1. Составитель: Н.В. Осинцева
Источники:
Всеволжский В.А. Основы гидрогеологии. М.: Изд-во МГУ,
2007.- 448 с.
Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. М.: Недра, 1996. – 423 с.
Леонова А.В. Основы гидрогеологии и инженерной
геологии. Томск: Изд-во ТПУ, 2011.- 147 с.
Подземные воды – элемент
гидросферы Земли
конспект лекций
2. Гидрогеология
Наука, которая изучает подземные воды
планеты: закономерности их
распространения в земной коре, условия
залегания и движения, свойства и состав,
взаимодействие с горными породами, а
также условия и возможность
хозяйственного использования.
3. Теоретические разделы
гидрогеологии
O Региональная гидрогеология – изучает закономерности
распространения подземных вод в земной коре.
O Гидрогеодинамика – исследование законов движения
подземных вод
O Гидрогеохимия – исследует формирование химического
состава подземных вод и миграцию химических
элементов в подземной гидросфере
O Гидрогеотермия – исследование термических свойств
и процессов теплопереноса подземными водами
O Палеогидрогеология – происхождение и история
развития подземной гидросферы
4. Прикладные разделы
гидрогеологии
O Оценка ресурсов подземных вод – поиски месторождений
подземных вод и их оценка
O Гидрогеология месторождений полезных ископаемых –
гидрогеологические методы поиска месторождений полезных
ископаемых
O Мелиоративнная гидрогеология – гидрогеологические
исследования при проектировании мелиоративных систем
O Инженерная гидрогеология – гидрогеологические изыскания
при проектировании и строительстве инженерных сооружений
O Экологическая гидрогеология – охрана подземных вод
O Мониторинг подземных водных объектов – систематические
многолетние наблюдения за состоянием и изменением
подземных вод
5. Объект исследования
гидрогеологии
Подземные воды -
часть гидросферы
планеты, включающая
воды, расположенные
в пределах земной
коры.
Синонимы:
Подземная гидросфера
(по Ф.П. Саваренскому)
Гидрогеосфера
(по Н.И. Плотникову)
Саваренский Федор Петрович
1881-1946
академик АН СССР,
выдающийся специалист в области
гидрогеологии, инженерной геологии
6. Элементы
гидросферы
Объем, тыс.
км3
Доля
запасов, %
Мировой
океан
1 476 000 94,32
Подземные
воды
60 000 3,83
Ледники и
мерзлота
30 000 1,92
Озера,
водохранили
ща и болота
290 0,02
Почвенная
влага
16 0,001
Воды рек 2 0,0001
Влага
атмосферы
14 0,0008
Объем гидросферы Земли
(Р. К. Клиге и др., 1988)
7. Формирование гидросферы
Основная масса воды (до 90%) сформировалась в
архейскую эру. Согласно другой теории, формирование
первичных (ювенильных) вод происходило равномерно на
протяжении геологической истории Земли со средней
скоростью 0,5 км3/год.
Способы формирования первичных вод:
O Дегазация мантии, взаимодействие летучих газов (H2,
O2) с образованием молекулы Н2О.
O Поступление воды с астероидными телами
(метеоритами).
O Синтез атомов Н и О в верхних слоях атмосферы и их
последующее взаимодействие.
8. Виды воды в горных породах
Вода в свободном
состоянии
Водяной пар
Гравитационная
вода
Вода в
надкритическом
состоянии
Вода в связанном
состоянии
Химически связанная с
кристаллической
структурой минералов
Физико-химически
связанная с поверхностью
минеральных частиц
В переходном состоянии
от связанной к свободной
Иммобилизованная
(вакуольная)
В твердом состоянии
9. Различия в свойствах
свободной и связанной воды
Температура замерзания связанной воды ниже, чем
свободной (-1 до -100°С).
Связанная вода характеризуется существенно
отличными значениями вязкости, теплоемкости,
электропроводности и др.
Связанная вода имеет значительно более низкую
растворяющую способность.
Связанная вода не передает гидростатического
давления и не передвигается под действием силы
тяжести.
10. Строение подземной гидросферы
Принципиальный гидрогеологический разрез земной коры
(В.А. Всеволжский, 2007)
I – зона аэрации
II – криолитозона
III – зона полного насыщения
IV – подземные воды
в надкритическом состоянии
11. Зона аэрации
O Зона аэрации – верхняя не полностью
насыщенная водой (ненасыщенная) часть разреза
горных пород.
O Мощность зоны аэрации изменяется от первых см
на равнинах до 200–250 м и более в горных
районах.
O Верхняя граница зоны аэрации – земная
поверхность, нижняя граница – уровень
подземных вод первого водоносного горизонта.
O Отсутствует под руслами рек и внутренних
водоемов, а также в пределах акватории
Мирового океана.
12. Криолитозона
O Криолитозона это подземная гидросфера в области
распространения многолетнемерзлых пород. Она
охватывает зону аэрации (полностью или частично) и
верхнюю часть зоны полного насыщения.
O Мощность криолитозоны изменяется от первых метров
до 1000–1500 м.
O Основная масса подземных вод в пределах
критолитозоны находится в твердом состоянии (лед,
газовые гидраты), а также в виде физически связанной
воды, промерзание которой происходит при
отрицательных температурах.
O Свободная гравитационная вода в криолитозоне
имеется в областях распространения талых горных
пород, а также в связи с повышенной минерализацией.
13. Зона полного насыщения
O Зона полного насыщения – это зона, в пределах
которой свободное пространство в горных
породах (поры, трещины, пустоты) полностью
заполнено свободной гравитационной водой и
физически связанной водой.
O Охватывает часть разреза земной коры от
уровня первого водоносного горизонта (нижняя
граница зоны аэрации) до глубин 8–20 км, на
которых температура и давление водных
растворов достигают критических значений.
14. Зона подземных вод в
надкритическом состоянии
O Располагается ниже зоны полного насыщения до
границы с верхней мантией. Мощность этой зоны в
пределах континентов достигает 20–30 км.
O Вода в пределах этой зоны имеет температуру и
давление выше критических. Для чистой воды
критическая температура составляет 374 С,
критическое давление 2,2х104 кПа.
O Вода в надкритическом состоянии представляет собой
газово-жидкий раствор (флюид), обладает
пониженной вязкостью, уменьшенным рН,
повышенной электропроводностью, становится
активным растворителем.
15. Движение подземных вод
Подземные воды участвуют в круговоротах вещества и энергии:
геологический круговорот, круговорот воды, биогеохимические циклы
Схема круговорота воды
17. Движение подземных вод
Подземные воды участвуют в литосферном
(геологическом) круговороте.
O Захоронение и связывание воды в процессе формирования
осадков в водной среде (водоемы на суше, моря, океан)
O Отжатие поровых растворов.
O Высвобождение связанных вод при метаморфизации осадочных
горных пород и связанное с этим формирование свободных вод.
O Поглощение океанических вод в пределах рифтовых зон океана,
их трансформация и перемещение в составе горных пород
O Дегидратация пород при их погружении в районах глубоководных
желобов.
Участие подземных вод в геологическом круговороте
19. Движение воды
В зоне аэрации – движение парообразной,
просачивающейся и физически связанной воды.
Переходы из одного фазового состояния в другое.
В зоне полного насыщения
O до глубины 300-500 м – система местных потоков,
определяемая рельефом, взаимодействием с
поверхностными водами и атмосферой.
O до глубины 3000-5000 м – система региональных
потоков, определяемая крупными формами рельефа
(морфоструктурами).
O глубже 3000-5000 м – субвертикальные потоки,
связанные с зонами повышенной трещиноватости и
проницаемости, поступлением мантийных флюидов.
20. O Формирование гидрогеологического и
геологического круговоротов
происходит не изолированно, а в
условиях их тесного и постоянного
взаимодействия.
O Гидрогеологический круговорот – часть
глобального круговорота воды на
планете.
O Подземные воды – часть гидросферы,
тесно взаимодействующая с другими ее
элементами
