Распределение суши и воды на земном шаре

3. Водопроницаемость и водоотдача горных пород

Водопроницаемость горных пород, способность горных пород пропускать воду. Степень водопроницаемости зависит от размера и количества сообщающихся между собой пор и трещин, а также от отсортированности зёрен горных пород. К хорошо проницаемым горным породам относятся галечники, гравий, крупнозернистые пески, интенсивно закарстованные и трещиноватые породы. Практически непроницаемыми (водоупорными) породами являются глины, плотные суглинки, не трещиноватые кристаллические, метаморфические и плотные осадочные породы.

В. г. п. может определяться по скорости фильтрации, равной количеству воды, протекающей через единицу площади поперечного сечения фильтрующей породы. Эта зависимость выражается формулой Дарси: v = kI, где v — скорость фильтрации, k — коэффициент фильтрации, I — напорный градиент, равный отношению падения напора h к длине пути фильтрации

Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости (см/сек, м/сут). Таким образом, скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице, тождественна коэффициенту фильтрации.

Водоотдача, способность насыщенных до полной влагоёмкости горных пород отдавать часть воды путём свободного отекания под влиянием силы тяжести. В. равна разности между полной и максимальной молекулярной влагоёмкостью. Количество гравитационной воды (т. е. воды, способной двигаться в сообщающихся порах, пустотах и трещинах под влиянием силы тяжести) в литрах, которое можно получить из 1 м ³ породы, называется удельной В. Водоотдача горных пород характеризуется коэффициентом В., выражаемым в долях единицы или процентах. Значения коэффициента В. составляют в среднем для супеси и тонкозернистого песка 0,10—0,15, крупнозернистого песка 0,25—0,35, песчаника 0,02—0,03, трещиноватого известняка 0,008—0,10. Величина коэффициента В. зависит от гранулометрического состава и пористости пород, а также от вязкости воды.

4. Влагоемкость и влажность горных пород.

Влагоёмкость горных пород, способность горных пород вмещать и удерживать определённое количество воды. Выражается в процентах от абсолютно сухой породы. Характеризуется коэффициентом влагоёмкости, который выражается в весовых (отношение массы воды к массе сухой породы) или объёмных (отношение объёма воды к объёму породы) процентах. Горные породы разделяют на влагоёмкие (торф, ил, суглинки, глины), слабовлагоёмкие (мел, мергель, глинистый песок, лёссовые породы) и невлагоёмкие (монолитные изверженные и осадочные породы). В. г. п. бывает: максимально молекулярная — максимальное количество гигроскопической (прочносвязанной) и плёночной (рыхлосвязанной вторично ориентированной) воды, удерживаемое частицами породы; капиллярная — количество воды, удерживаемое в капиллярных породах и вокруг частиц под действием молекулярных сил; полная — максимальное количество воды, удерживаемое породой при полном насыщении её водой; максимально гигроскопическая — максимальное количество воды, поглощаемое породой из воздуха с выделением тепла, что соответствует максимальному количеству прочносвязанной воды, образующейся в грунте.

Влагоемкость способность горной породы поглощать и удерживать некоторое количество воды (в долях единиц или %). По степени влагоемкости различают породы:

а) весьма влагоемкие (торф, глины, суглинки);

б) слабо влагоемкие (мел, рыхлые песчаники):

в) невлагоемкие (скальные породы, пески, галечники).

Влажность горных пород - Количество воды в порах, трещинах и др. пустотах пород на данный момент в естественных условиях. Определяется разницей в весе образца влажной породы и того же образца после высушивания при 105-110°. Различают: весовую влажность, которая выражается процентным отношением веса воды к весу образца породы после его высушивания; объемную влажность - отношение объема воды к объему породы: приведенную влажность - отношение объема воды к объему скелета породы; относительную влажность - отношение объема воды к объему пор. В практике наибольшее распространение получило определение весовой влажности.

В природных условиях горные породы в той или иной степени содержат воду.

Влажность горных пород – степень насыщенности водой (пленочной, капиллярной, гравитационной) пор, трещин и других пустот в естественных условиях. Такая влажность называется естественной влажностью. Она выражается в процентах по весу к абсолютно сухой породе и определяется формулой:

%,

где W – естественная влажность, %;

g е – вес образца при естественной влажности, гр.;

gc–вес образца горной породы высушенного при-105°-106°С,гр.

Различают также относительную влажность – отношение объема воды в образце к объему пор в нем и отражает долю заполнения пор водой.

Относительная влажность определяется формулой:

,

где g –относительная влажность, доли единицы:

W – весовая влажность породы, доли единицы;

gуд. – удельный вес горной породы, доли единицы;

n - пористость породы, доли единицы.

Влажность, соответствующая полному заполнению всех пор породы водой, называется влагоемкостью.

В зависимости от влажности песчаные и глинистые породы могут находиться в различном физическом состоянии – изменяется их прочность, деформируемость и устойчивость.

5. Физически связанная вода в горных породах.

Существование физически связанной воды обусловлено наличием на поверхности минеральной частицы слабого отрицательного заряда. Благодаря дипольному строению, молекулы воды притягиваются к поверхности минеральной частицы со слабым отрицательным зарядом, водородными положительными концами, образуя прочную связь.

Физически связанная вода подразделяется на прочносвязанную (гигроскопическую или адсорбционную) и рыхлосвязанную (пленочную). Частицы пород, особенно тонкодисперсных, способны адсорбировать на свою поверхность молекулы водяного пара или жидкой воды (при смачивании) и удерживать их электростатическими силами как в виде отдельных молекул, так и в виде пленки толщиной в несколько молекул. Сверху этой пленки может образовываться как бы вторая пленка, притягиваемая молекулярными силами, действие которых ослабевает по мере утолщения пленки.

Пленочная вода способна передвигаться от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей ее толщиной.

Признаки физически связанной воды:

- не подчиняется силе тяжести;

- не передает гидростатического давления в порах породы;

- не замерзает при температуре минус 78°С;

- не обладает растворяющей способностью;

- не замерзает до минус 78°С – гигроскопическая вода и до минус 6°С – пленочная.

6. Капиллярная вода в горных породах

Капиллярная вода — заполняет сравнительно мелкие поры породы. Она удерживается и передвигается в почво-грунтах под влиянием капиллярных (менисковых) сил из зоны большего увлаж­нения в зону меньшего увлажнения. Сила тяжести воды при этом (гидростатическое давление) играет под­чиненную роль, частично противодейст­вуя капиллярному подъему воды вверх и способствуя капиллярному передвижению вниз и по уклону. Различают капилляр­ную воду подпертую и подвешенную. В первом случае капилляры в нижней ча­сти соприкасаются с подземной водой. Во втором случае капиллярная вода нахо­дится в подвешенном состоянии и отде­лена от оформленного водоносного гори­зонта. Удерживается вода в капилляре равнодействующей силой менисков. Явле­ние удержания воды в подвешенном со­стоянии может быть длительным, при этом сколько-нибудь заметного передви­жения влаги вниз не наблюдается. Слои почво-грунтов, лежащие ниже, имеют меньшую влажность, чем те, в которых находится подвешенная вода. Явление это часто наблюдается в условиях нашего юга.

7. Гравитационная и химически связанная вода.

Гравитационная вода. Новое качественное состояние подземной воды наступает в крупнопористых породах, при диаметре пор более 1 мм. В таких порах даже при неполном заполнении их водой последняя начинает перемещаться под влиянием силы тяжести (гравитация), если толщина водной пленки, покрывающей стенки пор, достаточно велика. Тем более это касается случая полного заполнения крупных пор, когда вода практически целиком движется под воздействием силы тяжести, т. е. течет в сторону уклона ложа. Именно эти гравитационные воды только и являются водами свободными, тогда как капиллярные, а особенно пленочные воды все же, хотя и рыхло, но связаны с горной породой. Только гравитационные воды являются практически доступными для эксплуатации, как поддающиеся извлечению из горных пород с помощью вычерпывания, откачки и т. п. Ни капиллярная, ни тем более пленочная вода добываться из земных недр в качестве полезного ископаемого не может, так как технически доступными способами выделить ее в жидком состоянии нельзя. Когда говорят о подземных водах, то и имеют в виду именно гравитационные воды.

ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННАЯ ВОДА — вода, содержа­щаяся в кристаллической решетке минералов. В. И. Вер­надский (1937 г.) различает химически связанные воды следующих видов: 1) конституционную, наиболее прочно связанную с кристаллической решеткой минерала и вы­деляющуюся скачкообразно лишь при очень высоких и притом вполне определенных для каждого минерала температурах (несколько сотен градусов); выделяется в количествах, строго определенных для каждого мине­рала; 2) кристаллизационную, менее прочно связанную с кристаллической решеткой минерала и выделяющуюся скачкообразно при более низких, также вполне опреде­ленных для каждого минерала температурах; 3) цеолитную, связанную с минералом наименее прочно и выделяю­щуюся непрерывно по мере нагревания минерала при более низких и неопределенных температурах; часть цеолитной воды выделяется при температуре ниже 100°

8. Гранулометрический состав и плотность горных пород.

Гранулометрический состав, содержание в горной породе, почве или искусственном продукте зерен различной крупности, выраженное в процентах от массы или количества зерен исследованного образца. Г. с. является важным показателем физических свойств и структуры естественного или искусственного материала. В зависимости от цели исследования Г. с. может быть определен с различной степенью детальности. Общепринятой классификации по данным Г. с. не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение Г. с. В геологии (литологии), грунтоведении, почвоведении, геологии моря и в технике (абразивы, обогащение полезных ископаемых) имеются свои классификации и наименования гранулометрических фракций. Так, в осадочных горных породах различают: валуны крупные свыше 500 мм, средние 500—250 мм, мелкие 250—100 мм, галька 100—10 мм, гравий крупный 10—5 мм, мелкий 5—2 мм, грубый песок 2—1 мм, крупный песок 1—0,5 мм, средний песок 0,5— 0,25 мм, мелкий песок 0,25–0,10 мм, алеврит 0,10–0,05 мм, пыль 0,05–0,005 мм, глина — менее 0,005 мм. Г. с. определяется при помощи гранулометрического анализа (см. Гранулометрия). Определение Г. с. обломочных горных пород нужно для оценки их коллекторских свойств и для расшифровки условий их образования. Г. с. грунтов дает возможность судить об их технических свойствах для строительных целей. Г. с. почв (см. Механический состав почвы) позволяет определять их структурные особенности, от которых в известной мере зависит их плодородие.

ПЛОТНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД — определяется отношением массы горных пород к её объёму.

Плотность горных пород зависит от их минерального состава, структурно-текстурных особенностей, пористости, вида вещества, заполняющего поры и пустоты (газ, нефть, вода), а также от условий образования и залегания горных пород. Различают минералогическую плотность горных пород (отношение массы высушенных и измельчённых до исчезновения пор твёрдых частиц породы к объёму, ими занимаемому), плотность абсолютно сухой породы и плотность породы, заполненной флюидами (отношение массы твёрдой, жидкой и газообразной фаз горной породы к объёму, занимаемому этими фазами). Измерение плотности горных пород на образцах ведётся главным образом гидростатическим способом, реже гамма-гамма методами. В естественном залегании плотность горных пород определяют по данным плотностного гамма-гамма-каротажа либо (что менее точно) оценивают по данным гравиметрических исследований в горных выработках или путём расчётов по гравиметрическим съёмкам.

Наиболее часто встречаемая плотность горных пород 1200-4700 кг/м³. Более высокие значения (до 5000 кг/м³) характерны для магматических пород, поскольку их пористость мала.

9. Пористость и коэффициент пористости горных пород.

ПОРИСТОСТЬ горных пород — характеризуется наличием пустот (пор), заключённых в горных породах. Благодаря пористости горные пород могут вмещать (за счёт влияния капиллярных сил) жидкости и газы. К пористости не следует относить ёмкость каверн и трещин, характеризующих общую пустотность горных пород (ввиду влияния гравитационных сил). Различают три вида пористости: общую (физическую), открытую и эффективную.

Общая пористость — объём сообщающихся и изолированных пор — включает поры различных радиусов, формы и степени сообщаемости. Открытая пористость — объём сообщающихся между собой пор, которые заполняются жидким или газообразным флюидом при насыщении породы в вакууме; она меньше общей пористости на объём изолированных пор. Эффективная пористость характеризует часть объёма, которая занята подвижным флюидом (нефтью, газом) при полном насыщении порового пространства этим флюидом; она меньше открытой пористости на объём связанных (остаточных) флюидов.

Коэффициентом пористости e или относительной пористостью называется отношение объема пор в образце к объему, занимаемому его твердыми частицами - скелетом, то есть

Теоретически пористость n изменяется в пределах от нуля (поры отсутствуют) до единицы (скелет отсутствует). Соответственно коэффициент пористости e изменяется от нуля (поры отсутствуют) до бесконечности (скелет отсутствует). Пористость не может быть больше единицы, в то время как коэффициент пористости может быть больше единицы (например у лессов, торфа). Коэффициент пористости равен единице, если объем пор равен объему, занятому твердыми частицами.

10. Пластичность глинистых пород.

ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД — способность глинистых пород изменять свою форму (деформироваться) под действием внешних сил без разрыва сплошности и сохранять полученную при деформации новую форму после прекращения действия внешних сил. Пластичные свойства глинистых пород зависят от влажности породы, степени дисперсности, минералогического состава, кон­центрации норового раствора, состава обменных катионов и пр.

П. г. п. характеризуется так называемыми пределами пластичности. В инженерно-геологической практике пользуются показателями верхнего и нижнего пределов пластичности. Верхи им пределом пластичности (границей, пределом текучести) называется влажность, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние. Нижним пределом пластичности (границей, пределом раскатывания) называется влажность, при которой грунт переходит из пластичного в твердое состояние. Разность между верхним и нижним пределами пластичности называют числом пластичности. По числу пластичности (согласно Строительным Нормам и Правилам) грунты подразделяются на следующие группы.

11. Консистенция глинистых пород.

Под консистенцией понимают степень подвижности частиц, слагающих глинистую породу, под влиянием внешнего механического воздействия при различной влажности. Формы консистенции определяют механические свойства глинистых пород, их поведение под нагрузками от сооружений.

Различают три основных формы консистенции: твердую, пластичную и текучую, а также ряд промежуточных: полутвердую, тугопластичную, мягкопластичную и текучепластичную.

Консистенция глинистых пород.

Консистенция обычно характеризуется определёнными влажностями. Эти характерные влажности принято называть пределами пластичности. Наиболее важными из них для определения физического состояния глинистых пород являются предел текучести (W1) и предел раскатывания (Wр). Предел текучести соответствует такой влажности, при превышении которой глинистая порода нарушенного сложения из пластичного состояния переходит в текучее и становится вязкой жидкостью. Предел раскатывания соответствует влажности, при которой глинистая порода также нарушенного сложения из полутвёрдого состояния переходит в пластичное. Соответственно при пределах текучести и раскатывания происходит резкое изменение внутреннего сопротивления глинистой породы деформациям – их прочности. Между пределами текучести и пластичности глинистые породы обычно находятся в пластичном состоянии, то есть в таком, когда под действием внешней силы они могут принимать различную форму и сохранять её после устранения этой силы, не изменяя при этом своего объёма.

Интервал влажности, в пределах которого глинистая порода находится в пластичном состоянии, называется числом пластичности(J11).

Для ориентировочного суждения о состоянии глинистой породы в условиях естественного залегания следует определять показатель текучести J1:

J1=(W – Wр)/ J11.

Показатель текучести имеет отрицательное значение для пород, естественная влажность которых меньше предела раскатывания, то есть пород в твёрдом состоянии.

12. Липкость, набухание и усадка горных пород.

Набуханием называется процесс увеличения глинистых грунтов в объеме при замачивании. Обратным процессом является усадка грунта – уменьшение объема при уменьшении влажности (особенность глинистых минералов).

Оба этих процесса приводят к деформациям различных сооружений.

При замачивании набухающих грунтов возникает давление, которое воздействует на фундамент и ведет к деформациям сооружений.

Усадка грунтов происходит по сооружениями с горячим технологическим режимом: печей, дымовых труб и т.д.

Основные характеристики этих процессов:

1. Давление набухания – давление, которое возникает при замачивании образца без возможности бокового расширения

2. Относительное набухание

Просадкой называется уменьшение объема лессовых пород при замачивании.

Лессовые породы широко распространены в южной части Европейской части Европейской части России, в Средней Азии, Сибири. Они залегают, как правило, с поверхности земли и имеют мощность иногда до 100 м. В Прикаспийской низменности лессовые породы имеют уникальные условия залегания, не встречающиеся на земном шаре нигде. Здесь они перекрыты морскими осадками хвалынской трансгрессии.

Характерной особенностью лессов является их высокая пористость и наличие солей, которые образуют слабые структурные связи, разрушающиеся при замачивании.

Разрушение это протекает очень быстро, и при этом происходит оседание поверхности земли, а если на подобном участке находится сооружение – его деформация. Особенно часто деформации происходят от неравномерного увлажнения под зданием.

Величина просадки зависит от суммарной мощности грунтов и их свойств. По СНиПу просадочные толщи подразделяются на два типа в зависимости от проявления просадки от собственного веса:

II тип – это грунты, у которых просадка от собственного веса более 5 см.

I тип – у которых суммарная просадка менее 5 см и в основном возникает от воздействия веса сооружения.

II тип просадочности более опасный, чем первый.

Основными характеристиками просадочности, которые используются при расчетах сооружений, являются относительная просадочность и начальное просадочное давление.

Относительное сжатие грунта при давлении Р после замачивания - Относительная просадочность.

ε_sl б_пр= 0.01

h^/ - высота образца природной влажности при давлении от собственного веса грунта и нагрузки от здания

h_пр – высота образца в замоченном состоянии при том же давлении

h₀- высота образца природой влажности при давлении от собственного веса.

P_sl – начальное просадочное давление – это минимальное давление, при котором начинают проявляться просадочные свойства лессовых грунтов в условиях полного водонасыщения.

14. Сжимаемость горных пород.

СЖИМАЕМОСТЬ — способность горных пород изменять свой объём под воздействием всестороннего давления. Различают 2 вида сжимаемости горных пород — обратимую и необратимую. Обратимая сжимаемость (объёмная упругость) зависит от температуры, характеризуется коэффициент сжимаемости bт, и определяется их упругими свойствами. Необратимая сжимаемость горных пород связана с необратимыми неупругими процессами деформации.

15. Сопротивление горных пород сдвигу.

Геологические разломы делятся на три основные группы в зависимости от направления движения. Разлом, в котором основное направление движения происходит в вертикальной плоскости, называется разломом со смещением по падению; если в горизонтальной плоскости — то сдвигом. Если смещение происходит в обеих плоскостях, то такое смещение называется сбросо-сдвигом. В любом случае, наименование применяется направлению движения разлома, а не к современной ориентации, которая могла быть изменена под действием местных либо региональных складок либо наклонов.
Прочность грунта оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности Rc измеряется в МПа, или временным сопротивлением сжатию.

На прочность грунтов влияют: минеральный состав, характер структурных связей, трещиноватость, степень выветрелости, степень размягчаемости в воде. Для нескальных грунтов другой важной характеристикой прочности является сопротивление сдвигу. Определение этого показателя необходимо для расчета устойчивости оснований, а так же для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т. д. Сопротивление сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига φ измеряется в градусах, сцепления C, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом частями грунта, а под вторым – сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.

Для практических расчетов по деформациям и несущей способности грунтов применяются показатели удельного сопротивление C, кПа, φ, град. Сдвиговые характеристики определяют полевыми работами (срез целиком грунта, вращательный срез, зондирование) и лабораторными исследованиями в приборе плоского среза (стабилометре).

16.Физические свойства подземных вод.

Основными физическими свойствами подземных вод являются температура, прозрачность, цвет, запах, плотность, радиоактивность.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах: в областях распространения вечной мерзлоты она отрицательная и составляет до -6°С, в районах вулканической деятельности – более 100°С.

По температуре воды делятся на весьма холодные – до +4°С; холодные – 4-20°С; теплые – 20-37°С; горячие –37-42°С; весьма горячие – 42-100°С и более. Температура воды оказывает огромное влияние на скорость протекания физико-химических процессов в земной коре.

Температура неглубоко залегающих подземных вод обычно составляет - +5 - +15°С, при глубоком погружении водоносных горизонтов артезианских бассейнов - +40- +50°С; во внутренней геотермической зоне на глубине 3000-4000 м буровыми скважинами вскрыты перегретые подземные воды с температурой более 150°С.

Прозрачность воды зависит от наличия в ней минеральных солей, механических примесей, коллоидов и органических веществ. Подземные воды считаются прозрачными, если в толщине слоя 30 см не содержится взвешенных частиц.

Радиоактивность обусловлена присутствием в ней природных радиоактивных элементов: урана, радона, радия, продуктов их распада – гелия и др., формирование которых определяется многими геологическими, гидрогеологическими и геохимическими факторами.

17. Химический состав подземных вод.

Химический состав подземных вод позволяет судить также об особенностях формирования и питания подземных вод, взаимосвязи водоносных горизонтов.

Химический состав подземных вод определяется количеством и соотношением содержащихся в них ионов (минерализацией воды), жесткостью, количеством и составом растворенных и нерастворенных в воде газов, реакцией воды (рН), агрессивностью и пр.

Главнейшими химическими компонентами подземных вод

являются катионы – Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, анионы – HCO3^-, Cl^-, SO4^2-, микрокомпоненты – Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Br, I, N и другие газы – N2, O2, CO2, CH4, H2 и др., комплексные органические соединения – фенолы, битум, гумус, углеводороды органические кислоты.

Химический состав подземных вод принято выражать в ионной форме в мг/л и г/л.

Главными источниками веществ, растворенных в подземных водах, являются горные породы, газы атмосферы и поверхностные воды, питающие подземные воды и те геохимические условия, которые

сложились в пределах площади распространения и на различных глубинах.

По степени минерализации (содержания в воде ионов, молекул и различных соединений) подземные воды месторождений твердых полезных ископаемых могут быть пресными, с минерализацией до 1 г/л, слабосолоноватыми – 1-3 г/л: солеными – 3-10 г/л, очень солеными – 10-50 г/л и рассолами – более 50 г/л.

Жесткость воды (Н) – свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей кальция и магния. Выражается жесткость в мг^.экв/л. Различают жесткость общую, временную (устранимую) и постоянную (неустранимую), карбонатную и некарбонатную

Общая жесткость оценивается по содержанию всех солей Са²⁺ и Mg²⁺ в виде Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2 и вычисляется путем суммирования этих ионов в мг^.экв/л.

18.Воды зоны аэрации: почвенные, капиллярные и верховодка.

Зона аэрации – в гидрогеологии – верхняя часть геологического разреза, находящаяся между дневной поверхностью и уровнем грунтовых вод.

В грунтах зоны аэрации поры и другие пустоты могут быть заполнены воздухом или водяным паром. Кроме паров, влага в зоне аэрации может находится в виде пленочной или капиллярной воды. Гравитационных вод, образующих линзы или другие скопления, в зоне аэрации немного, а их положение непостоянно. В зоне аэрации происходит проникновение атмосферных осадков в грунт - инфильтрация. Различают свободную инфильтрацию и нормальную инфильтрацию. В первом случае движение воды вниз происходит под действием силы тяжести и капиллярных сил в виде изолированных струек по капиллярным порам. При этом, часть пор остаётся заполненной воздухом, что исключает влияние гидростатического давления на движение воды. По мере заполнения пор водой свободная инфильтрация переходит в нормальную инфильтрацию и скорость просачивания существенно снижается. При нормальной инфильтрации движение воды происходит сплошным потоком под действием выше названных сил, к которым добавляется гидростатическое давление, т.к. поры заполнены полностью. Инфильтрационная вода может либо достичь уровня грунтовых вод, либо остаться в зоне аэрации в виде подвешенной воды.

Тем не менее, в зоне аэрации могут образовываться линзы воды, называемые «верховодкой». Верховодка часто формируется на локальных водоупорах. Это могут быть линзы глин среди песчаных отложений речных террас или суглинков в водопроницаемых водно-ледниковых отложениях, слои погребенных почв. Подземные воды верховодки обычно образуются на сравнительно небольшой глубине и имеют ограниченное по площади распространение. Мощность пород, насыщенных верховодкой, чаще всего 0,5 – 1 м и редко достигает 2 - 3 м. Наибольшая мощность отмечается весной в период интенсивного снеготаяния и осенью при обильном выпадении атмосферных осадков. В засушливые годы верховодка иссякает. Использовать ее как источник водоснабжения нельзя.Как видно, гидрогеологический режим зоны аэрации тесно связан с количеством выпадающих атмосферных осадков.

Почвенные воды — иначе грунтовые (Grundwasser, groundwater), подпочвенные, колодезные (eaux phr é atiques), подземные (eaux souterraines, acqua di centro) и т. п. Так называется вода, скопившаяся в грунте на известной глубине от поверхности, питающая обыкновенные колодцы и вытекающая, в виде родников и ключей, в оврагах и долинах. Обыкновенно она залегает не сплошным водным слоем, а пропитывает собою какую-нибудь горную породу (песок, суглинок, лёсс и т. п.), всю или часть, образуя так называемый водоносный слой, или ярус, большей частью непрерывный на значительной площади. Мощность водоносного горизонта и степень насыщенности водой крайне разнообразны и иногда достигают значительной величины. Так, по левую сторону Рейна, у Страсбурга, находится насыщенная водой площадь около 20 км шириной и в 10 м мощностью (Добрэ). Весь Лондон и окрестности потребляют воду исключительно из местного непрерывного водоносного горизонта, дающего миллионы ведер в сутки (Прествич), и т. п. Поверхность грунтовых вод редко бывает горизонтальной; чаще она волниста, образует всевозможные мульды, выпуклины и т. п. Циркуляция вод, в общем, слаба, хотя при особо благоприятных условиях (ноздреватости, трещинах в водоносной породе и т. п.) возможны быстрые подземные течения, как сплошные, так и жильные. Вообще же режим грунтовых вод вполне зависит от физико-географических условий местности.

КАПИЛЛЯРНАЯ ВОДА - вид подземных вод, удерживаемых в порах горных пород силами поверхностного натяжения.

19. Грунтовые воды

Подземные воды, залегающие на первом от поверхности водоупоре, выдержанном по простиранию, называют грунтовыми.

Грунтовые воды имеют свободную поверхность, называемую зеркалом грунтовых вод. Они формируются за счет инфильтрации атмосферных и поверхностных вод. Основные черты грунтовых вод следующие:

- залегают вблизи поверхности Земли в рыхлых отложениях изменчивой мощности, дренируемых реками;

- воды безнапорные;

- область питания совпадает с областью разгрузки (дренажа);

- пласт обычно не полностью насыщен водой;

- глубина залегания уровня, температура вод, минерализация, расход подвержены систематическим колебаниям (суточным, месячным, годичным);

- изменчивость физических свойств и химического состава;

- обладают тесной связью с поверхностными водами.

20. Артезианские воды.

Артезианские воды - Это межпластовые воды порового, трещинного, карстового или смешанного типа, залегающие на значительных глубинах и приуроченные к крупным мульдообразным тектоническим структурам. Водосодержащими являются различные водопроницаемые породы.

Линия, определяющая положение уровня в напорном водоносном пласте, называется пьезометрическим уровнем.

Величина напора – это разность отметок вскрытия горизонта напорных вод и установившегося уровня. Величина непостоянная и изменяется в зависимости от условий залегания водоносного горизонта и часто определяет напряженное состояние вокруг горных выработок и условия их устойчивости.

Основные особенности напорных вод следующие;

- область питания и разгрузки не совпадают (иногда отдалены на сотни и тысячи километров);

- режим их характеризуется относительным постоянством:

- приуроченность к мульдам;

- наличие напора;

- малая подверженность загрязнению;

- бассейновый характер распространения.

Напорные воды, изолированные от атмосферы (связь имеется лишь в области питания и разгрузки), характеризуются меньшей зависимостью их режима от климатических факторов, относительным постоянством уровней, температуры и химического состава, меньшей загрязненностью и лучшим санитарным качеством воды. Поэтому их можно использовать для различных видов водоснабжения (хозяйственно-питьевого, производственно-технического, лечебно-питьевого, термального и др.) и орошения.

21.Трещинные подземные воды

Трещинные воды – это воды, содержащиеся в трещинах и небольших пустотах горных пород.

Среди различных видов трещин для подземных вод важны трещины двух типов – тектонические и вторичные или выветривания. Первые распространены на глубине 100-500 м и более, носят региональный характер. Трещины выветривания имеют местное значение, неглубоки (до 100 м).

При наличии крупных тектонических трещин или участков с интенсивной тектонической трещиноватостью, подземные воды приобретают характер потоков, в которых движение происходит с повышенными скоростями по законам отличным от законов движения воды в рыхлых зернистых породах.

Трещинные воды могут быть как напорными, так и безнапорными, причем на различных участках одного и того же водоносного массива трещиноватых пород напорные воды могут сменяться безнапорными.

22. Карстовые воды.

Карстовые воды – это подземные воды, циркулирующие по пустотам и трещинам пород, карстового происхождения. В закарстованных породах происходит весьма сложная циркуляция вод как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях в виде сплошного потока подземных вод. Они резко поглощают поверхностный сток, обладают тесной связью с поверхностными водами. Для них характерно также резкое колебание уровня и расхода. Карстовые воды, обычно, безнапорные, грунтового типа. Химический состав их зависит от состава карстующихся пород. Минерализация их обычно повышена.

23. Подземные воды зоны многолетней мерзлоты

Схема различных категорий подземных вод по отношению к мерзлым породам, предложенная Н.Н. Романовским. В ней выделяются: 1) надмерзлотные воды сезонно-талого слоя, 2) надмерзлотные воды несквозных таликов, 3) воды сквозных таликов, 4) подмерзлотные воды.

Надмерзлотные воды сезонно-талого слоя образуются при оттаивании верхней части пород в летне-осеннее время. Основное питание их происходит за счет атмосферных осадков. Их движение происходит в соответствии с уклоном поверхности Земли с наиболее приподнятых и расчлененных участков к пониженным. На плоских поверхностях движение или очень замедлено, или совсем отсутствует. По составу это преимущественно пресные гидрокарбонатные воды.

К надмерзлотным водам несквозных таликов относятся подозерные, подрусловые и прирусловые пойменные несквозные талики, существующие благодаря отепляющему воздействию водоемов и водотоков. Особое значение имеют подрусловые талые воды, приуроченные к руслам рек и ручьев. Чем больше речной поток, тем шире и мощнее подрусловой талик. Питание этих вод происходит главным образом за счет инфильтрации атмосферных осадков и частично речных вод, вследствие чего они слабо минерализованы. Подрусловые талые воды движутся вдоль долины реки и имеют сток в течение года. Кроме того, в них местами происходит питание и разгрузка глубинных вод. Таким образом, с подрусловыми таликами связаны основные запасы грунтовых вод, что имеет важное значение для целей водоснабжения, особенно в северной части геокриологической зоны. Прирусловые пойменные талики приурочены к прирусловым отмелям, косам, нижним частям пойм, испытывающим временное отепляющее воздействие во время половодий. Поверхностный сток в них является периодическим.

Воды подозерных несквозных таликов характеризуются застойным режимом и в некоторых из них наблюдается сероводородное заражение.

Воды сквозных таликов. Среди них выделяются:

1) инфильтрационные талики, имеющие нисходящее движение и образующиеся в результате инфильтрации атмосферных осадков или инфлюации (втекания) поверхностных вод по зонам разрывных тектонических нарушений или карстовым каналам. Эти воды питают подземные воды глубокого стока (подмерзлотные и межмерзлотные);

2) напорно-фильтрационные талики, подземные воды которых обладают напором и характеризуются восходящим направлением движения. По таким таликам местами происходит разгрузка глубоких подмерзлотных и межмерзлотных вод.

Подмерзлотные воды, располагающиеся непосредственно ниже подошвы многолетнемерзлых пород, называются контактирующими. Они приурочены к различным по составу и проницаемости горным породам и всегда обладают напором. Местами вскрытые буровыми скважинами подмерзлотные воды фонтанируют (рис. 1). Глубина залегания их различна, что обусловлено мощностью ММП, которые являются криогенным водоупором. Температура их также неодинакова. Среди них выделяются воды с положительной и отрицательной температурами. По степени минерализации воды с положительной температурой (>0^o С) - пресные и солоноватые. С отрицательной температурой - воды соленые и рассолы. Такие высокоминерализованные воды называют криогалинными или криопэгами. Местами они достигают значительной мощности, как бы наращивая снизу криолитозону. Помимо контактирующих подмерзлотных вод выделяются неконтактирующие, т.е. отделенные от подошвы мерзлой толщи водонепроницаемыми породами. Такие воды в большинстве случаев обладают напором, что подтверждается данными скважин.

24. Методы борьбы с подземными водами при подземной разработке месторождений.

25. Методы борьбы с подземными водами при открытой разработке месторождений.

26. Геологические процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод.

27. Геологические процессы, обусловленные подземными водами.

28. Геологические процессы, связанные с промерзанием и оттаиванием горных пород.

29. Инженерно-геологические явления при подземной разработке.

30. Инженерно-геологические явления при открытой разработке.