Сведения о подземных водах зон крупных тектонических нарушений

Подземные воды зон крупных тектонических нарушений в основном свойственны для горно-складчатых областей, реже древних кристаллических щитов и дислоцированных пород фундамента платформ. Они обычно отмечаются в форме линейно-вытянутых относительно нешироких потоков, движущихся в горных породах зон дробления, брекчирования или повышенной трещиноватости пород вблизи тектонических нарушений. В таких зонах формируются как напорные, так и безнапорные воды. Ширина таких зон изменяется в пределах от 0,5 до 3—5 км, реже она составляет 5—10 км (Салаирский хребет); протяженность зон обычно не превышает 5—8 км, реже достигает нескольких десятков километров (Миасский разлом на Урале — 20 км) и даже сотен километров (Копетдагская термальная зона). Мощность толщи пород, обладающей достаточно интенсивной трещиноватостью, достигает 150 и реже 300 м. Глубина залегания подземных вод в зонах тектонических нарушений чаще не превышает 10—15 м, а нередко вода выходит на поверхность в виде восходящих источников.

Наиболее водообильны карбонатные, нередко закарстованные породы; меньшая водообильность отмечается в трещиноватых интрузивных и метаморфических породах.

Основными источниками питания служат атмосферные осадки и фильтрация воды из рек, озер, прудов и водоемов. Кроме того, в зону тектонических нарушений потупают воды из прилегающих водоносных горизонтов, из слабопроницаемых пород и глубокозалегающих водоносных комплексов.

Воды зон тектонических нарушений преимущественно пресные.

2. Карст – это процесс и связанные с ним явления растворения и выщелачивания растворимых в данной обстановке горных пород подземными и поверхностными внерусловыми водами.

Карстовые воды – это воды, формирующиеся, залегающие и движущиеся в растворимых в данной обстановке горных породах. Питание карстовых вод осуществляется за счет инфильтрации (просачивание атмосферных осадков), инфлюации (втекание поверхностных речных вод) и конденсации (переход водяного пара в жидкое состояние).

К числу основных условий развития карста по Д. С. Соколову относятся:

- наличие растворимых пород;

- их водопроницаемость;

- наличие движущихся вод;

- их растворяющая способность.

Процесс карста развивается только там и тогда, когда сочетаются все вышеперечисленные условия.

Наличие движущейся воды. Основным типом карстовых водоносных систем являются массивы, реже бассейны. Это гидрогеологические резервуары, вмещающие трещинно-каверновые или порово-трещинно-каверновые воды. В равнинных районах преобладают средние и крупные, в горных районах – малые и средние водоносные системы.

Современные исследования свидетельствуют, что для карстовых коллекторов свойственны турбулентный, переходный и ламинарный режим движения.

В карстующихся массивах вследствие затухания трещиноватости с глубиной наблюдается вертикальная гидродинамическая зональность. Г.А. Максимович выделил 7 зон циркуляции вод: поверхностной, вертикальной нисходящей; переходная, или колебания уровня воды, горизонтальной, сифонной, поддолинной и глубинной. Наиболее активно процесс карста протекает в третьей зоне, здесь происходит формирование крупных пустот и пещер.

I. Зона поверхностной циркуляции. Вода здесь стекает по поверхности карстового массива, образуя в условиях открытого типа карста карры, ложбины, а для всех других типов – конусообразные расширения понор и карстовых воронок. Эти же воды расширяют устья карстовых шахт, превращая их в пропасти.

II. Зона вертикальной нисходящей циркуляции (зона периодической циркуляции, или зона аэрации). Здесь после выпадения осадков или таяния снега происходит движение воды вниз по вертикальным трещинам и пустотам. Мощность зоны в платформенных областях 30-100 м и более, в горных – от сотен м до 1-2 км. В пределах этой зоны на участках развития местных водоупоров иногда выделяется подзона подвешенных карстовых вод.

III. Зона колебания уровня карстовых вод (переходная). Здесь происходит чередование вертикальной и горизонтальной циркуляции за счет сезонных колебаний уровня карстовых вод. При подъеме уровня наблюдается горизонтальное движение, при снижении – эта зона сливается с вышележащей. Мощность зоны зависит от климатических условий, количества осадков, рельефа и степени закарстованности.

Ниже переходной зоны располагается ряд зон, характеризующихся в основном полным насыщением трещин и пустот карстовыми водами.

IV. Зона горизонтальной циркуляции отличается свободным стоком безнапорных вод к магистральным речным артериям или к окраине карстующегося массива.

V. Зона сифонной циркуляции с каналами в виде перевернутого сифона характеризуется напорными водами, которые движутся от водораздельных пространств в подрусловые каналы магистральных рек. В условиях закрытого и покрытого типов карста воды несут из понор, карстовых воронок и каналов обломочный материал, который заполняет подрусловые пустоты, а из трещин путем растворения пород в их стенках образуются новые карстовые полости.

VI. Зона поддолинной, или подрусловой циркуляции. Здесь происходит постоянное движение от более высоких точек к более низким по слабо наклонным пустотам.

VII. Зона глубинной циркуляции ниже речных долин и подрусловых пустот характеризуется движением карстовых вод по структурам в направлении базисов разгрузки континентов, морей и океанов. Движение медленное.

Наличие растворяющей способности воды. Для развития карстового процесса необходимо отсутствие равновесия по составу движущихся вод и растворимых пород, т.е. вода должна быть агрессивной. На растворимость пород влияют:

1. Температура воды. При повышении температуры воды от 0 до 50°С растворимость гипса и солей возрастает, а кальцита и ангидрита – уменьшается.

2. Давление. При повышении гидростатического давления в диапазоне 1-50 атм. растворимость кальцита увеличивается от 0,173 до 0,638 г/л.

3. Характер и скорость движения воды. Переход от ламинарного к турбулентному движению вызывает значительное увеличение растворимости многих веществ, например, кальцита.

4. Увеличение минерализации воды. Как в природных, так и в техногенных условиях часто происходит смешивание вод разной минерализации. Исследования Лаптева и Бегли доказали, что смешивание двух любых по составу вод, насыщенных по отношению к известняку или гипсу, приводит к формированию более агрессивного раствора.

5. Изменение ионного состава вод, происходящее зачастую при техногенном воздействии по-разному влияет на растворимость карстующихся пород разного литологического состава. Например, добавление ионов, входящих в состав солей сильных кислот (например, NaCl) не влияет на растворимость карбонатов, тогда как их добавление в количестве до 100 г/л у сульфатных пород вызывает повышение их растворимости примерно в 2 раза.

6. Органические соединения повышают активность карстового процесса в десятки раз.

Для определения фактической агрессивности карстовых вод необходимо анализировать весь комплекс условий их существования и движения.

Поверхностные формы карста. Карстовые формы (или карстопроявления) – это формы рельефа, образовавшиеся на поверхности или под землей в результате карстового процесса. Сочетание карстовых форм с другими компонентами природной среды образует поверхностный или подземный карстовый ландшафт. Карстовые формы делятся на поверхностные и подземные.

К поверхностным карстовым формам относятся: карры, поноры, карстовые рвы, карстовые ниши, карстовые воронки, котловины, полья, карстовые лога, карстовые долины, карстовые каньоны, карстовые останцы, карстовые впадины, карстовые мульды, карстовые просадки, карстовые провалы.

Выделяют отрицательные и положительные формы карстового рельефа. Последние характерны для карстовых районов тропического и субтропического климата.

Поверхностные карстовые формы при описании делят на микроформы (диаметр и глубина менее 5 м), мезоформы (диаметр 5-50 м, глубина 5-25 м) и макроформы (диаметр свыше 50 м, глубина свыше 25 м). Некоторые формы могут относиться к нескольким категориям (например, карры и воронки).

Подземные карстопроявления. Поглощенные трещинами, воронками, понорами, колодцами и шахтами воды, двигаясь в карстовом массиве, образуют различные подземные полости: пещеры, различные каналы, каверны. Развиваются подземные карстовые формы преимущественно в зонах вертикальной нисходящей циркуляции, переходной, горизонтальной и сифонной циркуляции карстовых вод. Выделяют пять морфологических типов подземных полостей:

· колодец – вертикальная форма без продолжений на дне, имеющая диаметр более 1 м и глубину до 20 м;

· шахта – то же, но при глубине более 20 м;

· пропасть – полость, диаметром более 10 м, имеющая большую глубину и широкий вход;

· вертикальная пещера – разветвленная преимущественно вертикальная полость;

· пещера – горизонтальная или наклонная полость.

Лекция №11. Основные принципы гидрогеологического районирования

1. Гидрогеологические структуры

2. Принципы гидрогеологического районирования территории

3. Краткая гидрогеологическая характеристика Пермского края

1. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ – название геологических структур, с которыми связаны тип, характер распространения и накопления подземных вод, условия их залегания, режим, запасы, ресурсы и т.д. Вода в силу своей подвижности заполняет геологическое пространство по трещинам, пустотам, порам и не может самостоятельно образовывать пространственные структуры. Поэтому правильнее говорить не о гидрогеологических, а о тектонических или геологических структурах, с которыми связаны резервуары, горизонты, комплексы и зоны подземных вод. Структуры тектонические 1 порядка - материки, океаны и зоны переходные между ними. Структуры тектонические 2 порядка - платформы (например, Восточно-Европейская), области складчатые (Алтае-Саянская), области геосинклинальные (Курило-Восточнокамчатская), в пределах океанов -талассократоны, пояса срединно-океанические. Структуры тектонические 3 порядка - в складчатых областях - складчатые системы (Уральская), срединные массивы (Омолонский), межгорные впадины; на платформах - антеклизы, синеклизы, авлакогены и др. Гидрогеологические структуры, соответствующие синеклизам и антеклизам выделяются соответственно в качестве артезианских бассейнов и артезианских сводов. Гидрогеологические структуры складчатых областей выделяются в качестве гидрогеологических складчатых областей (например, Уральская) с гидрогеологическими массивами, адмассивами, адартезианскими бассейнами, адартезианскими сводами. Гидрогеологические массивы представлены трещинными водами пород преимущественно магматического происхождения. Адструктуры представлены водами трещинного типа преимущественно в метаморфических и метаморфизованных породах.

2. Региональная гидрогеология занимается изучением закономерностей условий формирования, залегания, распространения подземных вод, а также их качества, количества в различных регионах территории России.

Под гидрогеологическими районами понимают территории, характеризующиеся общностью гидрогеологических условий. Выделение таких районов и составляет сущность гидрогеологического районирования, которое проводится в разном масштабе, с учетом разных факторов и целей.

Гидрогеологическое районирование территории позволяет познавать региональные гидрогеологические закономерности. В основу районирования положены в основном геолого-структурные признаки (литолого-фациальные, геоморфологические, тектонические, физико-географические), которые и определяют условия накопления, распространения, залегания, состав и минерализацию подземных вод в том или ином регионе. Выделяют области распространения различных типов бассейнов подземных вод по условиям скоплений: пластовых вод (артезианских и субартезианских), трещинных вод, трещинных и карстовых вод, трещинных и пластовых вод в отрицательных морфоструктурах, трещинных и пластовых вод в положительных морфоструктурах, трещинных и пластовых вод в вулканогенных супербассейнах.

Первые четыре типа бассейнов могут быть субаквальными (находящимися или образовавшимися под водой) или субаэральными (находящимися или образовавшимися в воздушной среде).

Гидрогеологическое районирование может предусматривать как раздельное районирование артезианских и грунтовых вод (аналитическое), так и комплексное. Комплексное районирование, применяемое обычно при обзорном и мелкомасштабном описании районов, основано на геолого-структурном принципе. При таком подходе рассматривают все воды района. Это соответствует принципу единства природных вод, поэтому в данном разделе принято комплексное структурно-гидрогеологическое районирование, которое учитывает таксономическую схему водоносных горизонтов, комплексов и этажей в геологическом пространстве, их вертикальные и горизонтальные подразделения.

На территории бывшего СССР выделены 19 крупных гидрогеологических областей, связанных с платформенными и горно-складчатыми сооружениями (рис.). В пределах платформенных областей выделяют районы первого и второго порядков (бассейны), приуроченные к щитам древних платформ и складчатым системам, составляющим фундамент молодых платформ, к краевым структурам платформ, к внутриплатформенным структурам (синеклизам, прогибам, антеклизам, валам). В гидрогеологических горно-складчатых сооружениях различают: области распространения бассейнов трещинных вод орогенной зоны с интенсивно восходящими движениями, области распространения бассейнов трещинных и трещинно-пластовых вод орогенной зоны, характеризующейся слабыми восходящими движениями, области распространения бассейнов трещинно-пластовых вод альпийского и тихоокеанского поясов с различной направленностью и интенсивностью движений. В гидрогеологических горно-складчатых областях также выделяют районы первого и второго порядков (бассейны), связанные с горными массивами, межгорными впадинами и склонами.

Рис. Схема гидрогеологического районирования: 1—границы и индексы гидрогеологических областей, 2 —граница между современными океаническими и континентальными бассейнами подземных вод, 3—границы распространения многолетнемерзлых пород, 4 —предполагаемые границы преимущественно сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Гидрогеологические области платформ: I —Восточно-Европейсхая (Русская), III—Тураяская, VIII —Западно-Сибирская, X Восточно-Сибирская. Океанические платформы: XVII —Нансена; XVIII —Восточная (Гиперборейская). Гидрогеологические складчатые области: II —Карпатская и Крымско-Кавказская; IV —Копетдагско-Болыпе-балданская, V —Тяньшаньско-Джургаро-Памирская, ТУ - Центральноказахстансхая, VII— Тимано-Уральская, IX —Саяно-Алтайско-Енисейская, XI —Восточно-Сибирская, XII —Зейско-Буреинская, XIII —Сихоте-Алннская, XIV —Верохоянско-Чукотская, XV —Корякско-Камчатско-Курильская, XVI —Сахалинская. XIX —Таймырская

3. Территория Пермского края входит в Восточно-Европейскую гидрогеологическую область (Восточно-Русский артезианский бассейн) и Тимано-Уральскую гидрогеологическую складчатую область (Уральская область трещинных, трещинно-карстовых и трещинно-жильных вод).

Восточно-Русский артезианский бассейн расположен в Волго-Уральской антеклизе, Предуральском и Пачелмском прогибах и на восточном склоне Воронежской антеклизы. Фундамент в бассейне залегает в основном на глубине 1—5 км и только в Предуралье - на глубине 10км. В Восточно-Русском артезианском бассейне выделяются бассейны второго порядка: Волго-Камский, Сурско-Хоперский и Предуральский. В них широко развиты водоносные комплексы пермских, каменноугольных, девонских, вендских и верхнепротерозойских отложений. Пермские образования включают галогенные толщи. Все отложения содержат соленые воды и рассолы (до 300 г/л). Менее распространены верхнепермские, мезозойские и кайнозойские отложения, но в них содержатся пресные водоносные горизонты, широко используемые для водоснабжения. Бассейн богат промышленными рассолами (йод, бром и др.), минеральными лечебными водами типа «Ижевск».

Уральская область трещинных, трещинно-карстовых и трещинно-жильных вод характеризуется распространением грунтовых вод в трещинноватой зоне выветривания скальных пород. Воды грунтовые пресные и ультрапресные, дающие источники в понижениях рельефа. В этой области выделяются структуры второго порядка: бассейны трещинно-карстовых и трещинных вод Западно-Уральской зоны складчатости (в породах верхнего и среднего палеозоя); бассейны трещинно-жильных и трещинных вод Тагильско-Магнитогорского прогиба, Восточно-Уральского поднятия и Восточно-Уральского прогиба (в породах среднего и нижнего палеозоя); бассейны трещинных вод Централъноуралъского поднятия (в породах нижнего палеозоя и протерозоя).

В Западно-Уральской зоне складчатости преобладают карбонатные закарстованные породы, карст проявляется до глубины 300—400 м, а в Кизеловском районе до 1000 м. Трещинно-карстовые воды, питаемые атмосферными осадками и водами рек, разгружаются в долинах рек и шахтах в виде источников с дебитом до 25 л/с. Среднегодовые притоки воды в шахты Кизеловского угольного бассейна достигают 150—550 м³/ч. В зонах тектонических разломов резко возрастают водопритоки в шахты (1000—2000 м³/ч). В зонах антиклиналей, выходящих на поверхность, карстовые процессы менее интенсивно развиты и доходят до глубины 200—300 м, дебиты источников не превышают 30 л/с. Метаморфические и осадочно-вулканогенные породы нижнего палеозоя, кембрия и протерозоя, выходящие в ядрах антиклинальных поднятий, содержат трещинные воды в зоне выветривания, мощность которой достигает 30—60 м. Воды во всех породах пресные, гидрокарбонатные кальциевые и только в зонах тектонических разломов в девонских отложениях выходят солоноватые и соленые воды с сероводородом.

Использование и охрана подземных вод самостоятельно!!!

Поиск по сайту: