход в твердое состояние.
Холодные подземные воды — тип №1
- Степень нагретости: весьма холодные.
- Шкала температур: ниже 0-4 °С.
- Физические и биохимические критерии температурных границ: 3,98°С - температура максимальной плотности воды.
Холодные подземные воды — тип №2
- Степень нагретости: умеренно холодные.
- Шкала температур: ниже 4-20 °С.
- Физические и биохимические критерии температурных границ: единица вязкости (сантипуаз) определена при температуре 20°С.
Термальные подземные воды — тип №1
- Степень нагретости: тёплые.
- Шкала температур: ниже 20-37 °С.
- Физические и биохимические критерии температурных границ: температура человеческого тела - около 37°С.
Термальные подземные воды — тип №2
- Степень нагретости: горячие.
- Шкала температур: ниже 37-50 °С.
- Физические и биохимические критерии температурных границ: оптимальная температура для роста бактерий.
Термальные подземные воды — тип №3
- Степень нагретости: весьма горячие.
- Шкала температур: ниже 50-100 °С.
- Физические и биохимические критерии температурных границ: переход в парообразное состояние.
Перегретые подземные воды — тип №1
- Степень нагретости: умеренно перегретые.
- Шкала температур: ниже 100-200 °С.
- Физические и биохимические критерии температурных границ: термометаморфизм (гидролиз карбонатов с выделением С02 , генерация абиогенного H2S и др.).
Перегретые подземные воды — тип №2
- Степень нагретости: весьма перегретые.
- Шкала температур: ниже 200-372 °С.
- Физические и биохимические критерии температурных границ: процессы углефикации органического вещества и формирования углеводородов.
Безнапорные воды:
- Грунтовые воды и верховодка – это первые от поверхности земли водоносные горизонты или по другому водоносные слои, залегающие на первом водоупорном слое (в отличие от верховодки грунтовые воды обычно связаны с наличием регионально-распространенного пласта слабопроницаемых пород, эти воды питают колодцы);
- Межпластовые воды, водоносные системы – подземные водохранилища, часто сообщающиеся между собой, у которых водонепроницаемые слой находятся как сверху, так и снизу;
- Трещинные и трещинно-карстовые подземные воды.
Напорные воды или Артезианские воды
Напорные воды или Артезианские воды – это артезианские бассейны вода в которых находится под напором/гидравлическим давлением между двумя водонепроницаемыми породами.
Ювенильные воды
Так же хотим сделать акцент на так называемые Ювенильные воды. Под которыми подразумеваются воды, происхождение которых обусловлено процессами синтеза водорода и кислорода в магматических расплавах. Далее, эти воды, поднимаясь вверх, смешиваются с другими видами Подземных вод. Гипотеза о Ювенильных водах впервые была сформулирована в 1902 году австрийским геологом Э. Зюссом.
Необходимо отметить тот факт, что в зонах вечной мерзлоты подземные воды верхнего уровня заморожены и находятся в твердом состоянии.
Одной из форм Подземных вод является так называемая «физически связанная вода». Такую формулировку она получила поскольку взаимодействуя с частицами породы притягивается ими. Чем меньше частицы тем больше воды они могут притягивать.
Много под землей и обычных вод, которые находится там благодаря гравитации, в следствии чего и называются «гравитационными водами». Среди них можно выделить два вида — напорные и безнапорные воды.
Физические свойства подземных вод
Выделяют такие физические свойства подземных вод:
- Мутность и прозрачность;
- Цветность;
- Запах и вкус;
- Температура;
- Вязкость;
- Радиоактивность.
Тема Подземных вод весьма обширна и очевидно, что отобразить ее в рамках одной статьи просто невозможно. Мы постарались выделить наиболее важные, с нашей точки зрения, моменты. Мы будем рады если этот материал подтолкнет вас к более детальному изучению столь интересной темы.
Современные представления геоэкологической науки определяют гидросферу как одну из главных жизнеобеспечивающих геосфер; гидросфера - неотъемлемая часть окружающей природной среды, неразрывно связанная с литосферой, атмосферой и биосферой и опосредованно - с деятельностью человека, его жизнью.
Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземных. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.
Для строителей подземные воды в одних случаях служат источником водоснабжения, а в других выступают как фактор, затрудняющий строительство. Особенно сложным является производство земляных и горных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, траншеи, подземные горные выработки: шахты, штольни, туннели, галереи и т.п. Подземные воды ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых пород, могут выступать в роли агрессивной среды по отношению к строительным материалам, вызывают растворение многих горных пород (гипс, известняк и др.) с образованием пустот и т. д.
Строители должны изучать подземные воды и использовать их в производственных целях, уметь сопротивляться их негативному воздействию при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.
Вода в условиях земной поверхности находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности морей, океанов и суши, она в парообразном состоянии поступает в атмосферу. При соответствующих условиях пары конденсируются и в виде атмосферных осад-
ков (дождь, снег) возвращаются на поверхность Земли - в морские бассейны и на сушу. Происходит круговорот воды в природе.
Круговорот воды в природе. Различают большой, малый и внутренний (местный) круговорот воды. При большом круговороте испаряющаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стоков. Малый круговорот характеризуется испарением влаги с поверхности океана и выпадением ее в виде осадков на ту же водную поверхность. В ходе внутреннего круговорота испарившаяся с поверхности суши влага вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.
Интенсивность водообмена подземных вод. В процессе круговорота воды в природе происходит постоянное возобновление природных вод, в том числе и подземных. Процесс смены первоначально накопившихся вод поступающими вновь называют водообменом. Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км 3 воды. Наиболее активно возобновляются речные воды.
Интенсивность водообмена подземных вод различна и зависит от глубины их залегания. В верхней части земной коры выделяют следующие вертикальные зоны:
- интенсивного водообмена (воды преимущественно пресные); расположена в самой верхней части земной коры до глубины 300-400 м, реже более; подземные воды этой зоны дренируются реками; в масштабе геологического времени - это воды молодые; водообмен осуществляется за десятки и тысячи лет;
- замедленного водообмена (воды солоноватые и соленые); занимает промежуточное положение и располагается до глубины 600-2000 м; обновление вод в процессе круговорота происходит в течение сотен тысяч лет;
- весьма замедленного водообмена (воды типа рассолов); приурочена к глубоким зонам земной коры и полностью изолирована от поверхностных вод и атмосферных осадков; водообмен - в течение сотен миллионов лет.
Наибольшее значение для водоснабжения имеют подземные воды, циркулирующие в зоне интенсивного водообмена. Постоянно пополняясь атмосферными осадками и водами поверхностных водоемов, они, как правило, отличаются значительными запасами и высоким качеством. Воды двух нижних зон, расположенных до глубины 10-15 км, в процессе круговорота практически не возобновляются, запасы их не пополняются.
Количественное выражение круговорота воды. Круговорот воды в природе количественно описывается уравнением водного баланса
где 0а.о - количество аТМОСферНЫХ ОСЭДКОВ; 0 ПО дз - подземный сток; ?2 П0В - поверхностный сток; 0 И - испарение.
Основные расходные (0 ПО дз, (?пов И (? и) и приходные (@ а о) статьи водного баланса зависят от природных условий, главным образом, от климата, рельефа и геологического строения района.
Изучение водного баланса отдельных районов или земного шара в целом необходимо для целенаправленного преобразования круговорота воды, в частности для увеличения запасов пресных подземных вод, используемых для водоснабжения.
Происхождение подземных вод. Подземные воды в верхней части земной коры образуются путем инфильтрации. Атмосферные осадки, речные и другие воды под действием гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они встречают водонепроницаемые слои горных пород. Вода задерживается и заполняет пустоты пород. Так создаются горизонты подземных вод. Количество воды, инфильтрующейся с поверхности, определяется действием многих факторов: характером рельефа, составом и фильтрующей способностью пород, климатом, растительным покровом, деятельностью человека и т. д.
Для определения величины инфильтрационного питания (? ип необходимо знать интенсивность инфильтрации атмосферных осадков @ инф и испарения 0 И:
би.п Q^^нф 2и-
В ряде случаев инфильтрационная теория не в состоянии объяснить появление подземных вод. Например, в сухих пустынях, где количество осадков незначительно, вблизи поверхности возникают водоносные горизонты. Было доказано, что в образовании подземных вод принимает участие также конденсация водяных паров, которые проникают в поры пород из атмосферы. Этот путь образования подземных вод хорошо прослеживается в рыхлых породах, которые служат основанием сооружений. Вследствие того что эти породы имеют температуру ниже окружающих пород, в них и происходит конденсация паров под фундаментом зданий.
Воды земной коры постоянно в течение длительного геологического времени пополняются ювенильными водами , которые возникают в глубине земли за счет кислорода и водорода, выделяемых магмой. Прямой выход на поверхность земли ювенильные воды в виде паров и горячих источников имеют при вулканической деятельности.
В зонах замедленного и весьма замедленного водообмена образуются минерализованные (соленые) воды так называемого се-диментационного происхождения. Эти воды возникли после образования (седиментации) древних морских осадков в начале геологической истории земной коры.
