Понятия о водоносных пластах, горизонтах и комплексах

Роль подземных (внутриземных) вод в геологических процессах и образовании полезных ископаемых прошла красной нитью через все содержание 2-й части учебника. Подземные воды, являющиеся основным объектом изучения в гидрогеологии, до глубины 5 км (нижней границы недропользования) составляют немногим более 4% от общего объема гидросферы. Значительная часть из них находится в связанном состоянии.

Внутриземные воды находятся в грех переходных между собой фазовых состояниях: твердом, жидком и газообразном. Их связь с горными породами происходит через пустотность (пористость и трещиноватость). При этом они могут присутствовать в свободно связанном и переходном состояниях. Особое положение занимает криолитозона, которая характеризуется сложными условиями залегания вод, связанными с глобальной и сезонной температурной изменчивостью.

Водоносность горных пород и слагаемых ими геологических структур связана с гравитационной водой, способной к циркуляции.

По условиям залегания и гидрогеодинамическому режиму выделяют подземные воды зон аэрации (почвенные, капиллярные и верховодку) и насыщения (грунтовые и артезианские).

Воды зоны аэрации (рис. 8.1) формируются по всей площади их распространения, в основном, за счет атмосферных осадков и техногенных вод. Глубина залегания этих вод составляет от п ? 10 см до п ? 10 м. Испытывая давление немногим больше атмосферного, они относятся к безнапорным водам. Практическое значение в недропользовании имеет верховодка. Ее формирование связано с наличием линз водоупорных пород.

Воды зоны аэрации на глубину сменяются грунтовыми водами, которые заполняют поровые и трещинные пустоты соответственно в несвязанных обломочных и твердых породах, залегающих на первом от поверхности выдержанном водоносном слое. Проникновение техногенных вод в грунтовые может вызвать повышение уровня последних.

Артезианские воды (рис. 8.2) залегают в водоносных пластах, ограниченных водоупорными слоями, и при вскрытии скважинами или артезианскими колодцами поднимаются.

Рис. 8.1. Схема зоны аэрации (по Ф. С. Зайцеву):

• 1 — почвенно-растительный слой; 2 — подвешенные воды;
• 3 — верховодка; 4 — капиллярная кайма; 5 — уровень грунтовых вод; 6 — направление движения грунтовых вод;
• 7 — заболоченность; 8 — водоупорные породы; I— зона аэрации; II — зона насыщения

Рис. 8.2. Типовые схемы залегания водоносных горизонтов (по П. П. Климентову, Г. Я. Богданову):

• 1 — водоносные горизонты (а — грунтовые воды, б — межпластовые ненапорные, в — артезианские);
• 2 — водоупорные породы; 3 — уровень нснапорных вод;
• 4 — пьезометрический уровень напорных вод; 5 — направление движения подземных вод; 6 — родник грунтовых вод выше кровли этих пластов. Такие воды при избыточном гидростатичном давлении самоизливаются на поверхность или фонтанируют.

Понятия водоносный слой, водоносный пласт, водоносный горизонт и водоносный комплекс, гидрогеологический этаж и гидрогеологический бассейн характеризуют водоемкостные свойства соотносящихся с ними структурностратиграфическими и формационными подразделениями стратифицированных толщ пород (см. табл. 2.5—2.7).

В нестратифицированных массивах магматических и метаморфических пород с повышенной трещиноватостью (табл. 2.2, 2.3, 2.8) выделяют водоносные блоки и зоны.

Слои могут быть водоносными, водоупорными, относительно водоупорными (или слабоупорными) и разделяющими. Поверхность подземных вод называется их зеркалом. Зеркало подземных вод изображается в виде гидроизогипс.

Водоносный слой насыщен свободной гравитационной водой; имеет обычно минимально значимые параметры — относительно выдержанную небольшую мощность и локальную площадь распространения. При значительных параметрах водоносного слоя или когда несколько слоев — с близкими фильтрационными свойствами и единой пьезометрической поверхностью, формируется водоносный пласт.

Пласт, насыщенный подвижной водой и ограниченный подстилающим водоупорным слоем (пластом) или подстилающим и перекрывающим, называется водоносным горизонтом. Слой, подстилающий пласт, называется подошвой, а перекрывающий — почвой водного горизонта. Подвижность воды обусловлена гидравлической связью и перепадом давления. В стратиграфическом отношении водоносный пласт соответствует пачке слоев.

При вскрытии водоносного горизонта скважинами или горными выработками установившиеся уровни гидростатического давления, равного атмосферному, фиксируют пьезометрическую поверхность, которая на гидрогеологической карте изображается в виде гидроизогипс.

Парагенетическая ассоциация в литолого-сгратиграфическом разрезе водоносных горизонтов, разделенных водоупорными слоями, формирует водоносный комплекс. Литологически он соответствует формационному ритму, а стратиграфически — ярусу.

Гидрогеологический этаж, являясь ассоциацией водоносных комплексов, стратиграфически может охватить полный седиментационный цикл в пределах стратиграфического отдела или даже системы.

С бассейном ссдимснтогенеза пространственно связан гидрогеологический бассейн или бассейн подземных вод, на большой площади которого широко распространены водоносные горизонты и комплексы с близкими по генезису и составу водам. Бассейны, заполненные напорными водами, называют артезианскими [31].