Строение подземной гидросферы, классификация подземных вод по условиям геологического залегания, по характеру вмещающей среды, гидравлическому состоянию.

Раздел 5. Гидрогеология

Гидрогеология – это наука о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, движении, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами.

Гидрогеология (более полное определение) – наука о происхождении, условиях залегания, закономерностях распространения и движения подземных вод в земной коре, их физических свойствах, химическом, бактериальном и газовом составе, а также о режиме и процессах взаимодействия с атмосферой, наземной гидросферой, биосферой и веществом мантии Земли. А также условия образования месторождений подземных вод, их роль в образовании различных месторождений полезных ископаемых.

Тема 5.1. Виды воды в горных породах; теории происхождения подземных вод; состав и свойства подземных вод, классификация подземных вод по химическому составу, степени минерализации, агрессивные свойства подземных вод по отношению к бетону и металлам [5, 13, 16, 24].

Виды воды в горных породах

1. Подземными водами называются воды, находящиеся в толщах горных пород в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Подземные воды затрудняют или препятствуют строительным работам, т.к. вызывают подтопление или затопление канав, котлованов и т.д. В горнодобывающей промышленности стоимость строительства и эксплуатации дренажных сооружений составляет около 30% стоимости добычи полезного ископаемого.

Как положительный фактор – подземные воды являются одним из основных источников водоснабжения (питьевой воды), используются в лечебных целях, для добычи брома, йода и других компонентов. Следовательно: необходимо изучать подземные воды, чтобы правильно их использовать в производственных целях, своевременно принимать решения по предотвращению негативного их влияния.

2. Круговорот воды в природе. Различают: большой круговорот (испарение с поверхности Мирового океана, конденсирование, выпадение осадков на сушу, возвращение вод в Мировой океан в виде поверхностных и подземных стоков), малый круговорот (испарение с поверхности Мирового океана, конденсирование, выпадение осадков в Мировой океан), внутренний круговорот (испарение с поверхности суши, конденсирование, выпадение осадков на сушу). Количественная характеристика круговорота – это уравнение водного баланса:

Qатм.осадки = Qподз.сток + Qпов.сток + Qиспарение

3. Виды воды в горных породах.
В горных породах вода содержится в различных видах: кристаллизационная вода в составе кристаллической решетки минералов, в твердом виде – в виде кристаллов и прожилок льда в многомерзлых породах и сезонном промерзании, в виде пара – в порах горных пород, прочносвязанная – в виде пленки на глинах и суглинках, рыхлосвязанная – толстая пленка в несколько слоев на частицах породы, капельножидкая (гравитационная) – свободно перемещающаяся в горных породах, капиллярная – в тончайших порах пород.

Теории происхождения подземных вод

Основным источником образования подземных вод является просачивание атмосферных осадков (инфильтрации), вод поверхностных отложений, осадков на дне водоемов (остаточные воды).

Таким образом, в зависимости от происхождения подземные воды подразделяются на инфильтрационные (Э.Мариотт, М.В.Ломоносов), конденсационные (А.Ф.Лебедев), остаточные (седиментационные - в процессе преобразования древних морских осадков) и ювенилъные (из газов магмы). Кроме того, подземные воды образуются за счет конденсации водяных паров, проникающих в породы из атмосферы (конденсационные воды) и поднимающихся из недр Земли (ювенилъные воды). Часть подземных вод образуется за счет захоронения озерных и морских вод в порах осадочных горных пород поверхности на линзах водонепроницаемых пород.

В местах залегания месторождений полезных ископаемых подземные воды образуются преимущественно путем инфильтрации. На это указывает увеличение притоков воды в горные выработки в весеннее время и после выпадения дождей, хотя с некоторым запаздыванием.

По отношению к воде, горные породы можно подразделить на водопроницаемые, способные пропускать воду (рыхлые, пористые, трещиноватые породы), и водонепроницаемые, или водоупорные, не пропускающие воды (массивные скальные породы, глины). Горные породы, содержащие подземные воды, называются водоносными. Водоносными могут являться только водопроницаемые породы. Водоносные породы всегда располагаются на водонепроницаемых породах, образующих водоупорное ложе, или водоупор подземных вод. Различают зону аэрации (воды выше зоны насыщения) и зону насыщения (поры и трещины в горных породах заполнены водой).

Классификация подземных вод по химическому составу, степени минерализации, агрессивные свойства подземных вод по отношению к бетону и металлам

К физическим свойствам подземных вод относятся:

* вкус (зависит от состава растворенных веществ: соленая – хлорид натрия, горький – магния, свободная углекислота – приятный освежающий, соли железа – терпкий, органические вещества – сладковатый и т.д.- определяется при нагревании воды до 20-30°),

* запах (от наличия газов биохимического происхождения: сероводород – запах тухлых яиц и т.д. - определяется при нагревании воды до 50-60°),

* цвет (химически чистая вода бесцветна, цвет придают механические и коллоидные примеси: органические – желтоватый, железо и сероводород – зеленовато-голубой),

* прозрачность (зависит от цвета и наличия мути, проверяется чтением шрифта через столб воды около 30см),

* температуру – холодные 0 – 20°, теплые или субтермальные – 20-37°, термальные – 37- 100°, перегретые более 100° (органолептические свойства воды, определяются при помощи органов чувств),

* плотность,

* вязкость,

* электропроводность, обусловлена содержанием в воде катионов и анионов.

Химический состав (около 80 элементов – хлор, сера, углерод, кремний, азот, кислород, водород и т.д.):

· по содержанию солей: пресные – до 1г/л, солоноватые – 1-10г/л, соленые – 10-50г/л, рассолы – более 50г/л;

· по жесткости (содержание ионов кальция и магния): мягкая – 3мг-экв, 8,4град; средней жесткости 3-6; жесткая 6-9; очень жесткая – более 9 (временная жесткость, постоянная жесткость);

· радиоактивность – присутствие радиоактивных элементов.

Для выражения химического состава подземных вод используют формулу Курлова.

Химический состав подземных вод определяется посредством активной реакции воды - pH (в полевых условиях колориметрическим способом лакмусовой бумагой: в кислой воде – фиолетовый цвет меняется на красный, в щелочной – на синий).

Подземные воды обычно имеют слабощелочную реакцию. Воды сульфидных и особенно колчеданных и каменноугольных месторождений обычно кислые и весьма кислые.

Бактериальный состав. Различают неопасные и опасные – возбудители холеры, дизентерии, брюшного тифа и т.д. Показателем бактериальной загрязненности является палочка коли, которая указывает на присутствие болезнетворных бактерий.

По назначению подземные воды подразделяются на: хозяйственно-питьевые, технические воды. Хозяйственно-питьевые (бесцветные, прозрачные, температура от 4 до 15°, без неприятного вкуса, запаха, не содержит болезнетворных бактерий и солей тяжелых металлов), технические воды (без запаха, бесцветная, прозрачная, мягкая).

Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии солей в воде на металлы, цементы и бетоны: общекислотная, сульфатная, магнезиальная, карбонатная (в песчаных породах), а также – в агрессивности выщелачивания. При откачке рудничных вод (подземные и поверхностные воды, поступающие в горные выработки) насосы быстро изнашиваются, поэтому необходимо принимать меры по увеличению срока службы насосного оборудования. Крепь горных выработок, состоящая из дерева, металла, бетона вступает в химические реакции с подземными водами и разрушается. Например, при сульфатной агрессии в бетоне образуется минерал гипс с увеличением объема на 30%. Возникающие напряжения приводят к разрушению объекта. Кроме этого гипс очень мягкий минерал.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие физические свойства подземных вод вы знаете?

2. Чем характеризуется активная реакция воды?

3. Как определяется минерализация подземных вод?

4. Как подразделить подземные воды по степени минерализации?

5. От чего зависит жесткость воды?

6. Как оценить качество воды?

7. Почему рудничные воды не пригодны для питья?

8. По химическому составу подземные воды поля шахты «Зиминка» к верхней гидродинамической зоне имеют минерализацию 0,7-0,8 г/л (скв.1379, скв.2267). В подземных водах агрессивная углекислота полностью отсутствует, жесткость достигает 2,2-2,3 мг-экв/л. Содержание азотистых соединений незначительное.

Содержание основных ионов следующее:

Са -82-91 мг/л Cl - 7.9-19.75мг/л

Мg-17-27 мг/л HCO_3- 3.88 -585мг/л

Na-39 мг/л CO₄- 8.23 -17.28 мг/л

С глубиной залегания происходит постепенное увеличение минерализации до 1,7 г/л (скв.2140). Определить характеристику подземных вод по химическому составу и ее изменение с глубиной.

9. Жесткость воды ООО «Шахта № 12» находится в пределах 6,2-9,3 мг/экв, при величине устранимой жесткости 6,2-8,8 мг/экв. Определить степень жесткости по классификации.

10. По концентрации водородных ионов воды ООО «Шахта № 12» могут быть отнесены к …, РН вод изменяется от 7,0 до 8,6.

Тема 5.2. Строение подземной гидросферы, классификация подземных вод по условиям геологического залегания, по характеру вмещающей среды, гидравлическому состоянию; краткая характеристика основных типов вод [5, 13, 16, 24].

Строение подземной гидросферы, классификация подземных вод по условиям геологического залегания, по характеру вмещающей среды, гидравлическому состоянию.

По условиям залегания подземные воды подразделяются на: почвенные (а), верховодки (б), грунтовые (в), межпластовые (г, д), трещинные и карстовые (рис. 5).

Почвенные воды залегают в поверхностном слое, заполняя поры, в которых они удерживаются молекулярными силами.

Верховодки залегают вблизи постоянных водоемов и водотоков.
Грунтовые воды залегают на первом от поверхности водоупоре.

Межпластовые воды залегают в водоносных породах, которую перекрываются и подстилаются водонепроницаемыми породами.

Межпластовые воды, находящиеся под напором (погидравлическому состоянию), называются напорными, или артезианскими (д).

Трещинные воды залегают в трещинах горных пород. Они могут быть как напорными, так и безнапорными.

Карстовые воды залегают в карстовых пустотах, т. е. пустотах, образовавшихся за счет выщелачивания из горных пород растворимых составных частей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: