Происхождение подземных вод

Подземные воды образуются:

- в основном путем инфильтрации атмосферных осадков,

- а частично за счет конденсации паро­образной влаги при понижении температуры воздуха, находя­щегося в порах пород.

Происхождение подземных вод в резуль­тате инфильтрации осадков было доказано Э. Мариоттом (1620—1684) и М. В. Ломоносовым (1711 — 1765). Эксперимен­тальными работами и наблюдениями в горных выработках они установили прямую зависимость между выпадением атмосферных осадков и режимом подземных вод, а также притоками воды в горные выработки. В засушливых районах вблизи поверхности земли подземные воды образуются за счет конденсации, что было доказано опытами А. Ф. Лебедева. Часть подземных вод, которая содержится в порах осадочных толщ, называются седиментационными.

Первоначально, по мнению большинства исследователей, вода на Земле образовывалась из магмы: в процессе ее охлаждения и кристаллизации наряду с твердыми и газообразными компо­нентами выделялась вода в виде пара, конденсировавшегося и переходившего в жидкое состояние. И в настоящее время при вулканических извержениях в составе летучих веществ преобла­дает вода в парообразном состоянии. Подземная вода, образу­ющаяся из магмы, называется ювенильной.

В круговороте воды на Земле наиболее активно участвуют воды инфильтрационного и в меньшей мере — конденсационного происхождения; седиментационные воды, входящие в состав древних осадочных толщ, могут включаться в общий круговорот в результате геологических процессов (сжатия в складки, раз­рушения вышележащих толщ, образования трещин и т.п.), и время их круговорота измеряется миллионами лет. Еще меньшее участие в общем круговороте принимают ювенильные воды.

В местах залегания месторождений полезных ископаемых подземные воды образуются преимущественно путем инфильтра­ции. Об этом свидетельствует наблюдаемое почти во всех шахтах и рудниках увеличение притоков воды в горные выработки в ве­сеннее время и после выпадения дождей, хотя и с некоторым запаздыванием.

Условия залегания подземных вод

При характеристике условий залегания подземных вод применя­ют понятия и термины, приведенные ниже.

ВОДОНОСНЫЕ ПОРОДЫ — пласты, линзы и другие фор­мы залегания водопроницаемых горных пород, в которых име­ются поровая, трещиноватая и карстовая среды, содержащие подземную воду.

ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ — часть пласта или пласт, заполненные водой, приуроченные к одной или не­скольким регионально выдержанным толщам водопроницаемых пород, гидродинамически связанным между собой и имеющим общую гидравлическую (при безнапорных водах) или пьезомет­рическую (при напорных водах) поверхность.

ВОДОНОСНЫЙ КОМПЛЕКС — это комплекс водоносных горизонтов, одинаковых или различающихся по литологическому составу и пористости, приуроченных к породам какого-либо стратиграфического подразделения, среди которых вследст­вие изменчивости их вещественного состава, сложности текто­нических условий или недостаточной изученности водоввмещающих пород нельзя выделить отдельные гидравлически само­стоятельные водоносные горизонты.

ПЛО­ЩАДЬ (ОБЛАСТЬ) РАСПРОСТРАНЕНИЯ - площадь, в пределах которой распространен водоносный го­ризонт или комплекс,

ОБЛАСТЬ ПИТА­НИЯ - площадь, на которой про­исходит питание водоносного горизонта.

ОБЛАСТЬ РАЗГРУЗКИ (ДРЕНАЖА) - площадь, где подземные воды вытекают из водоносного горизонта или комплекса

ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ - подземные воды пер­вого от поверхности земли постоянно существующего водо­носного горизонта, расположенного на первом водонепроница­емом слое.

Грунтовые воды имеют свободную водную поверх­ность.

Атмосферные осадки и поверхностные воды, просачива­ясь в поры и пустоты горных пород, достигают на какой-то глу­бине водоупорного слоя и начинают скапливаться, образуя грунтовые воды.

ЗОНА АЭРАЦИИ - верхняя часть земной коры между земной поверхностью и по­верхностью грунтовых вод.

В породах этой зоны в порах, трещинах и других пустотах находится парообразная, физически связанная и капиллярная

вода (рис. 3.1).

Рис.3.1 Распределение подземной воды в верхней части земной коры

1- капиллярная зона; 2 – водонасыщенная зона (грунтовый поток)

МОЩНОСТЬ ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА - расстояние от поверхности водоносного горизонта до водоупора.

УРОВЕНЬ (ЗЕРКАЛО) ГРУНТОВЫХ ВОД - поверхность грунтовых вод.

Поток грунто­вых вод движется в направлении уклона - зеркало грунтовых вод наклонное.

ГРУНТОВЫЕ БАССЕЙНЫ - грунтовые воды, у которых зеркало представляет собой гори­зонтальную поверхность

Такие бассейны чаще всего образуются при нали­чии в водоупорном ложе котловины (мульды) (рис. 3.2).

ПИТАНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД происходит в результате:

- инфильтрации атмосферных осадков (дождь, тающий снег),

- поверхност­ных вод (из рек, озер, прудов),

- подтока из других водоносных го­ризонтов (напорных трещинных, карстовых),

- конденсации па­ров воды.

Питание грунтовых вод за счет поступления поверхностных вод происходит повсеместно. В период весенних половодий, а также при выпадении обильных осадков уровень поверхностных вод поднимается, превышая уровень грунтовых вод прибрежной территории. В результате значительная масса воды из поверх­ностного водоема просачивается в породы, слагающие его бере­га, питая грунтовые воды. В меженный период, когда уровень воды в водоеме ниже, чем уровень подземных вод, грунтовые воды питают водоемы.

Из сказанного следует, что между поверхностными и грун­товыми водами существует постоянная гидравлическая связь

ГИДРОИЗОГИПСЫ - линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками уровней грунтовых вод.

Их стро­ят так же, как изогипсы рельефа земной поверхности.

(рис. 3.3, а),

Если гидравлической связи между поверхностными и грунто­выми водами нет, то гидроизогипсы пересекают поверхностный водоем без искривлений

(рис. 3.3, б)