Строение артезианского бассейна
Артезианские бассейны платформенного типа — бассейны, связанные с отрицательными структурами платформ, предгорными прогибами и краевыми синеклизами. Выделение в качестве единого типа бассейнов, связанных со структурами различного типа, оправдано рядом общих закономерностей строения геологического разреза, определяющих основные условия залегания и региональную динамику подземных вод (рисунок ниже).
Принципиальная гидродинамическая схема артезианского бассейна платформенного типа
1 — слоистые системы водоносных горизонтов (комплексов) трех гидрогеологических этажей бассейна; 2 — региональные слабопроницаемые толщи; 3 — номера гидрогеологических этажей; 4 — границы и номера гидродинамических зон; 5 — зоны тектонических нарушений; 6 — система «местных» и 7 — региональных потоков подземных вод; 8 — субвертикальная фильтрация через слабопроницаемые породы; 9 — «внутренние» источники питания подземных вод (элизионные процессы, дегидратация, приток глубинных флюидов); 10 — породы обрамления и фундамента.
Артезианский бассейн имеет структурно-геологическую природу и представляет собой геогидродинамическую систему (или часть системы), пространственно связанную со структурно-тектоническим элементом, верхний этаж которого представлен толщами пологозалегающих или слабодислоцированных пород, преимущественно осадочных, содержащих напорные воды, залегающие на породах фундамента (А.А. Карцев, 2001).
Под артезианским бассейном понимают прогнутый участок земной коры с водоносными горизонтами осадочного происхождения, характеризующимися более или менее однообразными условиями залегания по площади (Г.М. Сухарев, 1979). По классификации И.К. Зайцева и Н.И. Толстихина, артезианский бассейн и гидрогеологический массив относятся к гидрогеологическому району I порядка, которые состоят из гидрогеологических районов II и III порядков. Выделяют артезианские бассейны: платформенных областей, предгорных прогибов, краевых синеклиз, складчатых областей, областей вулканизма.
В пределах артезианских бассейнов выделяют артезианские области и районы. В каждом артезианском бассейне (рисунок ниже) выделяются основные элементы, рассмотренные ниже.
Артезианский бассейн (синклинальное залегание слоев)
1 — водоупор; 2 — водоносный слой; 3 — буровые скважины; 4 — область питания водой; 5 — пьезометрический уровень (область напора и стока); H — высота напора
Область питания (Г.М. Сухарев, 1979) — площадь распространения водопроницаемых или трещиноватых пород на дневной поверхности, которая обычно приподнята относительно уровня моря на значительную высоту. Здесь происходит питание водопроницаемых пород водами атмосферных осадков, рек, озер и конденсационными водами, а воды не обладают напором, связаны с атмосферой, дренируются местной гидрографической сетью.
Область (зона) напора и зона стока — основная площадь развития артезианского бассейна. На этой площади высота подъема уровня подземных вод при вскрытии устанавливается выше кровли водоносных горизонтов и называется напорным или пьезометрическим уровнем. Сток происходит в направлении от области питания к области разгрузки.
Область (зона) разгрузки или дренажа — участок бассейна, располагающийся там, где водоносные горизонты или комплексы нарушены денудационными процессами и имеют выход на дневную поверхность на более низких отметках, чем в зоне создания напора, и проявляются в виде изливающихся источников (родников). Разгрузка артезианских вод возможна искусственным путем — через водозаборные сооружения при их длительной эксплуатации. Для водоснабжения наиболее предпочтителен самый верхний напорный горизонт, где обычно содержатся маломинерализованные воды.
Наряду с открытыми очагами разгрузки существуют: 1) субмаринные на дне морей и океанов; 2) субфлювиальные в долинах или руслах рек; 3) распыленные (скрытые подземные) через относительно водоупорные толщи; 4) скрытые (подземные) — перетекание вод из одних толш в другие с меньшим напором.
Образование артезианских вод возможно при следующих условиях:
- обилие атмосферных осадков в области питания, т.е. приуроченность к поясу избыточной влажности;
- выход пород области питания выше пунктов заложения скважин, их изогнутость и наклон, обусловливающие создание напора;
- наличие хорошо проницаемых пород, возможность поглощения в зоне аэрации;
- малое число и небольшая мощность водоупоров;
- высокая пористость, водопроницаемость и трещиноватость водовмещающих пород.
Возникновение артезианских вод — процесс сложный и возможен при наличии воды из области питания, воды, отжимаемой при уплотнении пород, и воды, поступающей при уменьшении давления. В природе известно несколько способов создания напора подземных вод, из которых самыми главными считаются три типа, в связи с чем выделяют три типа водонапорных систем или три основных режима водонапорных систем.