Какие подземные воды могут быть напорными

Подземные воды

Воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии определяются как Подземные воды.

Классификация подземных вод

По условиям залегания подземные воды подразделяются на:

Почвенные воды

Эти воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), перемещающимися под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Грунтовые воды

Образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

Межпластовые воды

Это — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых, уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. Напорные межпластовые воды полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

В зависимости от характера пустот водовмещающих пород подземные воды делятся на:

• поровые воды — в песках, галечниках и др. обломочных породах;
• трещинные (жильные) воды — в скальных породах (гранитах, песчаниках);
• карстовые (трещинно-карстовые) воды — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

Артезианские воды

От Artesium, латинского названия французской провинции Артуа, где эти воды использовались с XII века. Это напорные подземные воды, заключенные в водоносных пластах горных пород между водоупорными слоями, и именуемые, Артезианские воды.

Обычно встречаются в пределах определенных геологических структур (впадин, мульд, флексур и др.), образуя артезианские бассейны. При вскрытии буровой скважиной, артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта, иногда фонтанируют.

Обычно залегают на глубине от 100 до 1000 метров.

Происхождение подземных вод

Подземные воды имеют разное происхождение: одни из них образовались в результате проникновения талых и дождевых вод до первого водоупорного горизонта (то есть до глубины 1,5-2,0 м, которые образуют грунтовые воды, т.е. так называемая верховодка); другие занимают более глубокие полости в земле.

Запасы подземных вод

Подземные воды — часть водных ресурсов Земли.

Общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн куб.км.

Подземные воды рассматриваются как полезное ископаемое. В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы подземных вод возобновимы в процессе эксплуатации.

Разведка подземных вод

Для определения наличия подземных вод проводится разведка:

• бурятся опорные скважины с отбором керна,
• изучается керн и определяется относительный геологический возраст пород, их мощность (толщина),
• проводятся опытные откачки, определяются характеристики водоносного горизонта, оформляется инженерно-геологический отчет;
• по нескольким опорным скважинам составляются карты, разрезы, проводится предварительная оценка запасов полезных ископаемых (в данном случае, воды).

Грунтовые воды

Как же понять с каким типом столкнулись Вы и чем Вам это грозит?

Воду, находящуюся на двух-трехметровой глубине над водоупорным слоем называют верховодкой. Там, где заканчивается водоупорный слой, верховодка стекает в нижние пласты водопроницаемых пород. А в засушливую и зимнюю погоду верховодка, как правило, вообще исчезает.

А безнапорными грунтовыми водами называют те воды, которые находятся выше первого водонепроницаемого слоя. Они образовываются из-за атмосферных осадков. Уровень воды сохраняется на глубине появления, т.к. отсутствует напор.

Соответственно, противоположными им являются артезианские напорные воды, которые располагаются между двумя водоупорными пластами. При строительстве котлована, такие воды поднимаются выше.

Самые опасные для строительства и нежелательными являются безнапорные грунтовые воды, потому что находятся в грунте всегда, в то время, когда верховодка может быть явлением временным. Что касается напорных вод, то их часто используют для водоснабжения дома.

Поэтому перед строительством дома очень важно провести инженерно-геологическую проверку, которая определяет наличие подземных вод , их химический состав и характер, а также водоприток можно ждать. Просчитывается возможное количество воды и скорость наполнения траншеи и котлована. Чтобы проверить наличие подобных вод в слое породы, проводится бурение разведочных скважин.

Если пренебречь подобной проверкой, то в итоге можно ждать, что:

Подземные воды изменят свойства грунта;

• Нулевой этап строительства растянется из-за траты времени на устранение проблем с грунтовыми водами;
• Грунт станет рыхлым и потеряет несущую способность, а отсюда проседание грунта и фундамента — возникновение трещин – разрушение.

Таким образом, мы приходим к выводу, что проверка наличия грунтовых вод обязательна перед строительством дома.

Понятие, виды и происхождение подземных вод

Каково значение подземных вод для человека? Для нормальной жизнедеятельности человеку нужно выпивать около двух литров воды в сутки, но питье — не единственное направление траты. В среднем на одного жителя современного города расходуется до 1000 литров каждые 24 часа. Еще одним супер-потребителем подземных вод считается промышленная сфера. Жидкости, в этом случае, используются, например, для производства бумаги (расходуется 450–1000 м3 воды на одну тонну), для производства стали (150‒200 м3), меди (500 м3).

Еще более значимыми подземные воды становятся в связи с проблемами загрязнения поверхностных вод, которые в случае отсутствия интенсивного внешнего загрязнения могут полностью или частично выполнять функции подземных в части снабжения населения и промышленности. В том числе по этой причине растет доля подземных источников для обеспечения работы систем центрального водоснабжения. Доля российских городов, использующих подземные, превышает 60%.

Химических состав подземных вод

Растворы, формирующиеся под поверхностью земли — сложные многокомпонентные системы, которые включают в себя комплекс соединений, имеющих неорганическую и органическую природу, а также газы и вещества компонентов живых организмов.

В таблице представлены основные компоненты, входящие в их состав.

Компоненты	Характеристика	Примеры
Компоненты неорганической природы (макро и микрокомпоненты)	Этот вид веществ, входящих в состав подземных вод (ПВ) разделяют на макро- и микрокомпоненты, в зависимости от их концентрации. К первым (макро-) относятся вещества с концентрацией более 1 мг/л, при концентрации веществ менее 1 мг/л — к микро-. На основе макрокомпонентов ПВ классифицируют по химическому составу и потребительским свойствам. Геолого-гидрогеологические условия районов залегания ПВ определяют наличие и концентрацию тех или иных неорганических веществ, в том числе минеральный состав водовмещающих пород.	Mg2+, Cl−, Ca2+, Na+, K+, SO42− и HCO3−
Компоненты органической природы	Органические вещества ПВ представлены почти всеми классами органических соединений. Как правило, концентрация веществ выше на поверхности и становится меньше с глубиной.	Высокомолекулярные, нафтеновые кислоты, аминокислоты, углеводородные соединения.
Компоненты живых организмов	В подземных водах присутствуют различные микроорганизмы, в том числе бактерии, вирусы, микроскопические водоросли и простейшие.	Денитрифицирующие, сапрофитные, гнилостные бактерии.
Газы	Газы находятся с подземными водами в постоянном взаимодействии. В составе различают атмосферные (попадают из атмосферы), биохимические (образуются при разложении веществ микроорганизмами), химические газы (результат взаимодействия с породой) и газы ядерных реакций (результат радиоактивных распадов).	Атмосферные: N2, O2, CO2, Ne, Ar; Биохимические: CH4, CO2, H2S, H2; Химические: CO2, H2S, СО, N2, HCl; Продукты распада: Rn

Гидродинамические, климатические, геологические, геоморфологические и другие условия управляют формированием и изменением химического состава подземных вод.

В качестве основных механизмов формирования состава можно выделить:

Рисунок 1 — Факторы формирования химического состава ПВ

Источники подземных воды

Подземные воды относятся к полезным ископаемым. Их запасы, в отличие от других видов природных ресурсов, могут в значительной степени возобновляться со временем.

Месторождениями подземных вод называют области водоносных горизонтов или их комплексы, в пределах границ которых есть условия для забора подземных вод определённого качества и состава, соответствующего установленным требованиям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного применения.

В зависимости от источников происхождения выделяют следующие виды:

• Инфильтрационные — образуются в процессе инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков, выпадающих на поверхность Земли в глубину, где происходит накопление подземных вод. Атмосферные осадки — один из главных источников пополнения подземных вод;
• Конденсационные — проникновение водяного пара в области низких температур (толща почвы или горных пород) с последующим переходом в жидкое состояние и накоплением воды в породах — причина образования подземных вод данного типа;
• Седиментогенные — представляют собой воды морского генезиса, образовавшиеся в процессе накопления морских осадков;
• «Ювенильные» (магматические) — образуются в областях вулканической деятельности молодых гор, обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты.

Виды подземных вод

В зависимости от классификационных признаков выделяют разные виды подземных вод. Рассмотрим наиболее распространенные подходы к классификации.

По условиям залегания и характеру водовмещающих пород

В классификации подземных вод по условиям залегания выделяют три типа вод:

1. Зоны аэрации;
2. Грунтовые воды;
3. Межпластовые (артезианские) воды.

Рисунок 2 — Схема залегания подземных вод

В состав первой зоны залегания подземных вод входят почвенные, капиллярные воды и верховодка.

В состав второй зоны входят грунтовые воды.

Формирование первых двух зон происходит под влиянием физико-географических факторов, при этом воды этих зон свободно взаимодействуют с атмосферой

Чем различаются грунтовые и межпластовые воды, которые входят в третью зону? Межпластовые воды находятся в водоносных горизонтах перекрытых и подстилаемых водоупорными пластами и в свою очередь делаться на напорные (артезианские) и безнапорные.

Рисунок 3 — Классификация ПВ по степени залегания

По гидравлическим условиям

Бассейны подразделяются на напорные и безнапорные воды:

• Напорные — воды, оказывающие гидростатическое давление (артезианские воды);
• Безнапорные — воды, имеющие свободную поверхность, давление на которое равно атмосферному (грунтовые воды).

По характеру использования

По данному признаку подземные воды подразделяются на:

• хозяйственно-питьевые — в которых не содержится вредных для человека микроорганизмов и веществ, а также обладающие определенными потребительскими свойствами (например, благоприятными вкусовыми качествами, прозрачностью и отсутствием окраски);
• технические — растворы, используемые в промышленности или сельском хозяйстве. Требования к данному виду зависят от специфики конкретного производства. Одна из основных качественных характеристик — жесткость воды;
• промышленные — воды содержащие полезные элементы в объеме, пригодном для промышленного получения. Например, йод и бром извлекают из подземных вод;
• минеральные (лечебные и лечебно-столовые) — это воды, содержащие газы, неорганические минеральные вещества, микрофлору и оказывающие лечебное воздействие на организм человека при умеренном потреблении. Они образуются в результате геохимических процессов выщелачивания, растворения солей и ионного обмена в системе вода‒порода.
• термальные — имеют температуру более 20оС. В определенных условиях температура может достигать 1000-1200оС. Области применения термальных вод зависят от их температуры. В частности, они могут использоваться для выработки электроэнергии и теплоснабжения.

По температуре

Классификация подземных вод по температуре представлена на рисунке:

Рисунок 4 — Классификация ПВ по температуре

По степени минерализации

Минерализация (солесодержание) воды характеризуются содержанием растворенных в ней веществ. На уровень минерализации влияют условия залегания подземных вод, которые определяют качество воды в источнике (из-за различной растворимости минералов) и деятельность человека (городские стоки и стоки промышленности смешиваются с природными подземными водами).

Рисунок 5 — Классификация ПВ по степени минерализации

По реакции среды (рН).

По водородному показателю рН воды разделяются на:

• сильнокислые рН =3,5
• кислые 3,5–5,5
• слабокислые 5,5–6,8
• нейтральные 7,2–8,5
• щелочные рН ≥8,5

Каждая из приведенных классификаций в той или иной степени используется при проектировании подземных водоисточников и систем водоснабжения.

Причины загрязнения подземных вод

В условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду подземные воды также подвергаются загрязнению и истощению. В связи с этим защита подземных вод, а также решение проблем охраны и рационального использования воды занимают особое место.

Загрязнение подземных вод происходит в процессе инфильтрации вредных веществ с поверхности. В то же время существует несколько типов источников загрязнения:

• промышленные объекты, использующие вещества, обладающие способностью мигрировать с подземными водами, например, нитраты;
• места хранения промышленной продукции и отходов;
• места накопления бытовых отходов;
• искусственно орошаемые сельскохозяйственные поля.

Особенно опасны места хранения пестицидов, в том числе запрещенных к употреблению, а также предприятия, связанные с добычей и переработкой нефти.

Источниками химического загрязнения бывают сточные воды и твердые отходы предприятий, содержащие различные неорганические и органические вещества. В процессе фильтрации сточных вод в подземных водах вблизи территории предприятия могут появляться тяжелые металлы, ароматические, токсичные и другие вредные вещества.

В сельскохозяйственных районах загрязнение подземных пресных вод может произойти из-за чрезмерного использования пестицидов и удобрений, применения устаревших способов возделывания почвы, нарушение правил направления распашки склонов, выбор неподходящих сельскохозяйственных культур.

Химические загрязнители попадают в напорные водоносные горизонты из подземных вод через ствол водозаборной или разведочной скважины, в случае некачественной изоляции такой скважины от соседних водоносных горизонтов. Химическое загрязнение водоносных горизонтов может распространяться на огромные расстояния.

Серьезную угрозу здоровью населения представляет действие подземных вод, биологически загрязненных микроорганизмами, возникающими в местах длительной фильтрации загрязненной бытовой воды, выгребных ямах, животноводческих дворах и др.

Не меньшую угрозу качеству подземных вод представляет тепловое загрязнение, связанное со сбросом отработанных тепловых технологических сточных вод. Изменение температуры подземных вод ускоряет процессы диссоциации труднорастворимых минералов, содержащих тяжелые металлы и токсичные элементы. Также температура снижает растворимость газов, что в свою очередь смещает положение равновесия химических реакций в подземных растворах.

Поэтому при использовании подземных вод для нужд населения, нужно учитывать, что вода может быть сильно загрязнена и только анализ воды из скважины, анализ воды из колодца, анализ родниковой воды и микробиологический и паразитологический анализ питьевой воды в лаборатории может определить степень и тип ее загрязненности и помочь сделать правильный выбор очистительной системы.

Используемая литература

1. Ищук А.В., Садиров А.Н. Характеристика подземных вод // В сборнике: Научное сообщество студентов. сборник материалов VII Международной студенческой научно-практической конференции. 2016. С. 15-18.
2. Корнев А.Н., Морозова Л.А. Проблемы загрязнения подземных вод Российской Федерацией // В сборнике: Естественные науки: актуальные вопросы и социальные вызовы. Материалы III Международной научно-практической конференции. Составители: Н.С. Шуваев, Е.А. Колчин. 2020. С. 197-199.
3. Сидорова Л.П., Низамова А.Ф. Подземные воды – важнейший регулятор пресной воды: Учебный электронный текстовый ресурс. – Екатеринбург. — 2016

Классификация подземных вод по происхождению и по условиям залегания в земной коре

Подземные воды встречаются в природе в столь разно­образных условиях и обладают столь различными свой­ствами, что уже давно назрела потребность в их классифи­кации. Однако единой рациональной классификации до сих пор не выработано. Разработка подобной классификации затруднена тем, что подземные воды представляют слож­ный объект, динамичный по своей природе, меняющийся количественно и качественно во времени и пространстве. Кроме того, гидрогеологическая терминология на настоящее время еще недостаточно разработана и приведена в систему. Нередко одному какому-нибудь термину придается различ­ное значение. Так, например, под жильными водами одни исследователи понимают воды, находящиеся и передвигаю­щиеся в трещинах горных пород, независимо от проис­хождения этих трещин; в других случаях под жильными водами подразумевают только подземные воды в тектони­ческих трещинах. Точно так же иногда различным терми­нам придается одно и то же смысловое значение, например, под минерализацией и концентрацией воды подразумевают количество солей, растворенных в единице ее объема.

Ниже для примера приводится несколько классифика­ций подземных вод, в основу которых положены различные принципиальные установки.

Академик В. И. Вернадский предложил клас­сификацию подземных вод, исходя из их химизма. Он ука­зал, что в природе нет химически чистой воды; всегда вода в той или иной степени минерализована солями и газами. Природную воду следует рассматривать как сложный мине­рал, отличающийся большой подвижностью. В. И. Вернад­ский полагал, что все природные воды, где бы они ни находились, теснейшим образом связаны между собой и представляют единое целое.

По принадлежности подземных вод к той или другой земной сфере В. И. Вернадский различал:

1. воды атмосфе­ры;
2. воды биосферы;
3. воды стратосферы (осадочной толщи земной коры);
4. воды пояса метаморфизма горных пород;
5. воды магмосферы.

Природная вода чрезвычайно легко переходит под влиянием термодинамических условий земной коры из одного физического состояния в другое (вода парообразная, жидкая, твердая). Невозможно пред­ставить себе воду, которая не содержала бы какие-либо растворенные газы, а так как состав земной коры и ее тер­мальные или термодинамические условия меняются на про­тяжении от основания коры до земной поверхности, то и химический характер природных вод должен законо­мерным образом меняться в вертикальном разрезе земной коры. Кроме того, существует теснейшая связь природных вод со всеми организмами. Принимая во внимание различ­ные комбинации изученных минеральных растворов вод, В. И. Вернадский полагал, что уже в настоящее время можно наметить более 485 отдельных минералов природной воды, которые можно охарактеризовать так же точно, как кварц или какие-либо другие твердые минералы. Несомнен­но, что по мере дальнейшего изучения число разновидностей природной воды значительно увеличится. Все эти разно­видности вод, как уже изученные, так и возможные, можно сгруппировать в системы. В. И. Вернадский наметил 9 систем. Среди них наблюдаются такие, как растворы газов в воде, растворы химических соединений, коллоидные растворы, механические мути, бактериальные мути, воды, переполненные более крупными живыми организмами и т. д. При дальнейшем изучении, конечно, наметится и дробление указанных выше систем.

Одним из руководящих классификационных признаков является наличие в воде газовых компонентов. По ним В. И. Вернадским намечены первые основные группы вод (воды кислородные, сероводородные, углекислые и т. д.). В условиях земной коры подземные воды встречаются либо в состоянии напорном, либо в состоянии безнапорном (под последними В. И. Вернадский подразумевал грунтовые воды). С точки зрения чисто минералогической подземные воды можно разбить, по В. И. Вернадскому, на следую­щие группы: пресные с содержанием растворенных веществ до 1 г/л, солоноватые от 1 до 10 г/л, соленые с содержанием солей от 10 до 50 г/л и рассолы с содержанием солей от 50 до 400 г/л. Учитывая наряду с приведенными выше характерными особенностями природных подземных вод также факторы физико-географические и геологические, получим довольно цельную и простую общую гидрохими­ческую классификацию природных подземных вод. В каж­дой группе на основании газового состава мы получим классы. В каждом газовом классе при учете минерального состава мы будем иметь виды и разновидности природной подземной воды и т. д.

Геолог Б. Л. Личков в некоторой степени примы­кает к воззрениям Вернадского, но исходным моментом для своих суждений берет строение земной коры и приуро­чивает природные подземные воды к определенным гео­сферам или геозонам, т. е. к оболочкам или поясам земной коры. Таких оболочек он различает три: у самой поверхно­сти земли оболочка выветривания, далее оболочка мета­морфическая, распадающаяся на два отдела: верхний — зона цементации и нижний — отдел глубинного метамор­физма и, наконец, третья оболочка — магматическая. Обо­лочке выветривания свойственны вадозные воды, которые подразделяются на почвенные и подпочвенные (и те и другие напора не имеют), и артезианские (воды, находящиеся под гидростатическим напором); последние подразделяются на пластовые воды и подземные водотоки. Оболочке мета­морфической свойственны фреатические воды, а оболочке магматической — ювенильные-, эти воды имеют напор, обу­словленный глубинным давлением. Вадозные воды, по мне­нию Б. Л. Личкова, пресные, а фреатические и ювениль­ные — минеральные. О н придает особо важное значение выделению подзем­ных вод, располагающихся в земной коре, выше или ниже основного базиса эрозии данной местности, и суммирует свойства подземных вод выше и ниже базиса эрозии следую­щим сопоставлением:

Воды выше базиса эрозии (верховодка и грунтовые воды):

1. Легкое взаимодействие с поверхностью земли.
2. Аэрация.
3. Значительная скорость движения вод.
4. Отсутствие напора, как правило.
5. Тесная связь залегания вод с рельефом.
6. Тесная зависимость вод от термических условий поверхности земли и их колебаний.

Воды ниже базиса эрозии (нижняя часть грунтовых и напорные):

1. Затрудненность взаимодействия вод с земной поверхностью.
2. Отсутствие аэрации.
3. Неподвижность вод или малые их скорости, особенно в зам­кнутых бассейнах.
4. Наличие напора.
5. Связь залегания вод с тектоникой и связь с рельефом через тектонику.
6. Независимость вод от температуры поверхности земли и ее колебаний.

Следует заметить, что базис эрозии в качестве раздели­тельной черты берется не как точный уровень, а как при­вязанная к этому уровню более сложная сфера (поверх­ность) влияния. Что касается вопроса о применении гео­термических признаков, то здесь мы встречаем довольно много затруднений. В самом деле, классификация, которую выдвинул Б. Л. Личков, учитывает, что воды должны рас­сматриваться как один из компонентов оболочки земной коры, находящейся в определенных температурных усло­виях и условиях давления. Поэтому подземные воды явля­ются частью термодинамической оболочки земли, и вне этого термодинамического поля земной коры представлять подземную воду себе нельзя.

Разделение подземных вод соответственно геотермиче­ским зонам на воды вадозные, фреатические и ювенильные (причем фреатические воды приурочиваются к поясу мета­морфизма) сомнительно. Правда, Б. Л. Личков оговаривает­ся, что он использует именно этот термин потому, что лучшего пока он придумать не мог. Тем не менее нельзя признать возможным использование этого термина в том смысле, какой ему придает Б. Л. Личков. Термин «фреатический» введен в гидрогеологию довольно давно и имеет широкое распространение. Фреатическими, или колодезны­ми, водами называются те подземные воды, которые залега­ют близ земной поверхности и используются колодцами. Противопоставлять вадозные воды фреатическим нельзя, потому что фреатические представляют собой часть вадоз- ных вод. Геохимики называют фреатическими те минералы, которые в процессе гидратации образуются в поясе выветри­вания. Называть воды фреатическими только потому, что они выделяются из фреатических минералов в зоне ана­морфизма, как будто нет оснований.

Б. Л. Личков называет вадозные воды пояса выветрива­ния пресными в отличие от «минеральных» вод метаморфи­ческого и магматического поясов. Среди вадозных вод грунтовых (хотя бы воды аридных зон) и артезианских (хотя бы наши пермские воды) очень много вод «минераль­ных» с концентрацией солей свыше 200 г/л.

Все воды пояса выветривания характеризуются как холодные. Между тем несомненно, что целый ряд терм и гейзеров следует связать по их происхождению именно с этим поясом: вода вадозпа, а тепло — ювенильно.

Геолог В. С. Ильин предлагает разделить водо­носные горизонты подземных вод на грунтовые, находящие­ся в зоне поверхностного дренажа оврагами и реками, и артезианские, залегающие ниже уровня дренажа. Грун­товые воды разделяются им на зональные и азональные. Под именем зональных грунтовых вод подразумеваются такие воды, которые связываются с зональными климати­ческими и физико-географическими факторами. Азональны­ми водами называются такие грунтовые воды, которые с климатическими зонами не так тесно увязаны, например, болота тундр и болота Прикаспийской полупустыни — волжские плавни. Артезианские воды распадаются на бас­сейны, выделяемые на основании литологических и геоструктурных признаков.

В отношении разделения водоносных горизонтов особня­ком стоит классификация американских исследователей, которые выделяют две основные толщи или зоны земной коры: зону аэрации и зону насыщения. Под зоной аэрации подразумевается поверхностная толща земной коры, в кото­рой подземные воды бывают спорадически и в которой происходят энергично процессы окисления благодаря наличию в пустотах породы воздуха. Под зоной насыщения подразумевается та часть земной коры, которая лежит ниже зеркала грунтовых вод. В верхних частях земной коры (по-видимому, в зоне поверхностного дренажа, как его понимает В. С. Ильин) возможно многократное чередо­вание зон аэрации и зон насыщения водой. Таким образом, по мнению этих авторов, приходится иметь дело только с двумя группами вод: с водами, которые представляют собой сумму вод грунтовых и межпластовых, что, конечно, нерационально.

Во французской гидрогеологической литературе рас­пространено разделение подземных вод на две группы: а) подземные воды со свободной скатерыо ( avec nappe libre) и на подземные воды с прижатой скатерью ( avec nappe presse); под первыми водами подразумеваются во­ды грунтовые, а под вторыми — воды напорные, арте­зианские.

Из этого краткого хотя и неполного изложения отдель­ных построений можно видеть, насколько различны те основные классификационные моменты, которые прини­маются как исходные отдельными авторами и которые касаются характеристик то самой воды, то условий ее зале­ганий в земной коре и ее динамики.

Невозможно увязать в одну систему такие различные по принципиальным установкам классификации, как клас­сификации В. С. Ильина, В. И. Вернадского и Б. Л. Личкова. В данной работе автор подходит к подземным водам с геодинамической точки зрения и кладет в основу своих классификационных представлений тот главный признак, благодаря которому учение о жидкой фазе подземных вод выделяется в особую науку, а именно — динамичность подземных вод, проявляющуюся по-разному в различных условиях залегания их в земной коре.

Можно наметить три основные группы подземных вод:

1. воды почвенные;
2. воды грунтовые;
3. воды межпластовые.

Классификационная схема подземных вадозных вод О. К. Ланге

По гид­равличе­ским при­знакам

По усло­виям за­легания

Обла­сти пи­тания и распространения

Жильные— флюационные — кар­стовые Фильтра­ционные

Колебания сезонные, реже годо­вые

Фильтра­ционные Жильные- флюационные-кар­стовые

Бассей­ны спо­радиче­ские и струк­турные

Холодные, реже теп­лые, коле­бания го­довые

Почвенные воды залегают у дневной поверхности земли. Обычно они представляют явление сезонное, и область их распространения вполне совпадает с областью их пита­ния. Питаются они за счет атмосферных осадков и атмосфер­ной влаги, которая может в почве сгущаться; ниже грунт остается воздушно-сухим. Под влиянием солнечного нагре­вания и транспирации растений вода, напитавшая поверх­ностный слой грунта, испаряется, и через некоторое время поверхность земли будет совершенно сухой (воздушно­сухой). Таким образом, в данном примере вода напитывает поверхность земли только на очень небольшую глубину. Такая вода с гидродинамической точки зрения носит назва­ние воды подвешенной. Она может передвигаться вглубь только в том случае, если выпадут осадки и нарушат равно­весие подвешенных почвенных вод.

Грунтовыми называют такие воды, которые покоятся на первом от поверхности водоупорном слое. Эти воды могут представлять неподвижный подземный водоем, если их водоупорное ложе залегает чашеобразно (в виде котло­вины); поверхность или зеркало грунтовых вод в таком случае лежит горизонтально. От поверхности грунтовых вод вверх поднимается по капиллярам вода, так что если рыть колодец, то прежде чем встретить поверхность грун­товых вод, приходится прокопать толщу, увлажненную благодаря капиллярному подъему влаги вверх от зеркала грунтовых вод. Таким образом, над зеркалом воды наблю­дается капиллярная оторочка или кайма (ворс), которая вниз постепенно переходит в грунтовые воды. Если зеркало грунтовых» вод обладает уклоном, то в сторону уклона стекает и грунтовая вода. Движение грунтовых вод подчи­нено силе тяжести и направлено оно из мест повышен­ных в места пониженные; это потоки нисходящие. Область питания грунтовых вод в некоторых случаях совпадает с областью их распространения. Однако потоки грунтовой воды могут питаться и где-нибудь в стороне от места наблю­дения. Так, например, грунтовая вода, текущая подземным путем из предгорья в равнину, обычно питается главным образом в области предгорья, где и осадков больше и где поверхность земли сложена из более проницаемых для воды пород.

Подземные воды могут перекрываться с поверхности водоупорными пластами или водоупорной кровлей, которая изолирует их от выпадающих в этом месте осадков. Воды здесь имеют только боковое питание. Подземные воды в этом случае переходят в воды межпластовые , так как водонос­ная толща зажата между двумя пластами водоупорных пород, из которых один пласт — водоупорное ложе, а дру­гой — водоупорная кровля. Вниз по падению водоносная толща может быть где-нибудь вскрыта на берегу моря, в речной долине или в овраге, и тогда поток межпластовой, нисходящей воды выступает в виде родников или источников (естественный дренаж), иногда ниже уровня воды в реке, озере или море. Если рыть колодец до меж- пластовой воды, то сперва надо прокопать безводную водо­упорную толщу и затем уже добыть воду из нижележаще­го водопроницаемого водоносного слоя.

В некоторых случаях межпластовые потоки не имеют выхода и тогда вода накапливается в водоносном слое, как в мешке, заполняя все пространство между водоупор­ной кровлей и водоупорным ложем. При достаточном при­токе подземный поток может не только заполнить все межпластовое пространство, но и выступить на поверхность земли в область питания, откуда этот подземный поток берет свое начало; зажатая между двумя водоупорными пластами вода находится под гидростатическим давлением. Если прорезать водоупорную кровлю колодцем, то вода заполнит колодец, а в некоторых случаях даже может выбиваться фонтаном на поверхность земли. Такая меж- пластовая вода, находящаяся под напором и поднимающая­ся в колодце выше того места, на котором она была встрече­на при рытье колодца, носит название воды восходящей, или напорной , или артезианской. Артезианская вода пред­ставляет как бы частный случай воды межпластовой и отличается тем, что она является водой, восходящей в колодце.

Таким образом, с гидродинамической точки зрения подземные воды можно разделить на три группы: воды подвешенные, воды нисходящие и воды восходящие. Под­вешенные воды характерны для почвенных, нисходящие — для грунтовых и отчасти для межпластовых водоносных горизонтов со свободным стоком, а восходящие — для межпластовых водоносных горизонтов, где вода не имеет выхода из водоносного пласта, где ее поверхность не свобод­на, а придавлена водоупорной кровлей.

По способу продвижения в породу следует различать воды фильтрационные, медленно просачивающиеся через зернистые горные породы, следуя закономерностям Дарси, и воды жильные, или флюационные, передвигающиеся в тре­щинах и крупных пустотах горных пород, подобно поверх­ностным потокам, следуя закономерностям Шези. Таким образом, по способу образования подземные воды распада­ются, имея в виду воду-растворитель, а не соли в растворе на следующие группы.

1. Инфильтрационные, под которыми подразумевают воды, просочившиеся (как в искусственых фильтрах) сквозь зернистые породы.
2. Инфлюационные, втекающие в недра земли по более пли менее крупным трещинам и пустотам, не отфильтровы­вая на своем пути несомых или взвешенных частиц.
3. Конденсационные, образующиеся из парообразной влаги воздуха, заключающегося в подземных порах, трещи­нах и других пустотах.
4. Ювенильные, к которым относятся подземные воды, связанные с поднимающимися из недр земли (из магмати­ческой и метаморфической зон) парами, а может быть и с диссоциированными газами. Если речь идет о выделении из магмы диссоциированных газов водорода и кислорода, которые в дальнейшем соединяются в воду, мы говорим об ювенильных синтетических водах, если речь идет о парах воды, выделяемых магмой, мы говорим о конден­сационных ювенильных водах, и, наконец, если речь идет о водах, выделяющихся именно в зоне анаморфизма из минеральных масс, содержащих кристаллизационную или конституционную воду, мы говорим о водах дегидратационных ювенильных.

Выделяют еще группу сингенетичных (коннэтных ) под­земных вод, под которыми подразумевают воды, сохранив­шиеся в горных породах еще со времени образования этих пород в древние периоды. Сингенетичные воды могут быть либо морского происхождения, если они представляют остаточные, но претерпевшие диагенез воды того бассейна, в котором отлагались соответствующие осадки, составляю­щие теперь элемент суши, или же они могут быть континен­тального происхождения, если они сохранились в породе, образовавшейся на материке. Таким образом, сингенетичные воды в отличие от других вод имеют одновременное про­исхождение с содержащими их слоями. Однако возмож­ность существования сингенетичных вод противоречит представлениям о высокой динамичности воды в породе.

Остальные воды представляют образования более позд­него времени (даже современные или близкие к современ­ным) и только мигрируют в породах различного возраста. Так, например, современные осадки в Центральных черно­земных областях могут впитываться в породу и девонского периода, и каменноугольного, и юрского и т. д. Некото­рые русские авторы переводят термин «сингенетичные», т. е. «одновременно рожденные», как «ископаемые воды». Это неправильно. «Ископаемыми водами» М. Добре назы­вал еще в 80-х годах XIX в. жильные образования (часто гидротермального происхождения), представляющие химические осадки воды минувших эпох. Так, например, кварцевая жила, прорезающая известняк, представляет ископаемые остатки некогда продвигавшегося в трещине этого известняка потока, насыщенного кремнекислотой и выделившего эту кремнекислоту в трещину. Точно так же «рудные месторождения», образовавшиеся в результате вы­деления минеральных масс из водных растворов, представляют по существу «скелет» протекавшей здесь воды и либо испарившейся, либо продвинувшейся далее, по уже с изме­ненной минерализацией.

«Ископаемой водой» будет и вода, заключенная в древ­ней породе, но сформировавшаяся в более позднюю эпоху. Например, вода неогенового времени в породе юрской, девонской и т. д. Применяемый некоторыми авторами термин «погребенная вода» взамен термина «сингенетичная вода» лишен смысла, так как всякая вода, находящаяся под землей, является «погребенной» независимо от того, как и когда она образовалась (например, вода в современном аллювии рек).