Воды зоны насыщения
Горизонт грунтовых вод — первый от поверхности Земли, постоянно существующий в пределах зоны насыщения, водоносный горизонт (рисунок ниже).
Грунтовая вода
1 — уровень грунтовых вод УГВ; 2 — мощность грунтовой воды; 3 — ложе
Грунтовыми водами (по С.Н. Никитину) называют воды, приуроченные к сплошному водоносному горизонту, который залегает на первом от земной поверхности водоупоре, имеет значительную площадь распространения и не имеет водоупорной кровли. Снизу горизонт грунтовых вод ограничен водоупорным ложем, верхняя граница зоны постоянного насыщения пород грунтовыми водами ограничена свободной поверхностью, которая носит название зеркало (уст. скатерть) грунтовых вод и служит границей между зонами аэрации и насыщения. Выше зеркала вод находится зона аэрации. Между этими зонами расположена зона капиллярной каймы. След сечения зеркала вертикальной поверхностью называется уровнем грунтовых вод. Для выявления характера поверхности (зеркала) грунтовых вод составляют карты гидроизогипс (рисунок ниже).
Карта гидроизогипс
В колодцах или скважинах, доведенных до грунтовых вод, уровень воды устанавливается на высоте, соответствующей верхней границе или свободной поверхности грунтовых вод, и не поднимается вверх под напором, как в артезианских скважинах. На участках, где водоносный горизонт перекрыт водоупорными породами, грунтовые воды приобретают напор, который по высоте соответствует общей поверхности грунтовых вод водоносного горизонта. Разность уровней грунтовых вод приводит к их движению, образованию грунтового потока (рисунки ниже).
Форма залегания грунтовых вод
1 — грунтовый поток; 2 — грунтовый бассейн; 3 — водоупоры
Грунтовый поток
1 — водоупорное ложе; 2 — водопроницаемые породы; 3 — уровень грунтовых вод; 4 — направление грунтового потока; 5 — выход грунтовой воды на поверхность; 6 — делювий.
- водоносный слой;
- водоносный горизонт — регионально выдержанные пласты водовмещающих пород, заполненных грунтовой или водой другого типа, гидравлически связанные между собой и имеющие общую поверхность, а та их часть, которая полностью заполнена водой, называется зоной насыщения;
- водоупорное ложе;
- водоносный комплекс — водоносные породы любого стратиграфического подразделения, среди которых трудно выделить водоносные горизонты;
- площадь распространения грунтовых вод;
- бассейн грунтовых вод.
Характерными особенностями грунтовых вод являются следующие:
- тесная гидравлическвя связь с атмосферными, поверхностными и конденсационными водами;
- непрерывное движение;
- совпадение области питания с областью их распространения;
- безнапорные, но могут передавать гидростатическое давление;
- установка уровня воды при достижении выработкой водоносного слоя на высоте вскрытия воды, вследствие чего поверхность фунтовых вод находится под влиянием атмосферного давления и называется свободной поверхностью (зеркалом воды);
- перемещение (непостоянство) верхней границы;
- колебание уровня грунтовых вод;
- непостоянство режима (температуры, запасов, состава);
- пестрый химический состав;
- значимость для формирования водного режима пород зоны насыщения и водоснабжения растений.
Среди грунтовых вод выделяются: поровые, пластовые, трещинно-жильные, трещинно-карстовые безнапорные, лавово-туфовые.
Межпластовые воды
Межпластовыми водами называются водоносные горизонты, залегающие ниже горизонта фунтовых вод и разделяющиеся пластами водоупорных пород. Они в свою очередь разделяются на межпластовые безнапорные и межпластовые напорные (или артезианские) воды.
Напорные (артезианские) воды залегают ниже грунтовых вод. Это воды, приуроченные к водоносным горизонтам или пластам, ограниченным снизу и сверху водоупорами и принимающие участие в строении крупных гидрогеологических структур (рисунок ниже). Артезианские воды получили свое название от провинции Артуа во Франции, где в XII в. был сооружен артезианский колодец, выводивший из глубоких водоносных горизонтов самоизливавшуюся напорную воду.
Схема соотношений различных типов подземных вод
1 — водопроницаемая порода; 2 — водоупорная порода; 3 — грунтовые нисходящие воды (А); 4 — межпластовые нисходящие воды (В); 5 — восходящие артезианские воды (Б); А, Б, В — колодцы.
Характерными особенностями артезианских вод являются следующие:
- важнейшая характеристика — напор;
- перекрытие водоупорами сверху и снизу;
- слабая гидравлическая связь с грунтовыми и поверхностными водами зоны аэрации в области питания и разгрузки;
- движение вод под действием гидростатического давления;
- несовпадение области питания, области создания напора и разгрузки, удаление их друг от друга на значительные расстояния;
- установление уровня воды либо выше кровли водоупора, либо выше поверхности Земли;
- более или менее стабильный режим (упругий режим);
- разнообразный химический состав;
- различная минерализация (от первых десятков до сотен г/дм3);
- большие запасы;
- неодинаковая скорость движения.
Артезианские (напорные) воды принимают участие в строении крупных гидрогеологических структур — синклиналей, моноклиналей и других форм, которые содержат, как правило, один или несколько водоносных горизонтов или комплексов, часто прослеживающихся на большие расстояния.
Под водоносным пластом понимают выдержанный по мощности и распространению одновозрастный пласт породы с относительно однородными водоемкостными и фильтрационными свойствами.
Водоносный горизонт — один или несколько водоносных пластов горных пород, насыщенных гравитационной водой и представляющих собой единое целое в гидродинамическом отношении, горизонту присваивается геолого-стратиграфическое наименование соответствующих водовмещающих пород.
Водоносный комплекс — один или несколько смежных водоносных горизонтов со сходными гидрогеологическими свойствами, границами между которыми являются выдержанные по площади пачки водоупорных пород.
Гидрогеологический этаж — объединение водоносных и относительно водоупорных комплексов. Этажи могут резко отличаться друг от друга по гидрохимическим и гидродинамическим показателям и составляют единую гидрогеологическую систему в пределах крупных тектонических элементов. Границами между гидрогеологическими этажами служат регионально выдержанные водоупорные толщи.
Водонапорные системы земной коры образуются водоносными комплексами с одинаковыми условиями залегания, создания напора и движения вод (А.М. Овчинников, 1960).
Эти системы или природные гидрогеологические бассейны можно разделить на три типа:
- Артезианские бассейны,
- Подземные бассейны горно-складчатых областей,
- Бассейны трещинных вод в кристаллических и метаморфических породах.
Основное отличие этих типов бассейнов друг от друга состоит в строении и условиях залегания водовмещающих пород, что позволяет проводить территориальное районирование подземных вод на основе геологических материалов.
Гидрогеологической структурой называется геологическая структура, часть ее или совокупность геологических структур, объединенных общностью условий распространения и формирования подземных вод. К гидрогеологическим структурам относят бассейны подземных вод или гидрогеологические бассейны. Среди них выделяют:
- бассейны суши — бассейны артезианских вод, бассейны трещинных вод, бассейны трещинно-жильных вод, вулканогенные бассейны;
- бассейны морей и океанов — вулканогенные бассейны островных дуг, субмаринные бассейны котловин, рифтов, желобов, прогибов. Их характерными особенностями являются отсутствие зоны аэрации, наличие толщ, находящихся на стадии литогенеза, направление движения вод в сторону континента.
Для гидрогеологии нефтяных и газовых месторождений основной интерес представляют бассейны артезианских вод.