Материал: Геологическая деятельность подземных вод

Геологическая деятельность подземных вод

Содержание

Введение

. Подземные воды: понятие, происхождение, виды

.1 Происхождение подземных вод

.2 Классификация подземных вод

. Геологическая деятельность подземных вод

.1 Водопроницаемость горных пород

.2 Виды воды в горных породах

.3 Источники

.4 Оþпоþлзни каþк поþслеþдствия геþоþлоþгичеþскоþй деþятеþльноþсти поþдзеþмных воþд

Заключение

Список литературы

Терминологический словарь

Список иллюстраций

Введение

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. Искусство сооружения копаных колодцев до не сколько десятков метров было известно за 2000-3000 тысячи лет до н.э. в Египте, Средней Азии, Индии, Китае. В этот же период появилось и лечение минеральными водами. В первом тысячелетии до нашей эры появились первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле (в работах Фалеса и Аристотеля - в Древней Греции; Тита Лукреция Кара и Витрувий - в Древнем Риме, и др.). Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением, строительством каптажных сооружений (например, кяризов у народов Кавказа, Ср. Азии), добычей соленых вод для выпаривания соли путем копания колодцев, а затем и бурения (территория России, 12-17 века). Возникли понятия о напорных водах (поднимающихся снизу вверх) и самоизливающихся. Последние получили в 12 веке название артезианских - от провинции Артуа (древнее название "Артезия") во Франции.

В эпоху возрождения и позднее подземным водам и их роли в природных процессах были посвящены работы многих ученых - Агриколлы, Палисси, Стено и др. В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М.В. Ломоносовым в сочинении "О слоях земных" (1763 г.).

До середины 19 века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии. Затем оно обособляется в отдельную дисциплину.

Общая гидрогеология изучает происхождение подземных вод, их физические и химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными породами. Изучение подземных вод в связи с историей тектонических движений, процессов осадконакопления и дианогенеза позволило подойти к истории их формирования и способствовало появлению в 20 веке новой отрасли гидрогеологии - палеогидрогеологии (учение о подземных водах прошлых геологических эпох).

К подземным водам 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.

Цель работы - рассмотрение геологической деятельности подземных вод.

1. Подземные воды: понятие, происхождение, виды

.1 Происхождение подземных вод

Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, из вод, болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет 15-20% общего количества атмосферных осадков. [Якушова А.Ф <#"794404.files/image001.gif">

Поþ услоþвиям заþлеþгаþния выдеþляют три типаþ поþдзеþмных воþд: веþрхоþвоþдку, грунтоþвыеþ и наþпоþрныеþ, или аþртеþзиаþнскиеþ.

Веþрхоþвоþдкоþй наþзываþются поþдзеþмныеþ воþды, заþлеþгаþющиеþ вблизи поþвеþрхноþсти зеþмли и оþтличаþющиеþся неþпоþстоþянствоþм раþспроþстраþнеþния и деþбитаþ. Оþбычноþ веþрхоþвоþдкаþ приуроþчеþнаþ к линзаþм воþдоþупоþрных или слаþбоþ проþницаþеþмых гоþрных поþроþд, пеþреþкрываþеþмых воþдоþпроþницаþеþмыми тоþлщаþми. Веþрхоþвоþдкаþ заþнимаþеþт оþграþничеþнныеþ теþрритоþрии, этоþ явлеþниеþ - вреþмеþнноþеþ, и проþисхоþдит оþноþ в пеþриоþд доþстаþтоþчноþгоþ увлаþжнеþния; в заþсушливоþеþ вреþмя гоþлаþ веþрхоþвоþдкаþ исчеþзаþеþт. Веþрхоþвоþдкаþ приуроþчеþнаþ к пеþрвоþму оþт поþвеþрхноþсти зеþмли воþдоþупоþрноþму плаþсту. В теþх случаþях, коþгдаþ воþдоþупоþрный плаþст заþлеþгаþеþт вблизи поþвеþрхноþсти или выхоþдит наþ поþвеþрхноþсть, в доþждливыеþ сеþзоþны раþзвиваþеþтся заþбоþлаþчиваþниеþ.

К веþрхоþвоþдкеþ неþреþдкоþ оþтноþсят поþчвеþнныеþ воþды, или воþды поþчвеþнноþгоþ слоþя. Поþчвеþнныеþ воþды преþдстаþвлеþны поþчти связаþнноþй воþдоþй. Каþпеþльноþ-жидкаþя воþдаþ в поþчваþх присутствуеþт тоþлькоþ в пеþриоþд избытоþчноþгоþ увлаþжнеþния.

Грунтоþвыеþ воþды. Грунтоþвыми наþзываþются воþды, заþлеþгаþющиеþ наþ пеþрвоþм воþдоþупоþрноþм гоþризоþнтеþ нижеþ веþрхоþвоþдки. Оþбычноþ оþни приуроþчеþны к выдеþржаþнноþму воþдоþнеþпроþницаþеþмоþму плаþсту и хаþраþктеþризуются боþлеþеþ или меþнеþеþ поþстоþянным деþбитоþм. Грунтоþвыеþ воþды моþгут наþкаþпливаþться каþк в рыхлых поþристых поþроþдаþх, таþк и в твёрдых треþщиноþваþтых коþллеþктоþраþх. Уроþвеþнь грунтоþвых воþд преþдстаþвляеþт соþбоþй неþроþвную поþвеþрхноþсть, поþвтоþряющую, каþк праþвилоþ, неþроþвноþсти реþльеþфаþ в сглаþжеþнноþй фоþрмеþ: наþ воþзвышеþнноþстях оþн нижеþ, в поþнижеþнных меþстаþх - вышеþ. Грунтоþвыеþ воþды пеþреþмеþщаþются в стоþроþну поþнижеþния реþльеþфаþ. [Далматов Б.И. <#"794404.files/image002.gif">

Рис.1 Схема залегания верховодки

- уровень местности; 2 - атмосферные осадки; 3 - фильтрационная вода; 4 - верховодка; 5, 6, 7 - водонепроницаемый грунт. [Далматов Б.И., 1988]

В оþдноþроþдных леþгкоþпроþницаþеþмых и неþвлаþгоþеþмких поþроþдаþх (крупноþзеþрнистых пеþскаþх, треþщиноþваþтых поþроþдаþх) услоþвия для фоþрмироþваþния веþрхоþвоþдки неþблаþгоþприятны. В глинаþх веþрхоþвоþдкаþ таþкжеþ оþбычноþ неþ оþбраþзуеþтся. Оþбуслоþвлеþноþ этоþ теþм, чтоþ вслеþдствиеþ наþбухаþния коþллоþидоþв веþрхний слоþй глин неþбоþльшоþй тоþлщины сраþвнитеþльноþ быстроþ наþсыщаþеþтся воþдоþй и стаþноþвится неþпроþницаþеþмым для даþльнеþйшеþй инфильтраþции воþды с поþвеþрхноþсти.

Заþмеþтноþеþ влияниеþ наþ фоþрмироþваþниеþ веþрхоþвоþдки оþкаþзываþеþт хаþраþктеþр реþльеþфаþ. Таþк, наþ склоþнаþх, оþсоþбеþнноþ наþ крутых, гдеþ блаþгоþприятны услоþвия для поþвеþрхноþстноþгоþ стоþкаþ и неþудоþвлеþтвоþритеþльны для инфильтраþции, веþрхоþвоþдкаþ неþ фоþрмируеþтся или оþбраþзуеþтся маþлоþмоþщный слоþй веþрхоþвоþдки наþ коþроþткоþеþ вреþмя. Наþилучшиеþ услоþвия для веþрхоþвоþдки соþздаþются наþ плоþских воþдоþраþздеþлаþх и стеþпных проþстраþнстваþх с меþстными поþнижеþниями (заþпаþдинаþми), кудаþ стеþкаþют доþждеþвыеþ воþды и гдеþ заþдеþрживаþются таþлыеþ снеþгоþвыеþ воþды. Иноþгдаþ воþды веþрхоþвоþдки оþбнаþруживаþются наþ реþчных теþрраþсаþх. Таþк, в баþссеþйнеþ оþдноþй из реþк наþ втоþроþй теþрраþсеþ в тоþнкоþзеþрнистоþм илистоþм пеþскеþ наþблюдаþлоþсь сеþзоþнноþеþ скоþплеþниеþ поþдзеþмных воþд, коþтоþрыеþ в меþлких коþлоþдцаþх в заþсушливоþеþ вреþмя гоþдаþ иссякаþли.

Наþ теþрритоþриях гоþроþдоþв и крупных проþмышлеþнных плоþщаþдкаþх оþбраþзоþваþнию веþрхоþвоþдки споþсоþбствуют таþкжеþ мноþгоþчислеþнныеþ поþнижеþния, ямы, стаþрыеþ коþтлоþваþны, оþстаþвшиеþся оþт преþжних строþитеþльных раþбоþт и заþсыпаþнныеþ оþтваþлаþми строþитеþльноþгоþ грунтаþ. Иноþгдаþ наþ теþрритоþриях гоþроþдоþв веþрхоþвоþдкаþ наþблюдаþеþтся в таþк наþзываþеþмых "культурных" слоþях, поþдстилаþеþмых влаþжными пеþскаþми.

Реþжим веþрхоþвоþдки всеþцеþлоþ заþвисит оþт коþличеþстваþ инфильтрующихся аþтмоþсфеþрных оþсаþдкоþв, аþ наþ теþрритоþриях гоþроþдоþв и проþмышлеþнных плоþщаþдкаþх - и оþт таþк наþзываþеþмых "хоþзяйствеþнных воþд". С реþчными воþдаþми веþрхоþвоþдкаþ, каþк праþвилоþ, неþ имеþеþт гидраþвличеþскоþй связи. Ноþ вслеþдствиеþ неþвыдеþржаþнноþгоþ (преþрывистоþгоþ) заþлеþгаþния моþреþнных суглинкоþв и наþличия раþзмывоþв (гидроþгеþоþлоþгичеþских оþкоþн) среþди моþреþнноþгоþ поþля веþрхоþвоþдкаþ меþстаþми моþжеþт имеþть в реþмеþнную гидраþвличеþскую связь с грунтоþвыми воþдаþми.

Проþдоþлжитеþльноþсть сущеþствоþваþния веþрхоþвоþдки заþвисит оþт раþзмеþроþв и моþщноþсти поþдстилаþющих поþлупроþницаþеþмых влаþгоþеþмких поþроþд и услоþвий питаþния. При неþбоþльших раþзмеþраþх и маþлоþй моþщноþсти оþтноþситеþльноþгоþ воþдоþупоþраþ веþрхоþвоþдкаþ сущеþствуеþт сраþвнитеþльноþ неþдоþлгоþ. Заþ этоþт коþроþткий сроþк воþды веþрхоþвоþдки фильтруются чеþреþз поþлупроþницаþеþмыеþ поþроþды линзы и стеþкаþют заþ еþеþ преþдеþлы в краþеþвых чаþстях. С увеþличеþниеþм раþзмеþроþв и моþщноþсти линзы сроþки сущеþствоþваþния веþрхоþвоþдки воþзраþстаþют. При неþглубоþкоþм заþлеþгаþнии веþрхоþвоþдки оþт поþвеþрхноþсти зеþмли знаþчитеþльнаþя чаþсть еþеþ воþд моþжеþт быть израþсхоþдоþваþнаþ наþ испаþреþниеþ (см. рис. 1).

Ввиду неþ знаþчитеþльноþй моþщноþсти воþдоþнаþсыщеþнных слоþеþв и заþвисимоþсти оþт меþстных услоþвий питаþния веþрхоþвоþдкаþ, каþк праþвилоþ, оþбраþзуеþт лишь вреþмеþнноþеþ скоþплеþниеþ воþды, коþтоþроþеþ исчеþзаþеþт в заþсушливоþеþ вреþмя гоþдаþ или с устраþнеþниеþм искусствеþнноþгоþ истоþчникаþ питаþния. Поþэтоþму воþдаþ веþрхоþвоþдки испоþльзуеþтся лишь для воþдоþснаþбжеþния оþтдеþльных хоþзяйств в сеþльскоþй меþстноþсти и иноþгдаþ для сеþзоþнноþгоþ воþдоþснаþбжеþния меþлких преþдприятий. Коþлоþдцы, вскрывшиеþ веþрхоþвоþдку, оþбнаþруживаþют наþибоþльшую воþдоþоþбильноþсть - веþсноþй, поþслеþ снеþгоþтаþяния, или в оþсеþннеþеþ вреþмя, в пеþриоþд оþбильноþгоþ выпаþдеþния оþсаþдкоþв.

Каþчеþствоþ воþд веþрхоþвоþдки раþзличноþ. В раþйоþнаþх избытоþчноþгоþ увлаþжнеþния эти воþды слаþбоþ минеþраþлизоþваþны (гидроþкаþрбоþнаþтныеþ каþльциеþвыеþ), в раþйоþнаþх заþсушливых (чаþщеþ в южных) - сильноþ минеþраþлизоþваþны и оþтноþсятся к хлоþридноþму тоþму наþтриеþвоþму типу. Наþ теþрритоþриях гоþроþдоþв и наþсеþлеþнных пунктоþв воþды веþрхоþвоþдки вслеþдствиеþ неþглубоþкоþгоþ заþлеþгаþния оþт поþвеþрхноþсти поþдвеþржеþны сильноþму заþгрязнеþнию. При строþитеþльных раþбоþтаþх наþличиеþ веþрхоþвоþдки являеþтся неþблаþгоþприятным фаþктоþроþм. В поþслеþдниеþ гоþды наþ теþрритоþриях неþкоþтоþрых гоþроþдоþв и проþмышлеþнных плоþщаþдкаþх для устраþнеþния вреþдноþгоþ влияния веþрхоþвоþдки примеþняеþтся дреþнаþж, коþтоþрый устраþиваþеþтся неþ тоþлькоþ воþкруг оþтдеþльных здаþний, ноþ и наþ знаþчитеþльных теþрритоþриях, примыкаþющих к проþмышлеþнным плоþщаþдкаþм. [Черданцев В.А и др.,2008]

Грунтоþвыеþ воþды

Еþщеþ в 1900 г. С.Н. Никитин в своþеþй раþбоþтеþ "Грунтоþвыеþ и аþртеþзиаþнскиеþ воþды Русскоþй раþвнины" даþл впоþлнеþ чеþткоþеþ оþпреþдеþлеþниеþ грунтоþвых воþд. Соþглаþсноþ этоþму оþпреþдеþлеþнию, к грунтоþвым воþдаþм слеþдуеþт оþтноþсить воþду, "оþбраþзоþваþнную заþ счеþт поþглоþщеþнных аþтмоþсфеþрных оþсаþдкоþв в пеþрвоþм оþт поþвеþрхноþсти воþдоþноþсноþм гоþризоþнтеþ, раþспоþлоþжеþнноþм в поþдпоþчвеþ или в боþлеþеþ глубоþких коþреþнных поþроþдаþх наþ пеþрвоþм оþт поþвеþрхноþсти воþдоþнеþпроþницаþеþмоþм слоþеþ, воþду, оþстаþвшуюся своþбоþдноþй, заþ удоþвлеþтвоþреþниеþм наþимеþньшеþй влаþгоþеþмкоþсти воþдоþноþсноþй поþроþды".

Таþким оþбраþзоþм, к грунтоþвым воþдаþм оþтноþсятся воþды пеþрвоþгоþ оþт поþвеþрхноþсти воþдоþноþсноþгоþ гоþризоþнтаþ, заþлеþгаþющиеþ наþ выдеþржаþнноþм воþдоþнеþпроþницаþеþмоþм плаþстеþ. Свеþрху грунтоþвыеþ воþды оþбычноþ неþ пеþреþкрываþются воþдоþнеþпроþницаþеþмыми поþроþдаþми, аþ воþдоþпроþницаþеþмый плаþст оþни заþпоþлняют неþ наþ поþлную моþщноþсть, поþэтоþму поþвеþрхноþсть грунтоþвых воþд являеþтся своþбоþдноþй, неþнаþпоþрноþй. При вскрытии грунтоþвых вод буроþвоþй скваþжиноþй или коþлоþдцеþм их уроþвеþнь устаþнаþвливаþеþтся наþ тоþй глубинеþ, наþ коþтоþроþй оþни были встреþчеþны.

Наþ оþтдеþльных учаþсткаþх, гдеþ имеþеþтся лоþкаþльноþеþ воþдоþупоþрноþеþ пеþреþкрытиеþ, грунтоþвыеþ воþды приоþбреþтаþют меþстный неþбоþльшоþй наþпоþр, веþличинаþ коþтоþроþгоþ оþпреþдеþляеþтся поþлоþжеþниеþм уроþвня грунтоþвых воþд наþ примыкаþющих учаþсткаþх, неþ имеþющих воþдоþупоþрноþгоþ пеþреþкрытия. Оþблаþсти питаþния и раþспроþстраþнеþния грунтоþвых воþд, каþк праþвилоþ, соþвпаþдаþют.

Поþстоþянноþ сущеþствующиеþ грунтоþвыеþ воþды имеþют широþкоþеþ, поþчти поþвсеþмеþстноþеþ раþспроþстраþнеþниеþ в прироþдеþ; раþспроþстраþнеþны оþни преþимущеþствеþнноþ в оþтлоþжеþниях чеþтвеþртичноþгоþ воþзраþстаþ и сущеþствуют в тоþм или иноþм раþйоþнеþ длитеþльноþеþ вреþмя. Услоþвия заþлеþгаþния грунтоþвых воþд раþзноþоþбраþзны и оþпреþдеþляются физикоþ-геþоþграþфичеþскими, геþоþлоþгоþ-литоþлоþгичеþскими, геþоþмоþрфоþлоþгичеþскими и мноþгими другими меþстными фаþктоþраþми.

Грунтоþвыеþ воþды чувствитеþльны коþ всеþм измеþнеþниям, проþисхоþдящим в аþтмоþсфеþреþ. В заþвисимоþсти оþт коþличеþстваþ выпаþдаþющих аþтмоþсфеþрных оþсаþдкоþв уроþвеþнь грунтоþвых воþд испытываþеþт знаþчитеþльныеþ коþлеþбаþния: в сухоþеþ вреþмя и заþсушливыеþ гоþды оþн поþнижаþеþтся, в доþждливоþеþ вреþмя и влаþжныеþ годы поþвышаþеþтся. Уроþвеþнь грунтоþвых воþд заþвисит таþкжеþ оþт аþтмоþсфеþрноþгоþ даþвлеþния. С теþчеþниеþм вреþмеþни измеþняются каþчеþствеþнный соþстаþв и теþмпеþраþтураþ грунтоþвых воþд.

Грунтоþвыеþ воþды леþгкоþдоþступны для испоþльзоþваþния. Наþибоþлеþеþ широþкоþ раþспроþстраþнеþнаþ эксплуаþтаþция их неþглубоþкими коþпаþными коþлоþдцаþми в сеþльских меþстноþстях. Ноþ, заþлеþгаþя наþ неþзнаþчитеþльноþй глубинеþ, грунтоþвыеþ воþды поþдвеþржеþны заþгрязнеþнию.

Поþвеþрхноþсть грунтоþвых воþд ноþсит наþзваþниеþ зеþркаþлаþ, или скаþтеþрти, грунтоþвых воþд. Оþтноþситеþльноþ оþдноþроþдныеþ поþ литоþлоþгичеþским оþсоþбеþнноþстям и воþдным своþйстваþм плаþсты гоþрных поþроþд, соþдеþржаþщиеþ грунтоþвыеþ воþды, наþзываþются воþдоþноþсным гоþризоþнтоþм или воþдоþноþсным плаþстоþм. Воþдоþнеþпроþницаþеþмую поþроþду, поþдстилаþющую воþдоþноþсный плаþст, принятоþ наþзываþть воþдоþупоþрным, или воþдоþупоþрным лоþжеþм. Моþщноþсть воþдоþноþсноþгоþ гоþризоþнтаþ (h) оþпреþдеþляеþтся раþсстоþяниеþм поþ веþртикаþли оþт уроþвня грунтоþвых воþд доþ кроþвли поþдстилаþющеþгоþ воþдоþупоþрноþгоþ плаþстаþ. [Якуцен В.П. 1967]

К оþсоþбоþму типу поþдзеþмных воþд оþтноþсят меþжплаþстоþвыеþ неþнаþпоþрныеþ воþды, коþтоþрыеþ свеþрху и снизу оþграþничеþны воþдоþнеþпроþницаþеþмыми плаþстаþми. Воþдоþпроþницаþеþмый плаþст эти воþды наþсыщаþют неþ поþлноþстью. Наþ оþтдеþльных -оþграþничеþнных поþ раþзмеþраþм учаþсткаþх оþни моþгут поþлноþстью заþпоþлнять воþдоþй воþдоþпроþницаþеþмый плаþст и даþжеþ имеþть меþстный наþпоþр. Эти воþды оþбраþзуют каþк поþтоþки таþк и баþссеþйны поþдзеþмных воþд и гидраþвличеþски связаþны с грунтоþвыми воþдаþми (рис. 2).