Общая геология - Якушова А.Ф.
ISBN 5—211—00131—1
Скачать (прямая ссылка):
Подземные воды, их происхождение, динамика, качественные и количественные изменения во времени и геологическая деятельность являются предметом изучения науки гидрогеологии.
1. ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
Впервые на основании детальных экспериментальных исследований А. Ф. Лебедевым (1936) была предложена классификация видов воды в рыхлых горных породах. Позднее идеи А. Ф. Лебедева развивались многими исследователями (Роде, 1952; Ломтадзе, 1970; Сергеев, 1973), и в настоящее время выделяют семь видов воды.
1. Вода в форме пара (парообразная) содержится в воздухе, занимающем свободные от жидкой воды поры и трещины в горных породах. Она находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами воды в атмосфере и обладает большой подвижностью. Последнее связано с неодинаковой упругостью паров в различных слоях пород и в атмосфере.
2. Физически прочносвязанная вода (гигроскопическая, по А. Ф. Лебедеву) образуется путем адсорбции (лат. «адсорбцио» — поглощение) молекул парообразной воды на поверхности минеральных частиц горных пород. Прочносвязанная вода больше все-то свойственна тонкодисперсным породам — суглинкам и глинам. Она облекает частицы породы одномолекулярной тонкой пленкой, которая прочно удерживается молекулярными и электростатическими силами.
3. Физически рыхлосвязанная вода (пленочная, по А. Ф. Лебедеву) располагается на поверхности частиц породы поверх проч-шзсвязанной. Она образует более толстую пленку из нескольких слоев молекул и удерживается молекулярными силами. Чем толще пленка, тем меньше молекулярные связи в ее краевой части.
Поэтому внешние слои рыхлосвязанной воды уже доступны для питания растений. Если толщина пленок у соседних частиц различная, то происходит медленное перемещение воды от частиц с большей толщиной пленки к частицам с менее тонкой пленкой до их выравнивания (рис. 8.1).
4. Капиллярная вода заполняет частично или полностью капиллярные (лат. «капиллярис»— волосная) трубки, узкие поры и трещинки горных пород и почв и удерживается в них силами поверхностного натяжения (капиллярных менисков). Влажность отложений, у которых все капилляры заполнены водой, называют капиллярной влагоем-костью. Различают два основных вида капиллярных вод. А. Капиллярно-подвешенная вода, не связанная с уровнем подземных
Рис. 8.1. Схема различных форм связи молекул воды с частицами породы: 1 — частицы породы; 2 — молекулы воды в виде пара; а — прочносвязанная вода при неполном насыщении; б — то же при полном насыщении; в и г — рыхлосвязанная (пленочная) вода движется от частицы г к частице в, окруженной более тонкой пленкой (пунктиром обозначена выровненная толщина пленок); д — гравитационная вода, образующая каплю, стекающую вниз под влиянием силы тяжести
вод. Она обычно образуется в верхней части почв и пес-чано-суглинистых грунтов зоны аэрации за счет инфильтрации атмосферных осадков. Подвешенная вода способна к восходящему передвижению в жидкой форме при испарении. Б. Капиллярно-подтянутая вода располагается непосредственно над Уровнем грунтовых вод, от которого она поднимается снизу вверх, образуя капиллярную кайму. Высота капиллярного поднятия зависит от состава горных пород и колеблется от первых сантиметров в крупнозернистых отложениях до 2—3 м и более в суглинках. Капиллярно-подтянутая вода гидравлически связана с грунтовыми водами. Поэтому при сезонном и многолетнем колебаниях уровня грунтовых вод изменяется и верхняя поверхность капиллярной каймы.
5. Гравитационная вода (капельно-жидкая) способна свобод-
но перемещаться по порам, трещинам и другим пустотам в горных породах под влиянием силы тяжести или гидродинамического напора. Она может быть подразделена на воду, заполняющую полностью все поры, трещины и другие пустоты в водопроницаемых горных породах и образующую горизонты подземных вод, и воду, просачивающуюся сверху вниз в зоне аэрации (греч. «аэр» — воздух), т. е. в зоне, расположенной выше подземных вод.
6. Вода в твердом состоянии в виде кристалликов, прослоек и линз льда может образоваться при сезонном промерзании водо-насыщенных горных пород, но особенно развита в областях распространения многолетнемерзлых горных пород (в Сибири, на Аляске и в других местах, см. гл. 10).
7. Кристаллизационная (химически связанная) вода входит в состав ряда минералов и принимает участие в их кристаллической решетке. В качестве примера можно привести гипс CaS04-•2H2O (содержит 20,9% воды по массе), мирабилит Na2SO^lOH2O (55,9%). Удаление этой воды возможно при нагревании до 1000C и выше.
Водопроницаемость горных пород. В формировании подземных вод, а также скорости их движения большое значение имеют степень и характер водопроницаемости пород. По степени водопроницаемости все горные породы подразделяются на три группы: 1) водопроницаемые — пески, гравий, галечники, трещиноватые песчаники, конгломераты и другие скальные породы, трещиноватые и закарстованные известняки, доломиты; 2) слабопроница-емые — супеси, легкие суглинки, лёсс, неразложившийся торф и др.; 3) относительно водонепроницаемые, или водоупорные, — глины, тяжелые суглинки, разложившийся торф, нетрещиноватые массивные кристаллические и сцементированные осадочные породы.
