Геологическая деятельность подземных вод (стр. 1 из 8)
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
План:
1. ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД.. 3
2. ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ.. 5
3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕ/Щ-ШХ ВОД.. 7
4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.. 10
6. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.. 20
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.
1. 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 инетрещиноватые 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.
В современной литературе приводятся различные классификации видов воды в горных породах. В СССР широко известна классификация, предложенная А. Ф. Лебедевым, который на основании тщательных экспериментальных и полевых исследований установил следующие виды воды в горных породах (рис. 2).
1. Вода в виде пара (парообразная) содержится в воздухе, занимающем свободные от жидкой воды поры и трещины в горных породах. Она находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами воды в атмосфере. При определенных условиях парообразная вода конденсируется.
2. Гигроскопическая вода образуется в том случае, когда молекулы парообразной воды адсорбируются (лат. adsorbtio — поглощение) на поверхности минеральных частиц горных пород. Гигроскопическая вода облекает частицы породы одномолекулярной тонкой пленкой и прочно удерживается на их поверхности молекулярными и электрическими силами и может быть удалена при нагревании до температур не менее 105—110°.
3. Пленочная вода образует вокруг частиц горной породы и поверх гигроскопической воды более толстую пленку в несколько слоев молекул. Пленочная вода может передвигаться от одной частицы к другой. Если толщина пленок у соседних частиц различная, то происходит медленное перемещение воды от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей пленкой до тех пор, пока пленки не станут одинаковыми по толщине.
Как и гигроскопическая, пленочная вода содержится в большом количестве в глинистых породах и в меньшем — в песчаных.
4. Капиллярная вода заполняет частично или полностью тонкие поры и трещины в горных породах и удерживается в них силами поверхностного натяжения. Эта вода поднимается по тонким капиллярам снизу вверх от уровня подземных вод. Чем меньше диаметр частиц, слагающих горную породу, тем мельче диаметр пор и тем больше высота капиллярного поднятия. В суглинках высота капиллярного поднятия может достигать 2 м и более, в крупнозернистых песках — всего нескольких сантиметров.
5. Капельножидкая (свободная) гравитационная -до да, способная свободно передвигаться по порам, трещинам и другим пустотам в горных породах под влиянием силы тяжести. Она может быть подразделена на воду, полностью заполняющую поры и трещины в горных породах, образующую горизонт подземных вод, и воду, просачивающуюся сверху вниз в зоне аэрации (фр. aeration — воздух), т. е. в зоне, расположенной выше подземных вод, где в горных породах находится воздух. На рис. 2 видно, что при увеличении влажности пород и толщины пленки на поверхности минеральных частиц горных пород силы энергетической связи их уменьшаются и в конце концов наступает момент, когда эти силы не в состоянии удерживать пленочную воду и часть ее будет переходить в капельножидкую и просачиваться сверху вниз.
6. Вода в твердом состоянии в виде льда, присутствует в горных породах, имеющих отрицательную температуру (ниже 0°). Лед может быть в виде отдельных микрокристаллов, тонких пленок или в виде прослоев чистого льда. Особенно большое распространение лед имеет на обширных пространствах северной части Сибири и Аляски, в областях развития многолетнемерзлых горных пород, или «вечной мерзлоты». Вода в твердом виде возникает также ежегодно в других зонах в слое сезонного промерзания.
7. Кристаллизационная вода входит в состав ряда минералов и принимает участие в строении их кристаллических решеток. Примером тому является вода гипса CaSO4-2H2O. Она может быть удалена при нагревании.
Рис. 2. Различные формы связи молекул воды с частицами породы (по А. Ф. Лебедеву):
1 — частицы почвы; 2—молекулы воды; а — гигроскопическая вода при неполном насыщении; б—то же, при полном насыщении; в и г — пленочная вода: частица г при полном молекулярном насыщении с пленкой максимально возможной толщины; пленочная вода движется налево до выравнивания толщины пленки у обеих частиц; д — гравитационная вода, образующая каплю, которая стекает вниз под влиянием силы тяжести