Водопроницаемость горных пород

ВВЕДЕНИЕ

К подземным подам относятся все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород. Они широко распространены в земной коре, и изучение их имеет большое значение при решении вопросов: водоснаб­жения населенных пунктов и промышленных предприятий, гидротехни­ческого, промышленного и гражданского строительства, проведения мелиоративных мероприятий, курортно-санаторного дела и т. д.

Велика геологическая деятельность подземных вод. С ними связаны карстовые процессы в растворимых горных породах, оползание земля­ных масс по склонам оврагов, рек и морей, разрушение месторождений полезных ископаемых и образование их в новых местах, вынос различ­ных соединений и тепла из глубоких зон земной коры.

Подземные воды, их происхождение, распространение, миграция, качественные и количественные изменения во времени и геологическая деятельность являются предметом изучения особой науки — гидро­геологии, одной из ветвей геологии.

ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД

В формировании подземных вод большое значение имеет водопро­ницаемость горных пород, т. е. способность горной породы пропускать воду. Наблюдения показывают, что в одних местах, где развиты глины, атмосферные осадки застаиваются на поверхности и испаряются, в других районах, сложенных песками, достаточно быстро проникают в глубину. Еще быстрей просачиваются осадки в галечниках.

По степени проницаемости горные породы подразделяются на 3 группы:

1) водопроницаемые, к которым относятся пески, гравий, галечники, трещиноватые песчаники, конгломераты и другие скальные породы, трещиноватые и захарстованные известняки, доломиты и другие растворимые породы;

2) слабопроницаемые — супеси, легкие суглинки, лёсс, нераз­ложившийся торф и др.;

3) относительно водонепроницаемые, или водоупор­ные, — глины, тяжелые суглинки, хорошо разложившийся торф и нетрещиноватые массивные кристаллические и сцементированные оса­дочные горные породы.

Водопроницаемость горных пород обусловлена либо тем, что порода рыхлая и зернистая (например, песок, гравий), и вода в этом случае может просачиваться по промежуткам (порам) между отдельными зернами, либо тем, что породы хотя и массивные и сцементированные (гранит, известняк), но разбиты трещинами, по которым и происходит перемещение воды. V

Под пористостью понимают отношение объема пор в данном образце породы ко всему объему породы: , или в процентах , где n — пористость пород; Vn — объем пор в образце породы: V — объем всего образца. Следует отметить, что не всегда значительная пори­стость обеспечивает свобод­ное проникновение воды. Так, например, глины обла­дают значительной пори­стостью, достигающей 50 — 60%, но в то же время прак­тически являются водоне­проницаемыми. Это объяс­няется тем, что поры в гли­нах чрезвычайно тонки (суб-капнлляры), и вода при дви­жении в них испытывает огромное сопротивление, соз­даваемое поверхностным на­тяжением. Обычные же пес­ки, имеющие в среднем по­ристость 30—35%, хорошо проницаемы для воды. Чем крупнее зерна, слагающие рыхлую обломочную породу, тем большей водопроницае­мостью она обладает. Га­лечники с крупным песком обладают в среднем пори­стостью около 20% и харак­теризуются наибольшей водопроницаемостью. Следо­вательно, водопроницае­мость рыхлых обломочных горных пород зависит не от количества пор, а от размера и формы слагающих породу зерен и от плотности сложения их.

Рис. 1. Характер водопроницаемых пород:

А—пористые породы; Б— трещино­ватые породы; В — размеры водопроводящиx трещин; Г — размеры и плотность расположения зерен в по­ристых городах: 1— водонепронищаемые породы; 2 — породы, насыщен­ные подом

Примеры различной пористости породы в зави­симости от плотности сложения зерен и размеров трещин видны на рис. 1. От состава рыхлых горных пород зависит их влагосмкость, т. е. способность вмещать и удерживать в себе то или иное количество воды. Различают полную влагоемкость, когда вода заполняет все поры (включая и тонкие капиллярные) горной породы, и макси-мальную молекулярную влагоемкость, показывающую ко­личество воды, удерживаемой в породе силами молекулярного сцепле­ния после того, когда вся гравитационная вода стечет из породы. Разность между полной и максимальной молекулярной влагоемкостыо называют водоотдачей горной породы. Для практических целей важно знать удельную водоотдачу — количество свободной во­ды, которое можно получить из 1 куб. м породы. Наибольшая водоот­дача у крупнозернистых рыхлых пород (пески, гравий). Влагоемкие глины воду практически не отдают.

Водопроницаемость трещиноватых пород зависит от размера и характера трещин.

Если подземные воды движутся по порам в рыхлых породах, они называются поровыми, по трещинам — трещинными. Если же помимо трещин, в горных породах развиты карстовые пещеры и другие подземные каналы, то подземные воды, циркулирующие в них, назы­вают трещинно-карстовыми, или просто карстовыми.

^