title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Общие классификации подземных вод

Общие классификации подземных вод

Общие классификации систематизируют подземные воды по геологическим условиям залегания, происхождению, типам скоплении.
Начало разработки классификации по геологическим условиям залегания связано с именем С.Н. Никитина, который дал наиболее полные определения основных типов подземных вод — грунтовых, залегающих на первом от поверхности водопроницаемом слое, и артезианских, пьезометрический уровень которых устанавливается выше кровли водоносного горизонта, в котором эти воды находятся. В дальнейшем схемы классификации по геологическим условиям залегания подземных вод дополнялись и развивались различными авторами: А. Штопером, О.Э. Мейнцером, Б.Л. Личковым, О.К. Ланге, Ф.П. Саваренскнм, Г.Н. Каменским, А.М. Овчинниковым, Н.И. Толстнхиным, А. Шёллером, С. Дэвисом и Р. де Уистом, П.П. Климентовым и Г.Я. Богдановым, Е.В. Пиннекером, И.К. Гавич. Каждый из них давал свою интерпретацию геологических условий залегания подземных вод, иногда вкладывая разный смысл в понятие «подземные воды».
Так, например, О.Э. Мейнцер выделяет три основных класса вод: в пустотах горных пород (подвешенная, грунтовая и подземный лед), в минералах и глубинные (в том числе магматическая). В этой классификации, как часто бывает в зарубежной литературе, термин «грунтовые воды» (ground water) используется шире, чем у нас, в смысле «подземные воды» вообще.
Большинство классификаций систематизирует только капельножидкие воды. Наиболее широко используемой длительное время была классификация Ф.П. Саваренского. В ней выделялось пять классов подземных вод: 1) почвенные, болотные, верховодка; 2) грунтовые; 3) карстовые; 4) артезианские; 5) жильные (трещинные). Указанные классы подземных вод широко используются и в современной литературе, но в этой классификации не соблюден единый принцип классифицирования. Так, карстовые воды могут быть и грунтовыми, и артезианскими, жильные воды могут быть карстовыми.
Последующие общие классификации уточняли, дополняли и развивали схемы С.Н. Никитина и Ф.П. Саваренского.
Так, А. М. Овчинников сократил количество основных классов вод до трех — верховодка, грунтовые, артезианские, но выделил особые подтипы вод, характерные для районов многолетней мерзлоты и молодого вулканизма. Н.И. Толстихин включил в свою схему не только воды литосферы, но и подкоровых глубин, а также внутрикоровых магматических очагов. Он выделил четыре зоны — аэрации, насыщения, горячего пара и пластичности. В первых двух зонах рассматриваются классы подземных вод, развитые вне области распространения мерзлой зоны и в ее пределах. В отличие от схемы А.М. Овчинникова эти классы даются для различных типов структур — артезианских бассейнов и складчатых областей, а также для глубинных зон.
Дальнейшее развитие подобных классификаций нашло в схеме Е.В. Пиннекера. В ней учитывается необходимость систематизации подземных вод не только суши, но также дна морей и океанов. Если для подземных вод суши взяты за основу подразделения из схем А.М. Овчинникова и Н.И. Толстихина (классы, подклассы для артезианских структур и складчатых областей, особые типы вод в условиях многолетней мерзлоты и современного вулканизма), то для дна морей и океанов типизация подземных вод была проведена впервые. В ней выделяются классы вод, связанные и не связанные с континентом, подклассы вод шельфов и осадков морей, осадков глубоководных впадин, за-карстованных пород шельфа и разломов, желобов и срединноокеанических рифтов. Совершенствование схем шло также по пути учета структурно-тектонических условий залегания подземных вод, охвата не только литосферных, но и подлитосферных зон.
Теперь перейдем к рассмотрению генетических классификаций подземных вод, которые также могут считаться общими. Заметим перед этим, что их созданию предшествовал очень длительный период создания отдельных научных гипотез и теорий происхождения подземных вод. Как уже говорилось ранее, первые такие гипотезы были высказаны философами в VI—I в. до нашей эры. Платон (427—347 гг. до н. э.) развивал идею о том, что все подземные воды происходят из океана. Аристотель (384—322 гг, до н. э.) высказал предположение о важной роли процессов конденсации пара воздуха в питании подземных вод. Марк Витрувий Поллио (I в. до и. э.) считал, что подземные воды происходят из дождевых и снеговых вод, т. е. имеют инфильтрационное происхождение. В дальнейшем представления о генезисе подземных вод продолжали развиваться, и в начале XX в. появились первые классификации подземных вод по их происхождению. Э. Зюсс выделил вадозные (экзогенные) и ювенильные (эндогенные) воды. Р.А. Дели разделил воды на такие группы: 1) магматические: первичные — ювенильные и возобновленные — выжатые; 2) эпигенные: инфильтрационные и погребенные; 3) смешанные.
А.А. Козырев и А.М. Жирмунский обосновывали выделение таких групп вод: 1) вадозных, 2) ювенильных, 3) ископаемых и 4) смешанных.
Г.Н. Каменский наметил три генетических цикла формирования подземных вод:
1) инфильтрационный, или континентальный цикл, связанный с инфильтрацией атмосферных вод, с комплексом геохимических процессов, происходящих в верхней зоне земной коры;
2) морской, или осадочный генетический цикл, связанный с проникновением морских вод в процессе осадкообразования и в дальнейшем с процессами диагенеза осадков и преобразованием состава заключенных в них вод;
3) метаморфический и магматический циклы, к которым относятся процессы формирования глубинных вод, связанные с термальным, динамическим и региональным метаморфизмом и с магматическими процессами. К третьему циклу относится формирование глубинных гидротерм, заключающих в себе ювенильные воды.
Ведущими процессами в первом цикле являются инфильтрация и инфлюация атмосферных и поверхностных вод в глубь Земли через пористые, трещиноватые и закарстованные породы, а также конденсация водяных паров. В результате процессов первого генетического цикла могут образоваться: 1) грунтовые воды выщелачивания, формирующиеся в результате просачивания вод в условиях влажного климата; 2) грунтовые воды континентального засоления, формирующиеся в засушливых степных и пустынных районах под влиянием процессов интенсивного испарения и засоления; 3) артезианские воды выщелачивания или воды глубокой циркуляции.
В 1956 г. Н.И. Толстихиным была предложена генетическая классификация, в которой рассматриваются четыре типа вод: 1) парообразная фаза подземных вод (пар); 2) жидкая фаза подземных вод (вода); 3) твердая фаза подземных вод (лед); 4) вода, удерживаемая минералами (химически связанная), — конституционная, кристаллизационная, цеолитная и коллоидная.
В пределах каждого типа вод выделяются подтипы исходя из характера связи воды с минералами и горными породами.
В зависимости от условий и места образования воды можно выделить классы вод: 1) воды, образующиеся непосредственно в земной коре—эндогенные; 2) воды, образующиеся за пределами земной коры и поступившие в нее: а) сверху, с поверхности земли — экзогенные, б) снизу, из подкоровой оболочки — эндогенные подкоровые. Экзогенные и эндогенные классы вод разделяются на подклассы исходя из зональности и азональности вод. Вполне естественным разграничением являются зоны: 1) аэрации или холодного пара, 2) насыщения, 3) горячего пара, 4) подкоровых глубин. В подкласс выделяются также азональные воды.
Разделение на отряды и подотряды может быть сделано по способу образования вод. Дальнейшее разделение вод на семейства, роды и виды производится по газовому составу, по степени минерализации, содержанию анионов, катионов, микрокомпонентов, с учетом характерных коэффициентов и соотношений, а также на основании микробиологических особенностей вод.
Е.В. Пиннекер предложил еще одну генетическую классификацию подземных вод, в которой выделяются две группы вод — экзогенные и эндогенные. В свою очередь эти группы расчленяются на инфнльтрационные, седиментогенные, метаморфогенные и магматогенные воды. Рассмотрим указанные классы вод подробнее.
Инфильтрационные (вадозные) воды образуются при инфильтрации и инфлюации атмосферных и поверхностных вод в проницаемые породы. Наряду с метеогенным происхождением инфильтрационные воды могут иметь морской генезис (инфильтрация на дне и в береговой зоне морей) и техногенное происхождение (в районах производственной деятельности человека).
Седиментогенные (ископаемые, погребенные, реликтовые) воды попадают в недра при осадкообразовании. Как отмечалось ранее, в процессе литогенеза физически связанные воды отжимаются в коллекторы и переходят в свободное состояние. Воды, образовавшиеся таким образом, называют элизионными. Кроме того, при литогенезе происходит переход части химически связанных вод в свободное состояние (при переходе гипса в ангидрит, монтмориллонитовых глин в гидрослюдистые). Воды, образованные при таких процессах, называются возрожденными. Поскольку элизионные и возрожденные воды нередко сложно разделить, то они имеют общее название литогенные воды, т. е. воды, сформировавшиеся ври литогенезе пород (на стадиях дна- и катагенеза).
Метаморфогенные воды образуются при метаморфизме осадочных и магматических пород в условиях больших давлений и температур. Источником метаморфогенных вод являются химически связанные воды, переходящие в свободное состояние при определенных термодинамических условиях.
Магматогенные (мантийные) воды генерируются из водорода и кислорода. Е.В. Пиннекер разделяет их на вулканические, образующиеся в виде надкритической Н2О или пара из магмы по мере ее подъема и остывания, и сквозьмагматические газово-жидкие растворы, восходящие из очагов магматизма.
Кроме названных классов выделяются также конденсационные и органогенные воды. Первые из них образуются за счет конденсации водяного пара подземной атмосферы. В районах резко континентального климата конденсационные воды могут иметь существенное значение в общем балансе подземных вод. В классификации Е.В. Пнннекера они представлены разновидностью инфильтрационных вод. Органогенные воды представляют собой разновидность седиментационных вод и образуются за счет распада органических веществ, накапливающихся в осадочной толще. В заключение рассмотрим общую схему взаимосвязи подземных вод различного генезиса. Она обобщает приведенные выше классификации и позволяет лучше понять место различных генетических классов подземных вод в подземной гидросфере.

Классификация подземных вод по характеру их скоплений разработана И.К. Зайцевым. В дальнейшем она была дополнена и усовершенствована И.К. Зайцевым и Н.И. Толстихиным и В.А. Кирюхиным. Теперь в ней выделяется три типа скоплений вод: трещинно-жильных, пластовых и лавовых.
Трещинно-жильный тип залегания вод характерен для массивных, сильноуплотненных и часто дислоцированных пород — изверженных, метаморфических и метаморфизованных осадочных пород. Водоносные трещины и обводненные тектонические нарушения, которые можно назвать водоносными жилами, распределены в этих породах неравномерно, поскольку процессы образования пустот имеют различную направленность и происхождение — тектоническое, литогенное, карстовое и как результат выветривания (рис. 8.2). Трещинно-жильные воды распространены в породах геосинклинального фундамента, который выходит на поверхность в складчатых областях — древних щитах (Балтийском, Украинском и др.), горных странах (Кавказ, Урал, Памир и др.), пенепленизированных массивах (Казахская область). Структуры, в которых породы, содержащие трещинно-жильные воды, выходят на поверхность, называют гидрогеологическими массивами.

На материках в геосинклинальном фундаменте выделяются слон: осадочный геосинклинального типа, гранито-гнейсовый (гранитный) и гранулито-базитовый (базальтовый). На поверхность выходят только первые два слоя. Базальтовый слой обычно залегает на глубинах 8—35 км. Трещинно-жильные воды распространены во всех перечисленных слоях, но, как было отмечено ранее, количество воды, которое ориентировочно оценивается для этих слоев весьма мало (объемная доля 0,5—4,0%). Вместе с тем благодаря своей исключительно высокой подвижности метаморфогенные и магматогенные воды играют очень важную роль в разнообразных геологических процессах.
На плитах геосинклинальный фундамент перекрыт платформенным чехлом. Он обычно сложен слоистыми осадочными породами, в которых распространены воды пластового типа. Структуры, в которых в основном получили развитие пластовые воды, называют артезианскими бассейнами (рис. 8.3). Артезианские бассейны занимают обширные пространства Восточно-Европейской, Восточно-Сибирской, Западно-Сибирской, Туранской, Скифской и других платформ.
Лавовый тип скоплений подземных вод распространен в вулканогенно-туфогенных образованиях. Переслаивание лавовых пород, туфового материала и осадков различного генезиса (аллювиальных, озерных, морских, ледниковых и др.) создает специфическую обстановку распределения пустот. Она существенно отличается от таковой в артезианских бассейнах и гидрогеологических массивах. В вулканогенных толщах образуется сложная система водоносных зон, горизонтов и линз, наблюдается сочетание пластового и жильного характера водоносности (рис. 8.4). Лавовые (лавово-туфовые) воды приурочены к молодым вулканогенным структурам — вулканогенным бассейнам, которые распространены в районах молодого вулканизма — Камчатка, Курилы, Малый Кавказ, Сихотэ-Алинь. Вулканогенные бассейны представляют собой наложенные структуры. Они перекрывают сверху и артезианские бассейны и гидрогеологические массивы.

Трещинно-жильный, пластовый и лавовый типы скоплений подземных вод делят на классы. Так, например, трещинно-жильные воды классифицируются на регионально-трещинные воды (зон выветривания и зон тектонической и литогенетической трещиноватости), карстово-жильные воды, локально-трещинные воды зон тектонических нарушений. Среди пластовых вод различают поровые, порово-трещинные, трещинные и трещинно-карстовые. Лавовые воды делят в зависимости от положения в разрезе на верхне-, меж- и нижнелавовые.
Морфология скоплений подземных вод отражает геологическую обстановку их распространения, тип коллекторов, формирующихся на различных стадиях литогенеза пород.
Изучение земной коры под дном океанов только начинается В ее строении условно выделяются три слоя (рис. 8.5) «первый» океанический слой сложен рыхлыми и слабоуплотненными преимущественно илистыми осадками, «второй» — вулканогенно-осадочными породами, а «третий» — породами базальтового слоя. Сочетание этих слоев в разрезе позволяет выделить три основных типа структур: субокеанские массивы, в которых породы «третьего» слоя прикрыты рыхлыми осадками «первого» слоя; субокеанские бассейны осадочного чехла, разрез которых представлен всеми тремя слоями; вулканогенные бассейны океанов выходят на поверхность в островных дугах, где верхний этаж структур сложен молодыми и современными эффузивами. На дне океанов они обычно перекрыты «первым» океаническим слоем. В ряде районов к вулканогенным структурам примыкают рифовые постройки — своеобразные субаквальные карстовые бассейны.

В «первом» океаническом слое получили развитие пластовые напорные воды, во «втором» — пластовые и трещинно-жильные напорные воды В «третьем» слое распространены трещинно-жильные напорные воды. Аналогия между строением артезианских бассейнов и субокеанских бассейнов осадочного чехла, гидрогеологических и субокеанических массивов, вулканогенных бассейнов суши и океана имеется, но она далеко не полная, гидрогеологические структуры суши и дна Мирового океана различаются весьма значительно, о чем говорится далее.
В табл. 8.3 представлены в обобщенном виде схемы распространения основных типов скоплений гравитационных вод в земной коре. В ней показаны их положения в разрезе гидрогеологических структур суши и дна Мирового океана.


В разрезе этих структур наблюдается определенная последовательность залегания разных классов подземных вод. Так, в зоне аэрации гидрогеологических массивов залегают почвенные и приповерхностные воды. Последние иногда называют горной верховодкой. В зоне насыщения распространены трещинно-жильные воды, которые вверху, в зоне выветривания, являются безнапорными, а глубже — напорными. Там, где четвертичные отложения перекрывают породы складчатого фундамента, могут формироваться грунтовые пластовые воды (рис. 8.6).
В зоне аэрации артезианских бассейнов — это почвенные воды, верховодка, воды капиллярной каймы. Глубже, в зоне насыщения, вскрываются пластовые воды осадочного чехла и трещинножильные воды складчатого фундамента. По характеру напора пластовые воды чехла разделяют на грунтовые (обычно безнапорные) и артезианские (напорные). Воды фундамента обычно являются напорными (рис. 8.7).

В зоне насыщения эффузивного покрова залегают лавовые, как безнапорные, так и напорные воды. Вулканогенные породы могут залегать на осадочных, содержащих пластовые артезианские воды, но чаще эффузивы налегают непосредственно на складчатый фундамент, содержащий трещинно-жильные напорные воды (рис. 8.8).
Гидрогеологические структуры дна Мирового океана не имеют зоны аэрации. В них содержатся напорные воды; пластовые, трещинно-жильные и лавовые.


title-icon Подобные новости