Будова підземної гідросфери

Гірські породи володіють водоємним властивостями, які виявляються у властивостях приймати, утримувати і віддавати воду в залежності від ступеню їх зруйнованості. Для кількісної оцінки суцільності порід визначають скважність – суму об’ємів пор, тріщин і каналів, спроможних затримувати, фільтрувати і інфільтрувати підземні води. Фільтраційні властивості порід оцінюють проникністю – властивістю порід пропускати рідину або газ під впливом перепаду тиску.

Таким чином, по відношенню до води гірські породи можна поділити на водопроникні (водоносні) і відносно водоупорні. До першої групи відносяться галечники, гравеліти, слабозцементовані конгломерати і пісковики, піски, алевроліти, вапняки, тріщинуваті магматичні і метаморфічні породи; до другої – глини, важкі суглинки, щільний торф, глинисті сланці, аргіліти, кам’яна сіль, гіпс, мергелі, щільні і нетріщинуваті магматичні і метаморфічні породи.

Різні поєднання водоносних і водоупорних порід, які являють собою структурні одиниці масиву (товщі) гірських порід, утворюють гідрогеологічні структури. Їх ієрархія виглядає таким чином:

Водоносний пласт (шар) – витриманий за міцністю та розповсюдженням одновіковий пласт породи з відносно однорідними водноємнісними і фільтраційними властивостями.

Водоносний горизонт – один або декілька водоносних шарів гірських порід, насичених гравітаційною водою і являючих собою єдине ціле в гідродинамічному відношенні.

Водоносним горизонтам звичайно присвоюють геолого-стратиграфічне найменування відповідних водовміщуючих порід.

Водоносний комплекс – товща гірських порід, складена з декількох водоносних горизонтів з розділяючих їх відносно водоупорними шарами або пластами, та розглядається як єдина гідродинамічна система.

Гідрологічний поверх (водоносна формація) – сукупність водоносних та відносно водоупорних комплексів, складаючих єдину систему в межах крупних тектонічних циклів.

Гідрологічний басейн – сукупність водоносних і відносно водоносних горизонтів та комплексів, які виділяються по загальним умовам формування складу та властивостей вміщених в них вод.

В масивах гірських порід, представлених міцнозцементованими осадовими, метаморфічним і магматичними породами доцільно виділяти водоносні зони, які приурочені до ділянок з підвищеною тріщинуватістю. Характерна особливість водоносних зон – утруднений гідравлічний зв’язок між окремими водоносними зонами в межах однієї і тієї ж самої тектонічної структури.

Широтна географічна зональність проявляється, насамперед, в формуванні двох обширних зон: сезонного перемерзання порід з характерними фазовими переходами при температурних змінах і зони багаторічномерзлих гірських порід (кріолітозони), в якій підземні води існують, переважно, у твердому вигляді. Кліматичний вплив на умови формування підземних вод визначається ступенем зволоженості території, при цьому розрізняють зони надлишкового, достатнього та недостатнього зволоження та посушливу зони. Вертикальну зональність визначають геологічні умови формування підземної гідросфери, які пов’язані з особливостями складу, будови та властивостей гірських порід.

В вертикальному розрізі верхньої частини земної кори виділяють наступні гідрогеодинамічні зони:

10. інтенсивного водообміну, потужністю від десятків до декількох сотень метрів;

2) уповільненого водообміну глибиною до 3-4 км;

11. дуже уповільненого водообміну.

Перша зона розташована в виступаючих масивах докембрійських порід, в крайових частинах негативних тектонічних структур, утворює верхні водоносні горизонти. Води цієї зони сучасні, атмосферного походження, за складом переважно гідрокарбонато-кальцієві, маломінералізовані, широко використовуються для питного, господарського та технічного постачання. Темп водообміну – роки, століття.

Води другої зони приурочені до більш глибоких частин напіврозкритих структур, переважно седиментаційного циклу, лікувальні, промислові і термальні, гідрокарбонатно-натрієві, сульфатно-натрієві або сульфатно-натрієво-кальцієві. Темп водообміну – десятки і сотні тисяч років.

Води третьої зони приурочені до глибоких частин западин, древні, поховані і метаморфічні, високомінералізован, за складом хлоридні Са-Nа та Сl-Mg-Na; промислове значення мають води з мінералізацією 300-650 г/л (міцні розсоли). В районах розвитку магматичних осередків відбувається насичення вод вуглекислотною та утворення різноманітних за складом вуглекислих мінеральних вод. Темп водообміну зони – мільйони років.

Стан води, її структура та властивості визначаються термодинамічними параметрами гідросфери – температурою і тиском, за якими виділяють наступні гідрофізичні зони:

12. твердої води (кріолітозона);

2) рідкої води;

13. ущільненого надкритичного флюїду;

14. мономерних молекул води ;

15. дисоційованих молекул води.

Перша зона приурочена до верхньої частини земної кори і обмежена гідроізотермою фазового переходу лід – вода; потужність зони – від кількох сотень метрів до 1 км і більше.

Друга зона в межах щитів і платформ розповсюджується на всю земну кору, в складчастих областях і молодих прогинах займає її верхню частину, обмежена ізотермами фазових переходів лід – вода і вода – пар; зона охоплює 80% земної кори. Максимальна температура +450˚С, тиск 25*10⁵ Па. Потужність вимірюється від 8 (острівні дуги) до 80 км (області докембрійської складчастості).

Третя зона розміщується між ізотермами 450 і 700˚С. вода в цій зоні знаходиться у газоподібному стані, на великих глибинах під тиском 50*10⁵ Па можливі нестійкі угрупування молекул. Потужність 3-80 км.

Четверта зона розміщується між ізотермами 700-1000˚С, вода присутня в дисоційованому вигляді Н⁺ і ОН^-. При температурах вище 1500˚С гідрогени дисоціюють на іони водню і кисню.

Найбільш повно вивчені води другої зони, з якою пов’язані в основному, практика розробки родовищ корисних копалин.

Дослідження складу мінералізації підземних вод показали закономірність їх просторового розміщення у вертикальному розрізі земної кори, яка дозволяє виділити відповідні гідрогехімічні зони:

а) верхня – прісних вод (мінералізація менше 1 г/л) потужність 0,3 – 0,6 км з переважанням в складі гідрокарбонат-іона;

б) проміжна – солоних вод (мінералізація 1-35 г/л) з частим переважанням в складі сульфат-іона;

в) нижня – розсолів (більше 35 г/л) переважно хлоридного складу.

Зміна геологічних умов і властивостей гірських порід визначає аномалії в вертикальній зональності, з якими часто зв’язані родовища гідромінеральної сировини.

Поиск по сайту: