Как называют подземные воды. Типы подземных вод и их геологическая деятельность

Подземные воды - воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. Подземные воды – один из основных существующих и перспективных источников водоснабжения. В сравнении с поверхностными водами они обладают более высоким качеством, не требуют дорогостоящей очистки, лучше защищены от поверхностных загрязнений и повсеместно распространены. На долю подземных вод приходится около 40% всего объема воды. Однако подземные воды – фактор, осложняющий строительные работы. Они ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых вод, могут быть агрессивной средой для металлических и бетонных конструкций, способствуют образованию неблагоприятных инженерно-геологических процессов.

Происхождение подземных вод (теории)

Существуют две основные теории происхождения подземных вод: инфильтрационная и конденсационная.

Инфильтрационная теория объясняет образование подземных вод просачиванием вглубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачиваясь по крупным трещинам и порам, вода задерживается на водонепроницаемых слоях, и дает начало подземным водам. Процесс изменчив во времени и определяется природными условиями района: рельефом, водопроницаемостью пород, растительным покровом, деятельностью человека. При понижении уровня подземных вод испарение поверхности уменьшается, а на некоторой глубине становится равной нулю. В этих условиях величина инфильтрационного питания подземных вод возрастает.

Конденсационная теория предполагает возникновение подземных вод в связи с конденсацией водяных паров, которые приникают в поры и трещины из атмосферы. Эти теории дополняют друг друга. Инфильтрационный путь образования подземных вод является основным для подземных вод, залегающих в зоне активного водообмена, в районах с достаточно высоким количеством атмосферных осадков. В районах с небольшим их количеством (пустыни, сухие степи) роль конденсации водяных паров в образовании и питании подземных вод существенно возрастает. Кроме того, воды земной коры пополняются ювенильными водами, которые возникают за счет кислорода и водорода, выделяемых магмой. Прямой выход на поверхность Земли в виде паров и горячих источников ювенильные воды имеют при вулканической деятельности.

22. Физические и химические свойства подземных вод, их жесткость, агрессивность.

1. Физические свойства подземных вод

При оценке подземных вод для водоснабжения исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства, которые характеризуют органолептические свойства воды. Они обычно прозрачны, бесцветны, не имеют запаха. Вкус зависит от вида и количества растворенных солей и газов. Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносного слоя. Различают холодные воды (0…20 оС), теплые или субтермальные (20…37оС), термальные (37…100оС), перегретые (более 100 оС). Очень холодные подземные воды циркулируют в зоне вечной мерзлоты, в высокогорных районах; перегретые воды характерны для районов молодой вулканической деятельности (Камчатка). На участках действующих водозаборов в основном распространены холодные воды с температурой 5…20оС. С увеличением глубины залегания температура воды по закону геотермической ступени возрастает, достигая на глубине нескольких километров 100 оС и более. Плотность воды изменяется в зависимости о температуры и количества растворенных в ней веществ. Колебания от 0,8 (250оС) до 1,4 г/см (за счет солей). Сжимаемость подземных вод характеризуется коэффициентом сжимаемости, показывающем, на какую долю первоначального объема жидкости уменьшается объем при увеличении давления на 105 Па. Коэффициент сжимаемости составляет (2,5…5,0)10-5Па, т.е. вода в некоторой степени обладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных подземных вод. Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц ее движению. С повышением температуры вязкость уменьшается. Электропроводность зависит от количества солей в воде (0,02 до 1,00 Ом м). Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, радона и др.). Даже ничтожно малые концентрации (сотые и тысячные доли мг/л) некоторых радиоактивных элементов могут быть вредными для человека.

2 .Подземная вода представляет собой сложный водный раствор, содержащий растворенные соли, газы, органические вещества и коллоиды. Количественные соотношения между отдельными компонентами обусловливают физические свойства и химический состав подземных вод. Ионно-солевой состав. Подземная вода не встречается в химически чистом виде. В ней обнаружено более 60 элементов периодической системы. Основные компоненты (ионы), определяющие химический тип воды, - Cl, SO4, HCO3, Na, Mg, Ca, K. Суммарное содержание растворенных в воде минеральных веществ называют общей минерализацией. О ее величине судят по сухому или плотному остатку, который получается после выпаривания определенного объема воды при температуре 105…110оС.

3. Свойство воды, обусловлено содержанием в ней ионов кальция и магния, называют жесткостью. Различают: общую жесткость (все ионы Ca и Mg); карбонатную жесткость (содержание карбонатных и гидрокарбонатных ионов); устранимую (временную) жесткость, определяемую экспериментально после кипячения пробы; некарбонатную жесткость, определяемую вычитанием из общей жесткости карбонатной; неустранимую (постоянную) жесткость, определяемую вычитанием из общей жесткости устранимой жесткости. Жесткие воды дают накипь в паровых котлах, плохо взмыливаются и вызывают другие нежелательные явления.

4. Агрессивность подземных вод. Агрессивное действие вод на бетон проявляется в растворении его карбоната кальция, а также в образовании солей CaSO42H2O, MgSO42H2O и гидросульфоалюмината кальция, вызывающего вспучивание и крошение бетона. Агрессивное действие на металл (коррозия). Проявляется в основном за счет окисления железа с образование ржавчины. Мягкая вода проявляет свою агрессивность еще сильнее из-за ее большой растворимости.

Вспомните

Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождем? Через какие горные породы вода просачивается быстрее - пески или глины? Что такое родники (ключи)? Почему в роднике вода холодная даже летом?

Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород.

Вода в твердом состоянии - это кристаллики и прослойки льда в промерзших породах.

Подземные воды - это воды, находящиеся в горных породах земной коры.

Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши - рек, озер, болот. Они возникают за счет просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод - способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 142).

Рис. 142. Водопроницаемость горных пород

Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твердые, но трещиноватые породы (известняк, песчаник, сланец). Чем крупнее частицы и поры, тем лучше водопроницаемость. Горные породы, не пропускающие воду, - водонепроницаемые, или водоупорные. Это глины или любые нерастрескавшиеся твердые породы.

Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своем пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 143). Вода в них течет вниз по наклоненной поверхности водоупорного слоя.

Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоев. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоев различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 143).

Рис. 143. Подземные воды

Воды верхнего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, называются грунтовыми. Межпластовые воды располагаются между двумя водоупорными слоями. Сюда вода с поверхности попадает только через те места, где водоносные слои выходят на поверхность.

Глубина и толщина слоя грунтовых вод зависят от геологического строения территории, рельефа и климата. На равнинах с холодным и влажным климатом грунтовые воды могут подходить к самой поверхности, способствуя образованию болот. Если климат жаркий и сухой, грунтовые воды располагаются на большой глубине. Глубина слоя грунтовых вод может меняться по сезонам года. В России весной грунтовые воды располагаются ближе к поверхности, а летом - дальше от нее.

В пористых породах недр величайшей пустыни мира Сахары имеются огромные запасы подземных пресных вод. Их так много, что они могут обеспечить потребности всех стран, расположенных на территории пустыни. Однако эти воды залегают на глубине 150-200 м от поверхности.

Грунтовые воды часто выходят на поверхность, образуя источники (родники, ключи) в понижениях рельефа: речных долинах, оврагах. Межпластовые воды добывают с помощью специально пробуренных скважин. Иногда вода бьет через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 144).

Рис. 144. Артезианские воды

Артезианские воды образуются в вогнутых слоях горных пород. Вода оказывается здесь под большим давлением, поэтому она фонтанирует при вскрытии скважины.

Не все подземные воды пресные. Некоторые из них содержат много растворенных веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся теплыми и даже горячими.

Если толщи земной коры сложены легко растворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 145). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.

Рис. 145. Формы карста

Вода не просто создает карстовые пещеры. Она украшает их живописными каменными «скульптурами». Из капель, просачивающихся с потолка пещер, как сосульки, нарастают вниз сталактиты. Из капель, падающих на пол пещеры, снизу постепенно растут столбики - сталагмиты. Эти формы иногда срастаются друг с другом в единые колонны.

Вопросы и задания

Откуда вода попадает в толщу земной коры?
Назовите виды подземных вод.
Что такое источник? Где он образуется?
Где образуются карстовые пещеры?

Подземные источники воды, в массе своей, считаются стратегическими водными ресурсами.
Водоносные слои, перемещаясь под воздействием собственной тяжести, образовывают безнапорные и напорные горизонты. Условия залегания их различны, что позволяет классифицировать их на виды: почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские, минеральные.

Различия подземной воды

Заполняют собой поры, трещины и все промежутки между частицами породы. Считаются временным скоплением капельных вод в поверхностной толще и не связаны с нижним водоносным горизонтом.

Образуют первый от поверхности водоупорный горизонт. Этот слой испытывает некоторые колебания, в различные сезоны, то есть, повышения уровня в весенне-осенний период и понижения в жаркое время года.

В отличие от грунтовых имеют более постоянный уровень по времени и залегают между двух упорных пластов.

Заполняя весь межпластовый горизонт, источник считается напорным и, значительно, чистым, относительно грунтовых вод.

Считаются напорными, заключенными в пластах горных пород. При вскрытии часто фонтанируют, поднимаясь выше уровня земной поверхности. Залегают на глубине 100-1000 метров.

Представляют собой воды с содержанием растворенных солей и микроэлементов, часто, лечебного характера.

Запасы подземных вод

Запасы почвенной воды напрямую зависят от пополнения их дождевыми и талыми стоками. Периоды изменения их уровня приходятся на весенний - летний и летний - осенний. В первом случае, почвенная влага испаряется на 2-4 мм/сутки, в другом случае на 0,5-2,0 мм/сутки. Их баланс существенно меняется исходя из погодных условий, в результате чего водные ресурсы увеличиваются или уменьшаются. Но, если нет серьезных атмосферных воздействий, запасы их в почвенной толще остаются неизменными. Подсчет же запасов осуществляется эмпирически.

Запасы грунтовой воды пополняются в результате просачивания верхних слоев почвенной влаги, особенно, в сезон выпадения осадков. Перетекая по насыщенным горизонтам, они находят выходы на поверхность в виде родников, пополняя и образуя ручейки, пруды, озера, и прочие наземные источники. Образуются путем инфильтрации речных, озерных вод, за счет атмосферных осадков. Пополняются и источниками, восходящими из глубоких горизонтов. Большие запасы сосредотачиваются в основаниях речных долин и предгорных площадей, трещинах неглубоких окаменевших известняков.

Кстати, есть информация, которая предрекает резкое сокращение запасов пресной воды в 2 раза, ближайшие 25 лет. Если учесть, что общие их запасы составляют 60 млн. км³, а 80 стран планеты уже испытывают дефицит влаги, то плохие предсказания, могут и сбыться.

К великому огорчению землян, запасы воды не возобновляются.

Происхождение подземной воды

Подземные воды, по условиям залегания, состоят из атмосферных осадков и конденсата влаги воздуха. Называются они почвенными или "висячими" и, не будучи подстилающими водоупорными горизонтами, играют важную роль в питании насаждений. Ниже этой зоны проявляются пласты сухих пород, содержащих, так называемую, пленочную воду. В период обильного просачивания дождей, таяния снегов, над сухими пластами образуются скопления гравитационных вод.

Грунтовые воды, будучи первыми от поверхности земли, также питаются атмосферными осадками и наземными источниками. Глубина их залегания зависит от геологических закономерностей.

Межпластовые источники залегают ниже грунтовых и находятся между водоупорными пластами. Горизонты с открытым зеркалом называются безнапорными. Водяная линза с закрытой поверхностью считается напорной и, чаще, называется артезианской.

Таким образом, происхождение подземных вод, во многом зависит и от физических свойств пород. Это могут быть пористость и скважность. Именно эти показатели и характеризуют влагоемкость и водопроницаемость пород.

Итак, две зоны - зона аэрации и насыщения обуславливают залегание подземных источников. Зоной аэрации представляет интервал от плоскости земли до плоскости грунтовых вод, называемых почвенными. К зоне насыщения относится грунтовая жила вплоть до межпластового горизонта.

- Химический состав подземных вод. - Минеральные воды. - Происхождение подземных вод. Образование подземных вод. - Добыча подземных вод. Лицензия на подземные воды.

Подземные воды – запасы подземных вод, ресурсы подземных вод.

Подземные воды являются частью гидросферы планеты (2 % от объема) и участвуют в общем круговороте воды в природе. Запасы подземных вод еще до конца не разведаны. Сейчас в официальных данных фигурирует цифра в 60 млн кубических километров, но гидрогеологи уверены в том, что в недрах Земли находятся колоссальные неразведанные месторождения подземных вод и общее количество воды в них может исчисляться сотнями миллионами кубометров.

Подземные воды встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров. В зависимости от условий, в которых залегают подземные воды (таких как температура, давление, виды горных пород и т.п.), они могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000 о С диссоциированы всего на 2%.

О запасах подземной воды читайте: Океаны воды под землей. Сколько же воды на Земле?

При оценке подземных вод, кроме понятия «запасы подземных вод» используется термин «ресурсы подземных вод», характеризующий питание водоносного горизонта.

Классификация запасов и ресурсов подземных вод:

1. Естественные запасы – объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. Естественные ресурсы – количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек , перетекания из выше- и нижерасположенных водоносных горизонтов.

2. Искусственные запасы - это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод. Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях.

3. Привлекаемые ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванном эксплуатацией водозаборных сооружений.

4. Понятия эксплуатационные запасы и эксплуатационные ресурсы являются, в сущности, синонимами. Под ними понимается то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.

По степени общей минерализации выделяют воды (по В.И. Вернадскому):

пресные (до 1 г/л),
солоноватые (1 -10 г/л),
соленые (10-50 г/л),
рассолы (более 50 г/л) - в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана.

В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод - от 50 до 600 м, рассолов - от 400 до 3000 м.

Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды – от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. Максимальная величина минерализации, достигающая 500 – 600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне.

Более подробно о химическом составе подземных вод, химических свойствах подземных вод, классификации по химическому составу, факторах, влияющих на химический состав подземных вод, и других аспектах читайте в отдельной статье: Химический состав подземных вод.

Подземные воды - происхождение и образование подземных вод.

В зависимости от происхождения подземные воды бывают:

1) инфильтрационные,
2) конденсационные,
3) седиментогенные,
4) «ювенильные» (или магмогенные),
5) искусственные,
6) метаморфогенные.

Подземные воды - температура подземных вод.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.

По температуре подземные воды бывают:

Холодные подземные воды подразделяются на:

переохлажденные (ниже 0°С),
холодные (от 0 до 20 °С)

Термальные подземные воды подразделяются на:

теплые (20 – 37 °С),
горячие (37 – 50 °С),
очень горячие (50 – 100 °С),
перегретые (свыше 100 °С).

Температура подземных вод зависит также и от глубины залегания водоносных пластов:

1. Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды испытывают сезонные колебания температуры.
2. Подземные воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур , сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности.

Там, где средние годовые температуры отрицательные , подземные воды в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда. Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»).
В районах, где среднегодовая температура положительная , подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой.

3. Подземные воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры , нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов, достигая температур 300-4000С. Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.

Подземные воды - методы поиска подземных вод.

геоморфологическая оценка местности,
геотермические исследования,
радонометрия,
бурение разведочных скважин,
изучение керна, извлечённого из скважин, в лабораторных условиях,
опытные откачки из скважин,
наземная разведочная геофизика (сейсморазведка и электроразведка) и каротаж скважин

Подземные воды – добыча подземных вод.

Важной особенностью подземных вод как полезного ископаемого является непрерывный характер водопотребления, что вызывает необходимость постоянного отбора воды из недр в заданном количестве.

При определении целесообразности и рациональности добычи подземных вод учитываются следующие факторы:

Общие запасы подземных вод,
Ежегодное поступление воды в водоносные горизонты,
Фильтрационные свойства водовмещающих пород,
Глубина залегания уровня,
Технические условия эксплуатации.

Таким образом, даже при условии больших запасов подземной воды и значительном ежегодном ее поступлении в водоносные горизонты, добыча подземных вод не всегда является рациональной с экономической точки зрения.

Например, нерациональным будет добыча подземных вод в следующих случаях:

очень маленькие дебиты скважин;
сложность эксплуатации в техническом отношении (пескование, солеотложение в скважинах и др.);
отсутствие необходимого насосного оборудования (например, при эксплуатации агрессивных промышленных или термальных вод).

Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.

В этой статье мы рассмотрели тему Подземные воды: общая характеристика. Далее читайте: История изучения подземных вод.

Подземные воды - воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии.

Классификация

По условиям залегания подземные воды подразделяются на несколько видов: почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские, минеральные.

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Грунтовые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

Межпластовые воды - нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

В зависимости от залегания, характера пустот водовмещающих пород, подземные воды делятся на:

поровые - залегают и циркулируют в четвертичных отложениях: в песках, галечниках и др. обломочных породах;
трещинные (жильные) - в скальных породах (гранитах, песчаниках);
карстовые (трещинно-карстовые) - в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

Запасы подземных вод

Подземные воды - часть водных ресурсов Земли ; общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн км³. Подземные воды рассматриваются как полезное ископаемое. В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы подземных вод возобновимы в процессе эксплуатации.

Разведка подземных вод

Для определения наличия подземной воды проводится разведка:

геоморфологическая оценка местности,
температурные исследования,
радоновый метод,
бурятся опорные скважины с отбором керна,
изучается керн и определяется относительный геологический возраст пород, их мощность (толщина),
проводятся опытные откачки, определяются характеристики водоносного горизонта, оформляется инженерно-геологический отчет;
по нескольким опорным скважинам составляются карты, разрезы, проводится предварительная оценка запасов полезных ископаемых (в данном случае, воды);

Происхождение подземных вод

Подземные воды имеют разное происхождение: одни из них образовались в результате проникновения талых и дождевых вод до первого водоупорного горизонта (то есть до глубины 1,5-2,0 м, которые образуют грунтовые воды, то есть так называемая верховодка); другие занимают более глубокие полости в земле.