View
290
Download
9
Category
Preview:
Citation preview
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
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.
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
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
Объект исследованиягидрогеологии
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 Петрович1881-1946
академик АН СССР,выдающийся специалист в области
гидрогеологии, инженерной геологии
Подземные воды
– часть гидросферы
Земли
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, водохранилища и болота
290 0,02
Почвенная влага
16 0,001
Воды рек
2 0,0001
Влага атмосферы
14 0,0008
Гидросфера – оболочка
Земли, объединяющая
воды Мирового океана,
подземные воды и
поверхностные воды суши
Объем гидросферы Земли(Р. К. Клиге и др., 1988)
Объем воды,
содержащийся в
гидросфере,
составляет около
1500 млн. км3.
Из них на подземные
воды приходится
около 4%
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.
Виды воды в горных породахВода 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
Различия в свойствах свободной и связанной водыТемпература 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.
Строение подземной гидросферы
Принципиальный гидрогеологический разрез земной коры
(В.А. Всеволжский, 2007)
I – зона аэрацииII – криолитозонаIII – зона полного насыщенияIV – подземные водыв надкритическом состоянии
Зона аэрацииO 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.
КриолитозонаO 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.
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.
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.
Движение подземных водПодземные воды участвуют в круговоротах вещества и энергии:
геологический круговорот, круговорот воды, биогеохимические циклы
Схема круговорота воды
Движение подземных вод
http://survinat.ru/2010/10/chto-takoe-biologicheskij-krugovorot
Подземные воды участвуют в биогеохимических циклах (биологическом круговороте вещества)
Движение подземных водПодземные 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
Гидрогеологический круговорот
Является частью общего круговорота воды
Объединяет движение парообразной, свободной и связанной воды, переходы воды из одного фазового состояния в другое.
Связывает процессы, происходящие в атмосфере, гидросфере, земной коре и мантии
Взаимосвязь гидрологического и геологического круговоротов воды в земных
недрах(по Е.В. Пиннекеру, 1980)
Движение водыВ зоне аэрации – движение парообразной,
просачивающейся и физически связанной воды. Переходы из одного фазового состояния в другое.
В зоне полного насыщенияO 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.
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
Recommended