подземные воды типа рассолов располагаются в зоне водообмена
Подземные воды
Воды, находящиеся в верхней части земной коры, носят название подземные воды. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.
Подземные воды тесно связаны с водой атмосферы и наземной гидросферы – океанами, морями, озерами, реками. В природных условиях происходит непрерывное взаимодействие этих вод, так называемый гидрологический круговорот. В процессе круговорота воды в природе происходит постоянное возобновление природных вод, в том числе и подземных. Процесс смены первоначально накопившихся вод вновь поступающими называют водообменом. Интенсивность водообмена подземных вод различна и зависит от глубины их залегания.
Зона интенсивного водообмена (преимущественно пресные воды) расположена в самой верхней части земной коры до глубины 300 – 400 м; подземные воды этой зоны дренируются реками; в масштабе геологического времени–это воды молодые; водообмен осуществляется за десятки и тысячи лет.
Зона замедленного водообмена (солоноватые и соленые воды) занимает промежуточное положение и располагается до глубины 600 – 2000 м; обновление вод в процессе круговорота происходит в течении 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 осуществляется за сотни миллионов лет
Дата добавления: 2015-08-11 ; просмотров: 930 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Интенсивность водообмена подземных вод
В природе распространены атмосферные (дождь, облака, туман), поверх- ностные (океан, моря, реки) и подземные воды. Единство всех вод на Земле проявляется в процессе их круговорота.
Различают большой, малый и внутренний (местный) круговорот воды.
При большом круговороте испарившаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращают-
ся в океан в виде поверхностного и подземного стока. Малый круговорот ха-
рактеризуется испарением влаги с поверхности океана и выпадением ее в виде осадков на ту же водную поверхность. В ходе внутреннего круговорота испа-
рившаяся с поверхности суши влага вновь попадает на сушу в виде атмосфер-
Интенсивность водообмена подземных вод различна и зависит от глуби- ны их залегания. По Н. К. Игнатовичу, в верхней части земной коры выделяют следующие вертикальные зоны:
· зона 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 геологическо-
го времени − это воды молодые; водообмен осуществляется за десятки и тысячи лет;
· зона замедленного водообмена (воды солоноватые и соленые), за- нимает промежуточное положение и располагается до глубины 600-2000 м. Об- новление вод в процессе круговорота происходит в течение сотен тысяч лет;
· зона весьма замедленного водообмена (воды типа рассолов) при-
урочена к глубоким зонам земной коры и полностью изолирована от поверхно-
стных вод и атмосферных осадков. Водообмен − в течение сотен миллионов лет.
Наибольшее значение для водоснабжения имеют подземные воды, цирку-
лирующие в зоне интенсивного водообмена. Постоянно пополняясь атмосфер-
ными осадками и водами поверхностных водоемов, они, как правило, отлича- ются значительными запасами и высоким качеством. Воды двух нижних зон, расположенных до глубины 10−15 км, практически в процессе круговорота не возобновляются, запасы их не пополняются.
Ниже глубины 10-15 км вода предположительно находится в парообразном состоянии.
Все, что необходимо знать о видах подземных вод и их использовании
Подземные воды концентрируются в толще пород, не опускаясь ниже верхней части земной коры.
Это важный ресурс, необходимый для жизнеобеспечения человека, поэтому они всесторонне изучаются и классифицируются по совокупности свойств. Исходя из этого, определяются варианты их применения.
В этой статье рассмотрим виды подземных вод и их особенности, отличия и применение.
Основной применяемый в России вариант деления
Базовым вариантом в России считается их деление на типы по глубине залегания и способу использования. Этим определяется принципиальная возможность их применения в той или иной отрасли и легкость добычи.
Какие бывают?
Делений подземных вод по разным параметрам существует достаточно много. Чаще всего при исследованиях учитывается их принадлежность к нескольким категориям из разных классификаций. Это позволяет более объективно определить ценность природного ресурса.
Как классифицируются по условиям залегания?
«Базовая» классификация подземных вод по условиям залегания включает следующие их виды:
Для них характерно активное перемещение под воздействием гравитации, минимальная глубина залегания и большая занимаемая площадь.
Запас этих вод пополняется во время дождей – капли просачиваются сквозь разные виды грунта (глина, песок является неким аналогом фильтра).
Чаще всего у этих вод ограничена площадь «питания» и распространения, они занимают четко ограниченный участок. В разные сезоны их уровень зависит от температуры субстрата и от интенсивности осадков.
Они могут выходить на поверхность земли под давлением массы субстрата в виде ключей и родников.
Их добыча – трудоемкий процесс, для этого необходимы сложные инженерные конструкции. Иногда они пробиваются на поверхность самостоятельно, образуя родники и ключи. Чаще всего неподалеку строятся лечебницы, санатории, курорты.
По химическому составу
Этот показатель сильно варьируется. На него активнее всего влияет способность окружающих горных пород к растворению. По сути, такая вода – естественный раствор, «обогащенный» микроорганизмами и химическими элементами.
Базовая их классификация – по минерализации. Число (г/л или мг/л) – это сумма всех имеющихся в воде «посторонних примесей» (за исключением газов).
Разновидности:
Имеется и иная версия авторства В. И. Вернадского:
Чем ближе к поверхности почвы залегают воды, тем меньше в них минеральных «примесей». А вообще, состав определяется происхождением, интенсивностью взаимодействия с окружающими породами, условиями и нюансами водообмена (еще именуемого круговоротом воды в природе).
У них тоже есть несколько классификаций:
Промысловая классификация
Данный вариант классификации употребляется в основном в нефте- и газодобывающей отрасли. Типы выделяются, исходя из расположения H2O по отношению к разрабатываемым месторождениям:
Некоторые специалисты включают в эту классификацию еще и техногенные воды. Они попадают в пласт в процессе бурения, в ходе ремонта, промывки или закачиваются специально для поддержания необходимого давления.
По происхождению
Происхождение (или генетический тип) – один из основных факторов, предопределяющий химический состав вод. Они делятся на следующие виды:
По движению
Идея такого деления предложена советским гидрологом А. Ф. Лебедевым:
Может быть капиллярно-подвешенной, не имеющей источников питания, и капиллярно-подтянутой, участвующей в водообмене.
По характеру обмена с поверхностными
Водообмен идет на трех условных «уровнях». Верхний – это свободный обмен, нижний практически изолирован от поверхностных вод. Поэтому сверху концентрируются в основном пресные воды (пригодные для питья или технического назначения), снизу – «рассолы» с повышенной концентрацией химических соединений.
Посередине – воды разной степени минерализации. Здесь все определяется проницаемостью пластов почвы над ними.
Какие считаются самыми ценными?
Наиболее ценными считаются воды, располагающиеся максимально глубоко и пригодные для питья, добыча которых связана со значительными трудностями.
Их ценность заключается в:
Питьевая артезианская вода – это результат естественной длительной фильтрации дождевых или талых вод, пытающихся просочиться через плохо пропускающие их горные породы. Она скапливается в 60-70 м ниже уровня почвы.
Высокоминерализированные «рассолы» – это древняя морская H2O, попавшая под землю при сдвигах тектонических плит.
Применение знаний о классах на практике
Принадлежность подземных вод к определенным видам нескольких разных классификаций определяет возможность их использования в той или иной сфере деятельности:
В зависимости от конкретной области использования требования к составу и уровню жесткости варьируются.
Во-первых, должны отсутствовать пригодные для этого поверхностные воды. Во-вторых, необходимо наличие запасов подземных вод, которого хватит для обеспечения питьевой водой населения данного региона.
Заключение
Классифицировать подземные воды можно по разным критериям. Чаще всего они делятся на виды по условиям залегания и характеру использования. Наиболее ценным ресурсом считается чистая питьевая H2O.
Подземные воды
По отношению к вмещающим породам выделяется три вида воды: 1) свободная (гравитационная, капиллярная и вакуольная), 2) физически связанная, включающая прочносвязанную (гигроскопическую) и рыхлосвязанную (плёночную и осмотическую), и 3) химически связанная (кристаллизационная, цеолитная и конституционная). Взаимопереходы одних видов воды в другие в значительной мере определяют суть геологического круговорота воды. Свободная и физически связанная вода зоны насыщения (фреатической) объединяются понятием «собственно подземные воды». Основным объектом исследования гидрогеологов служат свободные гравитационные воды.
↑ Химический состав и минерализация
↑ Зональность химического состава
Существует тенденция к увеличению минерализации подземных вод с глубиной, в результате чего пресные воды (общая концентрация солей менее 1 г/л) сменяются солёными (1–35 г/л) и глубже — рассолами (свыше 35 г/л). Изменение ионно–солевого состава подземных растворов в целом согласуется с зональностью распределения их общего солесодержания.
Пресные воды чаще всего гидрокарбонатные кальциевые, в районах развития доломитовых пород — гидрокарбонатные кальциево–магниевые. Глубже располагается зона солёных вод смешанного химического состава: гидрокарбонатно–хлоридных натриевых, сульфатно–гидрокарбонатных натриевых, хлоридно–сульфатных натриевых и других, переходящая в зону распространения солёных и рассольных хлоридных натриевых вод.
Приведенная в самых общих чертах картина гидрогеохимической зональности, свойственная, главным образом, карбонатно–терригенным разрезам платформенных бассейнов, часто и существенно искажается. В связи с условиями геологического развития региона и литологическим составом формаций гидрогеохимические зоны гипертрофируются по мощности, появляются специфические типы вод, наблюдаются разные виды инверсии солёности (рисунок). В пределах аридного пояса даже в самых верхних частях осадочного чехла нередко залегают солёные воды, а в прилегающих к кристаллическим щитам гидрогеологических резервуарах солёные воды и рассолы могут вообще отсутствовать. В бассейнах с мощными галогенными толщами формируются высокоминерализованные рассолы хлоридного кальциевого состава, а в подошве осадочного чехла таких бассейнов нередко отмечается снижение минерализации рассолов.
Для областей развития гипсо– и ангидритоносных формаций и отложений с сульфидными скоплениями характерно наличие выраженной сульфатной гидрогеохимической зоны.
Весьма специфичны по составу и солёности подземные растворы нефтяных, газовых, угольных, рудных месторождений, районов современного вулканизма и вечной мерзлоты.
↑ Щёлочно–кислотные свойства
Эти свойства подземных вод сильно изменяются. Наиболее высокие значения рН (10, редко до 13,5) свойственны содовым водам и гидротермам, низкие (4–2, редко до О) — водам зоны окисления сульфидных месторождений, вулканическим термам и крепким хлоридным кальциевым рассолам. Степень щёлочности–кислотности растворов зависит как от их состава (ионного и газового), так и от температуры.
Присутствие воздушного кислорода в водах отмечается до глубины 1 км, а его содержание в растворах достигает 15 мг/л. Обогащённость подземных вод верхних частей осадочного чехла кислородом обусловливает существование здесь окислительной геохимической обстановки. Вместе с тем, в верхних частях чехла в случае интенсивной генерации биохимических газов нередко возникают восстановительные условия.
С глубиной гамма газов атмосферного и биохимического происхождения сначала дополняется, а затем сменяется газовой ассоциацией химического генезиса (СО2 — до 40 г/л; H2S — 4 г/л и выше; N2 — 1210 мл/л; H2 — 1513 мл/л; СН4 и его гомологов — до 12900 см 3 /л и др.), определяемого взаимодействием вод и пород при возрастающих температурах и давлениях, и газами радиогенно–ядерного происхождения (Не — до 10 мл/л и Rn — до 36000 эман). Здесь господствует восстановительная обстановка. Однако на значительных глубинах (2–3 км и более) возможно присутствие свободного кислорода, связанного с радиолизом воды. В целом для глубинных зон осадочного разреза характерны метановые, азотно–метановые, углекисло–метановые и сероводородно–азотно–метановые растворы и рассолы. Сложен и специфичен состав водорастворённых газов районов современного вулканизма. Здесь отмечены фтор–хлористые, сернисто– и азотно–углекислые, сероводородно– и водородно–углекислые, водородные и метановые газоводные растворы.
↑ Изотопы
Большое значение для установления природы подземных растворов и расшифровки условий литогидрогеохимических процессов имеет изучение изотопного состава водорода и кислорода, составляющих молекулу воды. Из стабильных изотопов этих элементов наиболее распространены в природе и геологически исследованы D и 18 O.
Согласно современным данным, изучение концентрации дейтерия даёт более ясные по сравнению с тяжёлым кислородом указания на первоисточник подземного раствора. Изотопный же состав кислорода существенно зависит от взаимодействий между водой и породой, в результате которых нередко имеет место обогащение воды и обеднение породы по 18 О — так называемый кислородный сдвиг.
↑ Фильтрация и диффузия
Формирование состава подземных вод происходит в ходе сложных процессов массопереноса, который осуществляется конвективным и диффузионным способами. Наиболее изучены конвективные процессы, которые обычно отождествляются с механическим массопереносом. Такой перенос вещества, преобладающий в движущемся подземном потоке под влиянием напорного градиента, связанный с движением собственно подземных вод, называется фильтрацией. Фильтрационные течения подземных вод разнообразны по скорости, местоположению источника зарождения, причинам возникновения, проявлению в осадочно–породных бассейнах.
↑ Гидродинамическая зональность
Еще в 30–40–х годах нашего столетия Н.К. Игнатович сформулировал представления о гидрогеодинамической зональности осадочного разреза. В соответствии с его схемой, основанной на снижении активности водообмена с глубиной, выделяются три гидрогеодинамические зоны: верхняя — интенсивного водообмена, средняя — замедленного водообмена, нижняя — пассивного водообмена.
↑ Виды фильтрации
Согласно А.Е. Гуревичу и др., фильтрация подземных вод представлена двумя видами течений: гравитационным и элизионным. Причина первого — влияние на воду поля гравитации Земли. Возможность гравитационного движения может реализоваться в случае негоризонтальности уровней и неравновесности распределения плотности подземных вод. Движущей силой гравитационной фильтрации является гидростатический напор. Гидрогеодинамический режим пластовых систем, обладающих такого рода напором, называют гидростатическим. В виде классического варианта, для которого свойственно наличие отчетливо выраженных областей метеорного питания, стока и разгрузки водоносных горизонтов, гидростатический режим доминирует главным образом в верхней гидрогеодинамической зоне осадочно–породных бассейнов (инфильтрационные системы). Однако возможны его существенные проявления и в глубоких частях гидрогеологического разреза.
Элизионное движение подземных вод вызывается изменением объёма порового пространства или содержащегося в нём раствора. Реализация элизионных течений возможна в результате ряда процессов, среди которых превалирующее значение имеют механическое уплотнение (разуплотнение) отложений, заполнение порового пространства вторичными минералами (растворение пород), дегидратация (гидратация) минералов, синтез (разложение) воды, термическое изменение объема жидкой фазы. Наиболее распространенный и изученный вид элизионных систем характеризуется геостатической природой напора, возникающего при отжиме растворов из уплотняющихся отложений. В этом случае говорят о геостатическом режиме динамики подземных вод. Такой режим ярко проявляется в субмаринных и молодых осадочно-породных бассейнах. В нижних, глубокопогруженных, частях осадочного чехла на первый план выходят негеостатические факторы элизионных течений: дегидратация минералов, синтез воды, термическое расширение жидкой фазы и т.д.
↑ Генетические типы
Минерализация, ионно–солевой, газовый, изотопный состав подземных вод, характер отношения к горным породам связаны с их генезисом. Г.Н. Каменский в 1947 г. впервые свел воззрения о существовании различных генетических типов подземных вод в схему, которая лежит в основе современных генетических классификаций. По первоисточнику ресурсов выделяются четыре основные генетические разновидности подземных вод: атмогенные, талассогенные, петрогенные и мантийногенные (таблица). В этих терминах запечатлено происхождение вод: атмогенные — из атмосферы, талассогенные — из моря (таласс. — море), петрогенные — из камня (петро. — камень), мантийногенные — из мантии.
Атмогенные (иначе метеогенные) подземные воды формируются, главным об-разом, в результате просачивания в недра атмосферных осадков. Перемещаются эти воды в земной коре под действием гидростатического напора от областей питания, где они пресные и ультрапресные, к областям разгрузки, в пределах которых их соленость в случае пересечения водным потоком масс легкорастворимых пород может возрастать до 320 г/л. В гидрогеологической практике такие воды чаще называются инфильтрогенными, при этом подчёркивается способ их проникновения в водоносный горизонт. Следует отметить, что метеогенные воды могут быть захоронены вместе с отложениями при озёрном или речном осадконакоплении. В таких случаях это — седиментогенные воды, движущиеся под влиянием существенно геостатического напора.
Появление талассогенных подземных вод в разрезе осадочно–породных бассейнов обусловлено, как правило, захоронением морских вод при осадконаконлении. Поэтому термины (талассогенные воды) и (седиментогенные воды) обычно применяются как синонимы. Реже воды морских и лагунных бассейнов могут стекать в подстилающие горизонты под действием сил гравитации (инфильтрогенные талассогенные воды). Преимущественно седиментационный характер талассогенных подземных вод отражается в зависимости минерализации растворов от литологического состава формаций, слагающих гидрогеологические бассейны. В бассейнах с карбонатно-терригенным выполнением минерализация вод обычно не поднимается выше 80–100 г/л (например. Западная Сибирь). В гипсо– и ангидритоносных разрезах отмечаются более концентрированные рассолы (200–250 г/л). Рассолы высокой и высочайшей минерализации (320–600 г/л) встречены лишь в крупных галогенных бассейнах с каменной и калийными солями.
Движение талассогенных вод обычно элизионное, возникающее под действием геостатических сил, в меньшей мере температуры и сокращения порового пространства пород при вторичном минералообразовании. Сначала из уплотняющихся при погружении отложений в более проницаемые пласты отжимаются свободные (гравитационные) воды. По мере погружения пород масса гравитационных вод пополняется за счёт физически связанной воды. По некоторым оценкам, к глубинам 550–600 м из отложений выжимается вся свободная вода, а в интервале 1500–2000 м в глинах отсутствует уже и рыхлосвязанная.
Петрогенные (иначе возрождённые, метаморфогенные) подземные воды появляются в результате освобождения водных молекул из минералов, содержащих кристаллизационную и цеолитную воду, а также синтеза молекул Н2 O при разложении и перекристаллизации гидроксил– и водородсодержащих минералов. Процесс формирования петрогенных вод начинается на стадии катагенеза. В качестве примеров назовём процессы ангидритизации гипса, содержащего 20,9 % кристаллизационной воды, полностью удаляющейся в эксперименте при 140–220°С, гидрослюдизации монтмориллонита, в котором содержание межслоевой воды, составляющее 12–24 %, начинает снижаться в интервале температур 100–135°С.
На стадии метаморфизма формирование петрогенных вод продолжается. Большая роль здесь принадлежит глубокой перекристаллизации глинистых минералов, в которых на долю лишь конституционной воды приходится 10–28 %. Надо иметь в виду, что в литогенезе наряду с пополнением резерва гравитационно–подвижной воды за счёт петрогенной идёт и обратный процесс разложения водных молекул: определённая их часть трансформируется в конституционную воду новообразованных минералов. Главным импульсом эмиграции из минералов петрогенных вод является температура. Следует отметить, что, несмотря на грандиозные масштабы процесса возрождения воды, наблюдать петрогенные воды в чистом виде невозможно вследствие их смешения с другими генетическими типами вод, чаще всего талассогенными растворами. Вместе с тем, судить о факте эмиграции из пород химически связанной воды в ряде случаев удаётся по опреснению нижних частей гидрогеохимического разреза.
Ещё более сложны для изучения мантийногенные (иначе ювенильные) подземные воды. Представляя себе реальность существования этого типа вод, источником генерации которых является мантия, мы в практике гидрогеологических исследований можем говорить, с большей или меньшей степенью достоверности, лишь о доле ман-тийногенной воды в конкретной полигенетической водной смеси. Это связано с тем, что водная фаза, отделяемая из глубинных магм, служащих транспортом мантийногенной воды, наследует черты атмогенных, талассогенных и петрогенных растворов боковых пород, ассимилированных магматическим потоком. Даже в районах современного вулканизма гидротермы носят гибридный, преимущественно метеогенный, характер. Так, по оценкам В.И. Кононова, доля магматических флюидов в водном балансе современных гидротермальных систем обычно не превышает 10 %.
Классификация подземных вод по условиям залегания: кем и для чего составляется, как применяются знания?
Подземные воды — воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в любом агрегатном состоянии. Относятся к полезным ископаемым.
Как же градируются подземные воды в зависимости от уровня залегания?
Как подразделяются по условиям залегания?
По условиям залегания выделяют:
Виды в зависимости от глубины расположения
Глубина залегания подземных вод различна и может составлять сотни метров. Причем на одном участке могут присутствовать несколько типов водоносных горизонтов.
Схема
Схемы залегания подземных вод составляются гидрогеологами. На одном ограниченном участке может быть их несколько разновидностей.
На схеме присутствует безнапорная разновидность с зеркалом (водоем). Кроме этого, показаны 2 водоупора, разделяющие грунтовые и межпластовые воды.
Формы
Формы залегания грунтовых вод определяют геологическое строение местности. Выделяют:
Как определить самостоятельно, где залегают?
Существует определенные признаки, позволяющие предположить наличие водоносных горизонтов на собственном участке.
Где искать не стоит:
Вода имеет свойство испаряться. Поэтому при поиске подземных горизонтов обращают внимание на следующее:
Заключение
Узнать уровень залегания подземных водоносных слоев на участке – это задача его хозяина. Обычно в холодное время года он выше, летом – ниже.
Эта информация поможет: