Классификация подземных вод

Основным признаком классификации является принадлежность разных видов подземных вод к конкретным зонам: зоне аэрации и зоне насыщения. В зоне аэрации можно выделить почвенные воды и верховодку, в зоне насыщения выделяют воды грунтовые, межпластовые безнапорные и напорные или артезианские.

Почвенные воды распространены в почвенном слое близ поверхности Земли.

Верховодка образуется в зоне аэрации, когда инфильтрующаяся вода встречает на своем пути линзы водонепроницаемых пород. Это могут быть линзы глин и суглинков среди песчаных отложений. Подземные воды верховодки образуются на сравнительно небольшой глубине и имеют ограниченное по площади распространение. Мощность пород, насыщенных верховодкой, бывает до 1-5 м.

Грунтовые воды. Под грунтовыми водами понимают свободные (гравитационные) воды первого от поверхности Земли стабильного водоносного горизонта в рыхлых отложениях или верхней трещиноватой части коренных пород, залегающего на первом от поверхности, выдержанном по площади водоупорном слое. Область их питания совпадает с областью распространения водопроницаемых пород. Верхняя граница зоны насыщения называется уровнем или зеркалом грунтовых вод.

Порода, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом, мощность которого определяется расстоянием по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, местами за счетинфильтрации вод рек и других поверхностных водоемов.

По гидравлическим свойствам грунтовые воды безнапорные со свободной поверхностью (рис. 5.6). Уровень воды в скважинах и колодцах, вскрывающих грунтовые воды, устанавливается на высоте, соответствующей верхней границе их свободной поверхности. Выше уровня грунтовых вод располагается капиллярная кайма.

Рис. 5.6. Схема залегания и движения грунтовых вод в междуречном массиве

Движение грунтовых вод подчиняется силе тяжести и осуществляется в виде потоков по сообщающимся порам или трещинам. Зеркало грунтовых вод до известной степени повторяет рельеф поверхности, и грунтовые потоки движутся от повышенных участков (начиная от водораздела грунтовых вод) к пониженным участкам (оврагам, рекам, озерам, морям), где происходит их разгрузка в виде источников (родников) или скрытым рассредоточенным способом (например, под водами русел рек, дном озер и морей). Такие области называются областями разгрузки или дренирования (дренаж — сток).

Межпластовые воды. Эти воды находятся между двух водопроницаемых горизонтов и в большинстве случаев это напорные воды. Характеристика и закономерности движения этих вод будут рассмотрены в последующих разделах.

Гидрохимия вод. Химически чистые воды Н₂О в природе не встречаются. В состав вод входят раствор солей, газов, органические вещества, дисперсные взвешенные частицы. Водород и кислород, составляющие молекулы воды, могут быть представлены изотопами: О¹⁴ ¸ О¹⁸, Н (протий), Д (дейтерий), Т (тритий). Часть изотопов радиоактивна: О¹⁴, О¹⁵, О¹⁹ и Т.

Минеральные вещества в воде представлены анионами и катионами Сl^-, SО₄^2-, НСО₃^-, СО₃^-, Na⁺, Cа²⁺, Mg⁺ и другими. Содержание солей в граммах на литр воды (г/л) называется минерализацией. В природных водах всегда присутствуют растворенные в них соли. Минерализация вод меняется в широких пределах: до 1 г/л – пресные воды, солоноватые – 1-10 г/л, соленые – 10-50 г/л, рассолы – более 50 г/л. Максимальная минерализация может достигать 500-600 г/л.

По химическому составу растворенных солей воды подразделяются по присутствию анионов на гидрокарбонатные (НСО₃^-), сульфатные (SО₄^2-), хлоридные (Сl^-), сложного состава. Наиболее распространенным типом вод нефтяных месторождений является гидрокарбонатно-натриевый и хлоридно-кальциевый. В природных водах нефтяных месторождений также содержится некоторое количество органических веществ и газов.

Органические вещества представлены органическими кислотами, эфирами, смолами, фенолами, спиртами, углеводородами и др. Газы представлены в воде азотом, углекислым газом, метаном, кислородом, сероводородом, водородом, аргоном, гелием и др.

Запись состава вод производят формулой Курлова – дробью, в числителе указывают содержание анионов, в знаменателе – катионов; слева – минерализацию, содержание газов, радиоактивность, справа – температуру, дебит:

М_1,0 СО²_1,2, Rа (НСО³₅₇ SО⁴₃₁ Сl₁₂ / Са₅₉ Мg₂₇ Nа₁₄) Т70°, Д1000 л/ч

Жесткость воды определяются суммарным содержанием ионов кальция и магния. Различают общую жесткость, которая состоит из устранимой (той, которая выпадает в осадок), и постоянной.

Показатель реакции воды – это преобладание ионов Н⁺ или ОН^-. Одинаковая концентрация ионов равна 10^–7. Увеличение числа ионов Н⁺ в воде придает ей кислотные свойства, уменьшение Н⁺ и соответственно увеличение ОН¯ - щелочные свойства. Реакцию воды определяют по водородному показателю рН, равному десятичному логарифму молярной концентрации водородных ионов, взятому с обратным знаком:

рН = -lg [Н ⁺ ], рН больше 7 – кислотная, рН меньше 7 – щелочная.

Воды нефтяных месторождений могут содержать многие химические элементы: барий, стронций, ртуть, свинец, сера и другие. Минерализация вод нефтепродуктивных горизонтов может находиться в очень широких пределах (от пресных до рассолов - 550 г/л).