ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ТЕКУЧИХ ВОД

Стр 1 из 12Следующая ⇒

Вопросы лекции:

1. Свойства подземных вод.

2. Виды воды в горных породах.

3. Типы подземных вод по условиям залегании.

4. Источники.

5. Карст.

6. Обвалы и оползни.

7. Грязевые вулканы.

Свойства подземных вод. Подземными называют все виды воды, которые находятся ниже поверхности Земли до глубины около 15 км. Они могут передвигаться (подземные потоки) или быть неподвижными (застойные воды).

Вадозные подземные воды образуются за счёт паров атмосферы и воды гидросферы.

Ювенильные воды – первичные, они возникают из кислорода и водорода магматического происхождения, обладают высокой температурой и содержат большое количество растворённых газов.

Виды воды в горных породах

1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов (например, в гипсе CaSO₄ * 2H₂O - около 21% в массе).

2. Твёрдая вода представляет лёд в виде кристаллов, образовавшийся под землёй в условиях многолетней мерзлоты.

3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах горной породы.

4. Прочносвязанная вода образует тонкую плёнку вокруг частиц рыхлой породы. Эта плёнка удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы.

5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую плёнку из нескольких слоёв молекул воды вокруг частиц рыхлой породы.

6. Гравитационная вода (капельно-жидкая) свободно передвигается по трещинам и порам в горных породах под действием силы тяжести. Эти воды являются главным движущимся телом подземного стока.

7. Капиллярная вода заполняет в порах горных породах узкие трещины и поры, где удерживаются силами поверхностного натяжения.

В верхней части земной коры вода образует зону аэрации, где она находится под атмосферным давлением в смеси с воздухом. Количество такой воды крайне непостоянно и целиком зависит от количества воды, которая фильтруется с поверхности Земли. Мощность этой зоны редко превышает 25 м. Зона аэрации представляет собой переходный слой между атмосферой и гидросферой. В зоне полного насыщения все поры заполнены капельно-жидкой (гравитационной) водой и тогда образуется водоносный горизонт.

Вода в горных породах содержится благодаря пористости (или синонимом может служить скважность). Под пористостью понимают совокупность полостей, а именно это поры, карсты и трещины.

Подземные воды бывают поровыми, если они движутся по порам; трещинными – по трещинам; карстовыми – по карстовым полостям.

Горные породы в различной степени проницаемы для воды. Они подразделяются на три вида:

1. Водопроницаемы – песок, гравий, галечники, конгломераты, трещиноватые песчаники, доломиты, известняки.

2. К слабопроницаемым породам относятся суглинки, лёссы.

3. Водоупорными породами считаются глины, плотные сцементированные породы.

Типы подземных вод по условиям залегания

Верхние части земной коры материков слоисты. Слои, обладающие пористостью содержат воду и пропускают её через себя – это водоносные горизонты. Вода при фильтрации через первый от поверхности водоносный горизонт рано или поздно встречает водоупор и растекается по нему. Ниже все водоносные горизонты уже заключены между водоупорами и вода в них течет, как по плоской трубе.

Ту часть водоносного горизонта, где он насыщается водой, называют областью питания. Площадь передвижения воды в водоносном горизонте называют областью транзита. Место, где вода выходит на поверхность – областью стока, разгрузки или дренажа.

Подземные воды по условиям залегания и гидродинамическому режиму образуют две группы: безнапорные и напорные (артезианские).

К безнапорным водам относятся верховодка, грунтовые и межпластовые.

Верховодка – это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах зоны аэрацию. В водоносном горизонте содержится ряд линзовидных тел водоупорного материала, обычно глин.

Грунтовые воды – насыщают первый от поверхности водоносный горизонт со сплошным водоупором. Особенностью залегания грунтовых вод является то, что водоносный слой имеет водоупор только снизу; сверху водоупора нет, и поэтому области питания и транзита здесь совпадают. Вода в водоносных горизонтах грунтовых вод подчиняется законам гидравлики (Рис.7).

Рис.7. Схема залегания грунтовых вод: 1 –верховодка, 2 – локальный водоупор, 3 – водоносный горизонт, 4 – водоупорный горизонт, 5 – зеркало грунтовых вод, 6 – река, 7 – аллювий, 8 – родник.

Межпластовые воды – располагаются ниже грунтовых вод, и поэтому водоносные горизонты с этими водами залегают между двумя водоупорами.

Напорные (артезианские) воды находятся в водоносных горизонтах сверху перекрытых водоупором. Они обычно полностью заполняют водоносный слой и находятся под давлением выше атмосферного. В скважинах и колодцах такие воды поднимаются выше водоносного слоя и могут, выйдя на поверхность, фонтанировать.

Механическая работа, которую производят подземные воды на своём пути, невелика, так как мала их скорость. Главные геологические результаты работы подземных вод заключается в растворении частиц горных пород, через которые они протекают, и образовании цемента в рыхлых породах.

Источники

Источниками называют выходы подземных вод на дневную поверхность. В зависимости от причин образования источники могут быть естественными и искусственными.

Естественные источники образуются на склонах гор, в долинах рек. Часто ниже уровня воды в реке (их называют ключами).Водоносные горизонты вскрываются там, где они выходят на поверхность. Водоносные горизонты безнапорных вод образуют нисходящие источники, вода из которых вытекает свободно. Источники из напорных водоносных горизонтов образуют восходящие источники, вода в них вытекает под давлением.

К искусственным источникам относятся колодцы, скважины, канавы, вскрывающие тот или иной водоносный горизонт. Колодцы обычно роют до горизонта грунтовых вод, обычно в аллювиальном водоносном горизонте.

Выщелачивание горных пород

Выщелачивание – это перевод в водный раствор молекул, агрегатов молекул или ионов из горных пород, через которые протекает вода. Вода – хороший растворитель, и при длительном воздействии на горные породы она растворяет даже такие устойчивые к растворению минералы, как кварц и калиевый полевой шпат. Хорошо растворяются галоидные соли, сульфаты, сульфиды и карбонаты. Скорость выщелачивания прямо зависит от температуры воды, пористости пород, присутствия в воде активных кислот. В результате подземные воды всегда оказываются минерализованными, т.е. содержащими то или иное количество растворённых веществ.

КАРСТ

С выщелачиванием очень тесно связаны процессы образования карста. Карст – это совокупность пустот в хорошо растворимых породах – известняках, гипсах, доломитах, каменной соли. Название своё карст получил от известнякового плато в Динарских горах на границе Югославии и Италии. У нас карст распространён очень широко: в Предуралье, на Урале, в Крыму, на Кавказе, в средней Азии, Сибири, и на Дальнем Востоке.

Образование карста начинается с появления на поверхности полого залегающих растворимых пород небольших впадин и выпуклостей. Затем развиваются причудливые рытвины с крутыми склонами глубиной до 2 м – карров. Часто кары развиваются вдоль трещин и в местах их пересечения образуются углубления – воронки. Несколько воронок сливаются вместе и образуют полье – большую котловину. На дне польев часто встречаются поноры – отверстия, поглощающие поверхностные воды. Колодцы и шахты, соединяясь на глубине, образуют пещеры и гроты.

Изучением подземных полостей занимаются спелеологи, а наука об их образовании называется спелеологией. Хорошо известна Кунгурская ледяная пещера на Урале. Она расположена в гипсовом карсте длиной 4, 6 км; в пещере насчитывается более 50 гротов на четырёх уровнях и там много подземных озёр.

На дне пещер часто встречаются красноватые глинистые отложения, так называемые «красная земля», представляющие собой нерастворимую часть карбонатных пород, обогащённую окислами железа и алюминия.

Наиболее впечатляющей особенностью ряда карстовых пещер являются сталактиты (на потолке) и сталагмиты (на днище) – это причудливые натёчные образования, создающие неповторимый облик пещерных залов. Всё дело в том, что вода, всегда капающая с потолка пещер, насыщена газом CO₂ за счёт растворения карбонатных пород, а кроме того, насыщена бикарбонатом кальция. Вода, капая с потолка, теряет часть часть углекислоты, в результате чего реакция сдвигается влево и бикарбонат снова переходит в CaCo₃, который откладывается как на потолке, так и на днище.

ОБВАЛЫ

Обвалы – это быстрое перемещение горных пород вниз по склону или обрыву, с дроблением и потерей связи с массивом, от которого произошёл обвал. В горах на крутых склонах, где развиты трещины, увеличивающиеся в размерах и количестве за счёт процессов выветривания, вероятность обвалов очень велика.

ОПОЛЗНИ

Оползни возникают на берегах водоёмов и представляют собой медленное перемещение вниз части склона, без существенного нарушения его внутреннего строения. Возникают оползни и на склонах гор, и там, где есть подходящие условия: полого залегающий в сторону склона водоупор и насыщенный водой лежащий выше водоносный горизонт.

ГРЯЗЕВЫЕ ВУЛКАНЫ

Они образуют вулканический конус, высота которого может достичь 400 м и более. На вершине конуса расположен кратер. Продуктами извержения являются грязевулканические брекчии, состоящие из жидкой глины с обломками различных пород, а также вода и углеводородные газы. Газы горючие, поэтому при извержениях нередко возникает столб пламени высотой в десятки и сотни метров. Периоды между извержениями могут составлять от нескольких часов до сотен лет, в среднем два-три извержения в год. Длительность извержения обычно исчисляется минутами и часами, максимум в пределах суток.

Образование грязевых вулканов происходит, если в земной коре имеются подземные воды, мощные толщи глин и нефтяные газы. Они встречаются на Сахалине, в Грузии, Азербайджане, Туркмении, на Северном Кавказе.

Грязевые вулканы служат прямыми признаками мощных глубоких залежей нефти и газа.

Полезные ископаемые, связанные с деятельность подземных вод.

Полезным ископаемым огромной важности является сама вода, которая используется в лечебных целях.

Контрольные вопросы:

1.Какие основные виды подземных вод Вы знаете?

2.Назовите причины движения подземных вод в земной коре.

3. Чем обвалы отличаются от оползней?

4. Происхождение грязевых вулканов.

Лекция

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒