Классификация подземных вод по условиям залегания в земной коре

По содержанию влаги и свободных гравитационных вод в земной коре различают зоны аэрации и полного насыщения. Под зоной аэрации подразумевается поверхностная толща земной коры, в 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 первого от поверхности постоянного водоносного горизонта; зоны аэрации включают почвенные воды и верховодку; воды полного насыщения — грунтовые и межпластовые воды.

Почвенные воды залегают у самой поверхности и напитывают почву на очень небольшую глубину. Под влиянием солнечной радиации и транспирации растении почвенные воды испаряются, и поверхность земли становится совершенно сухой. В случае выпадения атмосферных осадков почвенные воды передвигаются вглубь, но водоупора не достигают. Поэтому их называют подвешенными.

Верховодка — безнапорный горизонт подземных вод, залегающий наиболее близко к земной поверхности над местным водоупором, и не имеющий сплошного распространения Она образуется в результате просачивания дождевых и талых вод Уровень верховодки подвержен колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий Эта вода легко загрязняется, исчезает в засушливое время года или промерзает зимой, поэтому использовать ее в бытовых целях нельзя.

Грунтовые воды — воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, не перекрытом водонепроницаемой породой. Эти воды могут представлять неподвижный подземный водоем если их водоупорное ложе залегает чашеобразно, поверхность или зеркало грунтовых вод в таком случае лежит горизонтально.

Если зеркало грунтовых вод обладает уклоном, то в сторону уклона под действием силы тяжести стекает и грунтовая вода, это потоки нисходящие. Скорость перемещения грунтовых вод в крупнозернистых песках 1,5—2,0 м/сут, в мелкозернистых песках и супесях 0,5—1,0 в суглинках и лессах 0,1—0,3 м/сут Так как грунтовые воды ненапорные, область их питания совпадает с областью распространения и питание происходит за счет: а) инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод; б) фильтрации из рек, озер, водохранилищ и каналов; в) конденсации водяных паров и внутригрунтового испарения; г) подтока (подпитывания) из более глубоких водоносных горизонтов.

Колебании уровня фунтовых вод иногда имеют весьма выражений характер и достигают в течение года нескольких метров В условиях континентальною климата умеренных широт наивысший уровень приходится на весну, в морском климате — на зиму. На положение уровня грунтовых вод оказывают влияние колебания температуры почвы, атмосферного давления, рельеф местности, заселенность, заболоченность, искусственные причины. В приморских властях грунтовые воды подвержены воздействию морских приливов.

Температура грунтовых вод может подвергаться значительным колебаниям, причем они тем сильнее, чем ближе зеркало грунтовых вод к поверхности земли. Если зеркало грунтовых вод лежит неглубоко, то грунтовые воды испытывают суточные колебания температуры и в условиях холодных зим могут замерзать. При более глубоком залегании грунтовых вод суточные колебания постепенно затухают, но сезонные колебания все же могут иметь место.

Минерализация и химический состав грунтовых вод формируются и изменяются в результате взаимодействия физико-географических, геологических, физико-химических, физических, биологических и антропогенных факторов. Роль последних все возрастает мере развития техники и хозяйственного освоения территорий. Для грунтовых вод характерны зональные различия состава и концентрации растворенных веществ в пространстве и значительные колебания во времени. Так как географической зональности подчиняются и другие элементы режима грунтовых вод (температура, уровень), можно сделать вывод о зональности грунтовых вод.

Зональными называют грунтовые воды, особенности залегания, состав питания и режим которых зависят от климата и сочетания геоморфологических, почвенно-ботанических и литологических факторов Выделяют семь основных зон грунтовых вод:

1) тундровая зона ультрапресных вод — зеркало находится близко от дневной поверхности или сливается с ней;

2) лесная зона пресных высокостоящих вод — грунтовые воды залегают на глубине 1,5—4 м;

3) степная зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод— грунтовые воды залегают на глубине до 20 м и имеют гидрокарбонато-кальциевую минерализацию от 0,5 до

1,0 г/л, а на междуречьях — хлоридную и хлоридно-сульфатную минерализацию от 8 г/л;

4) зона солевых глубокозалегающих грунтовых вод и транзитных потоков пресных вод полупустынной и пустынной зон — основная масса грунтовой воды засушливых зон — представлена миграционными потоками, поступающими из районов с иными природными условиями;

5) зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод тропических степей и саванн — грунтовые воды залегают на глубине от 15 до 50 м;

6) зона высокостоящих и пресных грунтовых вод экваториальных лесов — при избыточном атмосферном увлажнении и обилии поверхностных водоемов в зоне гилей грунтовые воды стоят высоко;

7) зона подземных вод областей многолетней мерзлоты Северной Азии и Северной Америки — определяющую роль играют специфические тепловые условия за последнее геологическое время, а не величина увлажнения территории.

Межпластовые воды отличаются от грунтовых тем, что межпластовый водоносный грунт перекрыт с поверхности водоупорной кровлей. Поэтому питание их атмосферными водами происходит только там, где верхний водоупорный пласт отсутствует. Межпластовые воды подразделяются на два типа: ненапорные (нисходящие) и напорные (восходящие).

Ненапорные межпластовые воды насыщают водоносный пласт частично и стекают по уклону так же, как и грунтовые.

Напорные межпластовые воды залегают в тектонических структурах, вогнутых (мульдообразных) или наклонных пластах. Их обычно называют артезианскими по имени французской провинции Артуа, где в 1126 г. впервые в Европе неожиданно при бурении скважин были вскрыты фонтанирующие воды, которые получили название артезианских. Геологические структуры, отличающиеся изгибом чередующихся слоев внизу (синеклизы, синклинали) и поэтому содержащие напорные воды, называются артезианскими бассейнами. Именно в них сосредоточена основная масса подземных вод материков. Каждый артезианский бассейн находится в определенных геологических структурах и имеет объем, исчисляемый тысячами кубических метров. В СССР известно около 90 артезианских бассейнов. В числе их и самый крупный на Земле Западно-Сибирский бассейн площадью 3 млн км2. Мощные артезианские бассейны обнаружены на всех материках и во всех природных зонах. В каждом бассейне выделяются области питания, напора и разгрузки. В области питания водоносный горизонт имеет свободную поверхность и питается грунтовыми водами. В области напора вода при наличии скважины может подняться выше уровня водоносного горизонта или фонтанировать. В области разгрузки вода выходит на поверхность, переходит в грунтовые воды или непосредственно питает реки. Некоторые участки артезианских бассейнов находятся ниже уровня моря.

Например, к востоку от побережья Флориды в Атлантическом океане известен участок с пресной водой, окруженной соленой. Капитаны судов пополняют запасы пресной воды прямо в море. Область распространения пресной воды в море имеет около 30 м в диаметре и отличается от окружающей соленой воды своим цветом и низкой температурой.

Артезианские воды, залегая глубоко в земной коре, испытывают воздействие внутреннего тепла Земли, поэтому они нередко имеют высокую температуру. Воду, имеющую температуру 37— 42° С, называют термальной, свыше 42° С — горячей (гипертермальной).

Химический состав артезианских вод весьма разнообразен. Верхние пласты в пределах глубин от 100 до 600 м имеют пресную или слабоминерализованную гидрокарбонатную воду; на них сказывается опресняющее влияние атмосферных, поверхностных и грунтовых вод. Ниже залегают минерализованные воды, химический состав которых формируется в результате смешения верхних пресных нижних высокоминерализованных вод. По преимуществу они сульфатные и щелочные.

Глубокие минерализованные воды, или рассолы, накопились в процессе осадкообразования в эпохи морских трансгрессий разных геологических периодов. Они

образуют зону высокоминерализованных вод, чаще хлоридного типа.

Особую разновидность артезианских вод представляют минеральные воды, обладающие лечебными свойствами: углекислые, водородные, радоновые, бромистые, железистые и др. Так как артезианские воды залегают на больших глубинах и изолированы от загрязнения с поверхности, качество их хорошее.