Санкт-Петербургский государственный университет
Геологический факультет
Кафедра гидрогеологии
Реферат
Разновидности гидрогеологических структур.
Выполнила: Зорина Н.С.,
студентка 3 курса
Научный руководитель:
Доцент, к. георг. н ____________Вивенцова Е.А.
Санкт-Петербург, 2012
Содержание.
1. Введение……………………………………………………………………….…….3
2. Артезианский бассейн……………………………………………………………….4
3.Гидрогеологический массив…..……………………………………………………..9
4. Вулканогенный бассейн……………………………………………………………13
5. Литература…………………………………………………………………………..16
1.Введение.
Под гидрогеологической структурой понимается геологическая структура, ее часть или совокупность нескольких геологических структур, в пределах которых имеет место сходство условий формирования, залегания, накопления, движения и разгрузки подземных вод в процессе развития земной коры.
Гидрогеологическая структура-это вместилище подземных вод, гидродинамически более или менее обособленное от смежных структур.
В настоящее время выделяется несколько основных типов гидрогеологических структур первого порядка, каждая из которых состоит из структур второго порядка. Совокупности структур образуют надпорядковые мегаструктуры.
К структурам первого порядка относятся:
-артезианские бассейны (АБ),
-гидрогеологические массивы (ГМ),
-вулканогенные бассейны (ВБ).
2.АРТЕЗИАНСКИЕ БАССЕЙНЫ
Артезианский бассейн - бассейн подземных вод, приуроченный к отрицательной геологической структуре (синеклизе, мульде, прогибу, межгорной впадине), состоит из фундамента и перекрывающего его водоносного чехла. В чехле АБ распространены пластовые артезианские и грунтовые воды, а также трещинно-жильные воды в разломах. Во многих АБ в тесной связи с артезианскими водами (как одно целое) находятся месторождения нефти и газа. Трещинные воды фундамента имеют подчиненное значение.
Рельеф поверхности АБ достаточно разнообразен — это низменности, равнины, возвышенные равнины, плоскогорья, межгорные впадины, горные склоны и приподнятые плато.
В артезианском бассейне выделяют области питания, напора и разгрузки подземных вод. Площадь артезианского бассейна от нескольких десятков км2 до нескольких млн. км2.
Сток.
Осадки, испарение и сток распределяются на территории АБ довольно равномерно, подчиняясь климатической широтной зональности и высотной поясности. Так, величины осадков и стока более значительны для АБ северных широт (модуль стока 11 л/ (с • км2) и заметно снижаются (до 0) для южных. Вместе с тем, в пределах отдельных бассейнов величины осадков и модуля стока на периферии АБ иногда растут с увеличением абсолютных отметок местности. Те же явления наблюдаются на возвышенностях внутри АБ. Высотная поясность достаточно отчетливо проявляется в горных артезианских бассейнах, расположенных на разных абсолютных отметках.
Поверхностный сток на территории АБ направлен от его периферии к внутренним частям, малые реки сливаются в крупные, которые выносят всю массу воды за пределы АБ или во внутренние бассейны (оз. Балхаш, Аральское море и др.), где вода расходуется на испарение и накапливаются соли, приносимые водами. В связи с этим замечена тенденция к центростремительному направлению стока.
Фундамент АБ.
Он содержит разнообразные типы трещинно-жильных вод. В фундаментах АБ практически всегда обнаруживаются напорные воды. По разломам, часто проникающим из фундамента в чехол АБ, осуществляется гидравлическая связь вод фундамента и чехла. Горячие, соленые, углекислые воды фундамента нередко выводятся в чехол, где соответственно создаются температурные и гидрохимические аномалии. Питание подземных вод фундамента происходит в основном за счет перелива вод из смежных структур (ГМ) и перетекания из водоносных пород чехла АБ.
В зависимости от состава пород фундамента различают ярусы, сложенные:
-изверженными породами с трещинными водами,
-кристаллическими и метаморфическими сланцами с пластово-трещинными водами,
-песчано-сланцевыми и эффузивно-туфогенными толщами с пластово-трещинными и -трещинно-пластовыми водами,
-карбонатными толщами с карстовыми, трещинно-карстовыми и карстово-трещинными водами,
-галогенными породами с пластово-трещинными, трещинно-пластовыми и карстовыми солеными подами и рассолами.
Поверхность фундамента неровная, с впадинами и поднятиями. Она называется ложем АБ. Поверхность ложа АБ полого или ступенчато погружается от периферии к внутренним центральным частям бассейна или краевым предгорным прогибам. Впадины фундамента определяют положение внутренней, наиболее глубокой части АБ, нередко заполненной древнейшими осадочными отложениями чехла, не наблюдающимися на его выступах. Мощность водоносных горизонтов во впадинах обычно больше, чем на выступах. Состав отложений во впадинах отличается значительной глинистостью.
Чехол АБ. Располагающийся на фундаменте чехол АБ сложен разнообразными по составу и генезису породами. Осадочные отложения чехла платформенного типа отличаются составом, а также меньшей мощностью и дислоцированностью, чем толщи геосинклинального типа, которые сильно дислоцированы и слагают большинство ярусов фундамента. Наряду с осадочными отложениями в строении чехла АБ принимают участие разнообразнее изверженные породы. По форме залегания среди них выделяются покровы, потоки, силлы, дайки, лакколиты и диатремы (трубки взрыва).
Слоистые осадочные отложения чехла АБ залегают на подстилающем их ложе или слабо дислоцированы (в форме куполов, антиклинальных и синклинальных складок, валов, флексур, сбросов н других нарушений большей частью платформенного типа). Г-)тн нарушения являются гидрогеологическими «окнами», через которые осуществляются связь между водоносными горизонтами, их питание н разгрузка.
В чехле АБ выделяют водоносные горизонты, состоящие из одного (простые) или нескольких (сложные) водоносных пластов. Сложные водоносные горизонты могут состоять из пластов, различных по литологическому составу или одного состава, но разных по возрасту, отличающихся по составу и возрасту.
Водоносные горизонты объединяются в водоносные комплексы. При выделении и описании водоносных комплексов учитываются не только водоносные горизонты, пласты и линзы, но и водоупорные породы, их подстилающие, покрывающие и разделяющие. Название водоносным комплексам дается в той же стратиграфической последовательности.
Водоносные комплексы объединяются в структурные ярусы — это наиболее крупные подразделения чехла, подобные ярусам фундамента.
Наряду с водоносными выделяются и водоупорные пласты, горизонты и разделяющие толщи. Особенностью строения водоносных ярусов АБ является преобладание в нижних ярусах пластовых трещинных вод, а в верхних — пластовых поровых.
Взаимосвязь вод фундамента и чехла.
Эта взаимосвязь сложна и разнообразна. В одних случаях наблюдается объединение водоносных зон фундамента и нижнего водоносного горизонта чехла, непосредственное слияние их подземных вод в сложный водоносный горизонт с единым напором и составом вод, в других — водоносные зоны фундамента и чехла отделяются выдержанным водоупором. Неоднократно отмечались связь вод фундамента и чехла через гидрогеологические «окна» и разломы, а также перелив вод из чехла в фундамент или обратно в зависимости от гидродинамических условий, существующих в той или иной части АБ. Особенно велика роль разломов. Большое значение в обводнении краевых частей некоторых АБ имеют карбонатные закарстованные породы фундамента, из которых вода поступает в чехол (Прикаратауская часть Сырдарьннского АБ).
Границы артезианского бассейна.
Если выступы фундамента выходят на поверхность, то границу АБ проводят по линии контакта осадочных отложений чехла с породами фундамента. Если же эти выступы скрыты под чехлом и на поверхность не выходят, то границу проводят по наиболее приподнятой поверхности выступа.
Границы бассейнов второго порядка обычно проводятся но водоразделам.
Условия питания подземных вод.
Различают внешние и внутренние области питания.
Внешние области питания находятся за границей АБ и расположены в пределах структур, составляющих его обрамление.
Атмосферные осадки, выпавшие в пределах внутренней области, питают речную сеть, грунтовые воды бассейна, а через них и артезианские поды. Часть осадков расходуется на испарение и транспирацию. Помимо климатических факторов, важную роль в питании подземных вод играют состав четвертичных отложений, рельеф поверхности и т. д.
Во внутренней области питания выделяют зону поглощения— ту часть АБ, п пределах которой происходит инфильтрация или инфлюация поверхностных вод и атмосферных осадков непосредственно в водоносный горизонт. В отличие от внешней области питания, зона поглощения находится внутри АБ. К этой зоне относят выходы водоносных пластов на поверхность земли, не прикрытые водоупорными породами или прикрытые водопроницаемыми четвертичными отложениями, которые также входят в состав области поглощения.
Питание водоносных горизонтов АБ происходит путем не только поглощения, но и перелива. Областью перелива называется область, в пределах которой происходит перелив подземных вод из одной гидрогеологической структуры в другую, а очагом перелива называется гидрогеологическое «окно», где происходит перелив из одного водоносного горизонта в другой. Различают краевые (на границе АБ с ГМ) и внутренние области перелива (из одного АБ в другой).
Происхождение и динамика артезианских вод. В АБ выделяют два гидрогеологических этажа, различающихся условиями формирования подземных вод: верхний, в котором распространены преимущественно инфильтрационные воды, и нижний, к которому приурочены собственно седиментационные и лигогенные ( возрожденные) воды.
Верхний гидрогеологический этаж в АБ суши прослеживается на глубинах до 1 км. Нижней его границей обычно служит региональный водоупор. Движение подземных под в верхнем этаже подчиняется законам гидростатики н направлено от областей поглощения и создания напора к областям разгрузки.
Гидродинамический режим в нижнем гидрогеологическом этаже определяется другими причинами и связан с процессами литификации пород , отжатием связанных вод и переходом их в свободное состояние, дегидратацией монтмориллонитовых глин, гипсов и других отложений.
Гидрогеологическая зональность АБ. В артезианских бассейнах различают гидродинамическую, гидрогеохимическую и температурную зональность.
Гидродинамическая зональность АБ определяется условиями водообмена. В вертикальном разрезе АБ выделяются следующие гидродинамические зоны:
1) верхняя — свободного водообмена;
2) средняя — затрудненного водообмена;
3) нижняя— весьма затрудненного водообмена.
Для зоны свободного водообмена характерна открытая гидравлическая связь водоносных горизонтов с современной поверхностью АБ.
В состав зоны свободного водообмена входят зона аэрации, горизонт грунтовых под, межпластовые нисходящие воды, верхние артезианские водоносные горизонты и трещинные воды зоны выветривания фундамента АБ в тех случаях, когда эти водоносные горизонты и зоны дренируются долинами речной сети. Подземные воды зоны свободного водообмена тесно связаны с водами поверхностных водотоков (рек, ручьев) и водоемов (морен, озер, болот), а также с атмосферными подами. Это обусловливает связь режима подземных вод верхней зоны с режимом атмосферы и поверхностной гидросферы.
За условную нижнюю границу зоны свободного водообмена часто принимается дно речных долин. Необходимо при этом учитывать и водоупоры.
С увеличением глубины залегания водоносных горизонтов и мощности перекрывающих подоупоров условия водообмена ухудшаются. Па этом основании в средней и нижней частях чехла АБ могут быть выделены гидродинамические зоны затрудненного н весьма затрудненного водообмена. Границы между ними обычно проводятся условно по региональным водоупорам.
Гидрогеохимическая зональность АБ.
В вертикальном гидрохимическом разрезе артезианских бассейнов обычно различают три гидрохимические зоны, типичные для районов с влажным климатом:
1) верхнюю - пресных вод с минерализацией менее I г/л;
2) среднюю - соленых вод с минерализацией 1—35 г/л;
3) нижнюю - рассолов с минерализацией свыше 35 г/л.
Каждая гидрохимическая зона может быть подразделена на подзоны.
Для верхней гидрохимической зоны характерна тесная зависимость состава вод от климатических условий в настоящем и прошлом, от состава водовмещающих пород и их фильтрационных свойств, а также от совокупности других факторов, управляющих режимом водоносных горизонтов. В климатической зоне избыточного увлажнения, зона пресных вод отличается широким развитием и большой мощностью: она охватывает грунтовые и верхние артезианские водоносные горизонты местами до глубины 2000 м. Максимальная мощность зоны отмечается в пресноводных по происхождению осадочных толщах с интенсивным водообменом (юго-восток Западной Сибири, северо-запад о. Сахалина н др.).
Состав пресных вод постепенно меняется с гидрокарбонатного магниево-кальциевого на гидрокарбонатный натриевый. При этом с глубиной возрастает минерализация (на несколько сотен граммов на килограмм), исчезает сульфат-нон, иногда появляется сероводород, накапливаются метан и хлор-ион.
В поясе недостаточного увлажнения грунтовые воды отличаются разнообразной минерализацией, имеют сложный состав с преобладанием сульфатов и хлоридов натрия.
Подземные воды средней гидрохимической зоны отличаются более высокой минерализацией. Различают слабо солоноватые (с минерализацией I—3 г/л), сильно солоноватые (3—10 г/л) н соленые (10—35 г/л) поды. С этой зоной связаны наиболее ценные сероводородные воды нашей страны. Некоторые воды применяются в качестве лечебных, питьевых и бальнеологических. Среди солоноватых вод встречаются гидрокарбонатные,
сульфатные и хлоридные, а также смешанного анионного состава, преимущественно натриевые. Среди соленых вод преобладают хлоридные натриевые.
Зона соленых вод очень широко распространена в артезианских бассейнах России. Наибольшей мощности (до 4 км) она достигает в Западно-Сибири.
Рассолы нижней гидрохимической зоны сосредотачиваются преимущественно во внутренних, наиболее глубоких частях артезианских бассейнов, где имеются соленосные формации (например, Европейская и Восточно-Сибирская АО, Амударьинский АБ). В этих условиях преобразование состава рассолов идет по пути увеличения концентрации хлоридов магния и кальция, брома, калия, стронция, рубидия, цезия, железа и других компонентов, а также насыщения рассолов метаном. В составе рассолов при минерализации до 294 г/л преобладают хлориды натрия, а при более высоких — хлориды кальция и магния.
Развитие описанных выше процессов приводит к формированию характерного зонального распределения вод различного состава в пределах АБ. В краевой части бассейна, начиная непосредственно от области поглощения, располагаются зоны слабо- минерализованных под, обычно гидрокарбонатных кальциевых. Далее следует зона пресных или солоноватых гидрокарбонатных натриевых или гидрокарбонатных сульфатных натриево-кальциевых вод. За ней идет переходная зона смешанных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых или сульфатно-хлоридных вод и, наконец, зона хлоридных под, представляющая собой область глубоких древних сильноминерализованных вод бассейна
Температурная зональность.
Температура подземных вод АБ чрезвычайно разнообразна.
Итак, в артезианских бассейнах Земли отмечается существование широтной и глубинной зональностей. С севера на юг можно выделить АБ весьма холодные (полярные страны, Арктика и Субарктика), умеренно холодные (бореальный пояс), теплые (средиземноморский пояс) и, наконец, горячие и очень теплые (экваториальный пояс). В исключительных случаях наблюдаются в АБ температурные аномалии, когда поверх холодных вод располагаются теплые.
Классификация артезианских бассейнов.
По условиям гидрогеологического строения выделяют АБ
1. платформенного типа,
2. краевых прогибов,
3. орогенные и горных складчатых областей.
- межгорные АБ (простые и сложные),
- предгорные (передовых хребтов),
-латеральные и склоновые,
- медиальные,
- внутригорные,
- нагорные
- приводораздельные,
Каждый тип выделенных АБ характеризуется своими гидрогеологическими особенностями, условиями динамики, гидрохимической зональностью и др.
Артезианские бассейны платформенного типа располагаются во впадинах фундамента и в синеклизах; они имеют изометричную форму и значительные размеры (до 1 млн. км2, иногда больше). Наиболее глубокими обычно являются центральные части АБ.
Бассейны краевых прогибов отличаются от платформенных тем, что наиболее глубокая часть АБ сдвинута в краевой предгорный прогиб. Они вытянуты согласно с простиранием смежных горных систем; крылья их разновелики и асимметричны.
Межгорные АБ располагаются между горными сооружениями во впадинах типа грабенов или синклинальных складок. Среди них выделяются одиночные простые АБ и сложные, состоящие из цепочек бассейнов, расположенных в продольной впадине.
Предгорные АБ приурочены к предгорным прогибам.
Латеральные и склоновые АБ находятся на склонах горных сооружений. Они отличаются асимметричным строением (одно крыло, расположенное на склоне, сильно приподнято, а другое, расположенное вдали от склона у его подошвы, опущено) и вытянуты вдоль склона.
Медиальные АБ образуют системы небольших мульдообразных бассейнов на погружении осей горных складчатых сооружений.
Внутригорные АБ находятся в пределах горного сооружения, составляя с ним одно целое.
Нагорные АБ представляют собой небольшие наложенные бассейны на вершинах гор. Известны они в горном Дагестане.
Небольшие приводораздельные АБ, сложенные палеогеновыми и неогеновыми отложениями, известны в пределах Украинского кристаллического массива.
Возраст АБ. Возраст АБ определяется началом образования его чехла, т. е. заложения самого нижнего водоносного комплекса или горизонта. Наиболее древними являются бассейны, в основании осадочного чехла которых находятся неметаморфнзованные отложения протерозоя — нижнего кембрия. Таковы бассейны Русской платформы (валдайский и балтийский водоносные комплексы) и Сибирской платформы.
3.ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МАССИВЫ
Гидрогеологический массив - это структура, в которой фундамент выходит на поверхность или находится под покровом четвертичных отложений.
Гидрогеологический массив представляет собой систему стока трещинных вод и вод аллювиальных отложений. Особенности строения фундамента обусловили распространение в нем преимущественно трещинно-жильных вод. Местами развиты трещинно-карстовые воды. В верхних структурных ярусах фундамента спорадически встречаются трещинные пластовые воды.
Типы гидрогеологических массивов по структурно-геологическим условиям:
а) сложенные интрузивными породами (граниты, диориты и др.)
б) сложенные метаморфическими породами (гнейсами, гранито-гнейсами, метаморфическими сланцами);
в) сложенные терригенными, карбонатными и вулканогенными породами, образующими антиклинальные складки, выраженные положительными формами рельефа (гидрогеологический адмассив);
г) сложенные терригенными, карбонатными и вулканогенными породами, смятыми в синклинальные складки, выраженные положительными формами рельефа. (гидрогеологические интермассивы);
д) сложенные слоистыми осадочными отложениями, смятыми в синклинальные складки, образующие отрицательные формы рельефа (адартезиаиские бассейны);
Все типы ГМ связаны взаимными переходами и образуют с артезианскими бассейнами единый ряд гидрогеологических структур.
Формирование гидрогеологических структур тесно связано с условиями тектонического развития территорий. Гидрогеологические массивы претерпевают стадию складкообразования и наиболее интенсивных орогенных движений.
Гидрогеологические массивы , сложенные интрузивными и метаморфическими породами, слагают нижние ярусы фундамента. Гидрогеологические адмассивы, интермассивы и адартезианские бассейны образуют верхние структурные ярусы фундамента. Сложные сочетания разных типов гидрогеологических массивов с наложенными на них артезианскими бассейнами составляют гидрогеологические складчатые области и районы.
Между структурными ярусами фундамента отмечаются перерывы и несогласия, а также последовательное уменьшение степени метаморфизма и плотности пород вышележащих структурных ярусов и в связи с этим изменения водных свойств пород. В антиклинальных и синклинальных структурах и на крыльях происходит изменение плотности, трещиноватости и других водных свойств горных пород.
Поверхность гидрогеологических массивов покрыта четвертичными отложениями. Из них наиболее важное значение имеют аллювиальные отложения, подземные воды которых нередко используются для водоснабжения. Также большое значение имеют ледниковые образования, например, озы. Эти песчано-гравийно-галечно-валунные гряды иногда протягиваются на десятки километров, имеют высоту до 50 м и ширину в десятки метров и более. Подземные воды озов широко используются для водоснабжения в Швеции, Финляндии и на Кольском п-ове и в Карелии. В некоторых случаях происходит аккумуляция подземных вод в конусах выноса и озерно-аллювиальных отложениях.
Внутриструктурные карстовые бассейны. В пределах гидрогеологических массивов иногда отмечается наличие закарстованных карбонатных пород, к которым могут быть приурочены карстовые воды. Массивы карстовых известняков имеют самые разнообразные формы и размеры. Как правило, уровень вод в карстовых массивах находится ниже, чем в окружающих породах. Токи подземных вод направлены в карстовый массив, а разгрузка подземных вод такого бассейна обычно происходит в понижениях рельефа (долина) через источники, приуроченные к контакту карбонатных пород с вмещающими незакарстованными. В карстовых бассейнах обычно сосредоточены крупные ресурсы подземных вод, а источники карстовых вод нередко характеризуются огромными дебитами (десятки, сотни и тысячи литров в секунду).
В карстовых бассейнах выделяют:
- зону аэрации,
- зону сезонного обводнения карстовых полостей,
- системы постоянных водотоков и водоемов,
- зону глубоких карстовых вод.
Все эти зоны связаны между собой в единое целое.
Характеристика рельефа фундамента.
Поверхность фундамента обычно неровная, с отрицательными и положительными структурно-морфологическими элементами.
Отрицательные элементы различаются по ряду признаков.
По размерам выделяют:
1) мегаструктуры площадью более 1 млн. км2 (Западно-Сибирская низменность);
2)макроструктуры площадью в несколько сотен тысяч квадратных километров (Московская синеклиза, Прикаспийская впадина);
3) мезоструктуры площадью около 100 тыс. км2 (Зейско-Буреинская низменность);
4) микроструктуры площадью в десятки тысяч квадратных километров (впадины Прибайкалья и Забайкалья).
По глубине залегания относительно поверхности Земли различают следующие элементы фундамента:
а) глубокие, более 10 км (Предуральский прогиб. Прикаспийская впадина);
б) средние, 3—4 км (впадины Прибайкалья, Московская синеклиза);
в) неглубокие, до 2 км (впадины Забайкалья).
Положительные формы рельефа фундамента также различаются по ряду признаков.
По высоте выделяют:
- высокогорные (Тянь-Шань, Памир),
- среднегорные (Забайкалье),
- низкогорные и холмистые (мелкосопочник Казахстана),
- возвышенности на равнине.
Выделяют также изометричные (Анабарское поднятие) и линейные (Урал) формы.
Очень важно различать структурно-морфологические элементы рельефа фундамента, прикрытые (закрытые) и неприкрытые (раскрытые) чехлом. К первым относятся Воронежское и Токмовское поднятия фундамента, а ко вторым — Балтийский н Анабарский щиты. Встречаются и промежуточные структуры.
Особенности гидрогеологических массивов.
Подземные воды обычно имеют инфильтрационное происхождение, и их ресурсы в верхней части гидрогеологического разреза (до 300 м) быстро возобновляются. В глубоких зонах массивов могут сохраняться воды седиментационного генезиса. В условиях активного тектономагматического режима на отдельных участках встречаются воды метаморфогенного и магматогенного происхождения.
Огромное влияние на условия питания, движения и разгрузки подземных вод оказывают экзогенные факторы (рельеф, климатические и мерзлотные условия, тектонические процессы). Уклон местности и величины относительного превышения водоразделов над долинами рек определяют интенсивность водообмена. Количество и характер выпадающих атмосферных осадков вместе с другими климатическими факторами, рельефом и растительностью регулируют величину ресурсов подземных вод, обусловливают взаимосвязь поверхностных и подземных вод, а также влияют на состав последних. Наибольшие ресурсы подземных вод приурочены к долинам рек.
Выделяют несколько высотных поясов, которые различаются распределением атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод:
А — пояс аккумуляции и область питания и создания сезонного напора, где отсутствуют поверхностные водотоки;
Б — пояс инфильтрации и инфлюации временных поверхностных потоков;
В — пояс транзита и аккумуляции, где распространены сезонные источники и поверхностные водотоки;
Г — пояс разгрузки подземных вод, где распространены постоянно действующие источники, водотоки, ручьи и малые реки;
Д — пояс вторичного поглощения и разгрузки.
Возникновение и развитие зоны многолетней мерзлоты приводят к значительному ухудшению условий питания подземных вод, к образованию в верхней части гидрогеологического разреза прерывистой или сплошной водоупорной мерзлой зоны и к превращению ГМ при наиболее глубоком промерзании в криогеологический гидрогеологический массив.
Тектонические процессы способствуют перераспределению подземных вод, особенно в глубоких частях структур. Сейсмические явления способствуют созданию глубоких зон трещиноватости, в которых формируются трещинно-жильные воды — холодные вблизи поверхности и термальные на глубине. Температура, давление и состав вмещающих пород определяют основные черты минерализации и состава таких вод. Вулканические процессы сопровождаются насыщением этих вод углекислотой и гидрокарбонатами, появлением бора, лития и других компонентов.
В разрезе гидрогеологического массива выделяются зоны:
1.аэрации и нисходящего сезонного движения подземных вод,
2.сезонных колебаний уровня грунтовых вод,
3. трещинно-грунтовых вод,
4. трещинно-напорных вод.
Мощность зоны аэрации в хорошо дренируемых горных областях на водоразделах и склонах достигает сотен метров, а иногда 1 — 2 км. В этой зоне образуется приповерхностный сток, обычно приуроченный к покровным отложениям и существующий 10— 30 суток после инфильтрации осадков. Мощность зоны сезонных колебаний уровня подземных вод в горных районах может достигать нескольких десятков метров. Трещинно-грунтовые воды приурочены к зоне развития трещин выветривания. На водоразделах и в верхней части склонов эти воды встречаются обычно только в периоды атмосферного питания. Постоянное насыщение зоны выветривания наблюдается в нижней части склонов и в долинах рек. В долинах рек аллювиальные воды гидравлически связаны с поддолинными и подрусловыми водами и образуют с ними единую гидравлическую систему.
Трещинно-напорные воды связаны в основном с зоной региональной литогенетической и тектонической трещиноватости. Кроме того, они могут быть приурочены к разным типам тектонических нарушений, контактов, жил, даек и рудных тел.
Широкое распространение в гидрогеологическом массиве получили пресные воды преимущественно гидрокарбонатного состава. В условиях засушливого климата в составе вод значительную долю составляют сульфаты и хлориды. Катионная часть состава пресных вод весьма изменчива и зависит от вещественного состава пород, рельефа, климата и других факторов.
Гидрохимическая зональность гидрогеологических массивов выражается в изменении (обычно увеличении) минерализации и состава вод от водоразделов вниз по склонам и в глубину.
Температурная зональность гидрогеологических массивов в основном определяется характером рельефа, климатом и геологическим строением. Отмечается повышение температуры воды от вершин горных сооружений к их подошве. Величина этого повышения зависит от высоты гор и климатической обстановки. С глубиной происходит рост температур. У подошвы гидрогеологических массивов, ограниченных активными разломами, появляются термы, нередко образующие термальные линии. Температура терм свидетельствует о глубине их циркуляции; в отдельных случаях она достигает 90 °С и более.
Возраст гидрогеологических массивов определяется временем завершения складчатости, в результате которой закончился главный этап формирования геолого-структурной обстановки и началось его развитие как гидрогеологической структуры того типа, который наблюдается в современную эпоху. По возрасту различают:
- древнейшие допалеозоиские, сложенные преимущественно метаморфическими и изверженными породами (Балтийский, Украинский, Бразильский, Канадский и др.),
-палеозойские, образованные сильно метаморфизованными осадочными, вулканогенными породами, а также интрузивами (Уральский, Казахстанский и др.);
- мезо-кайнозойские, в которых получили преимущественное развитие слабо метаморфизованные отложения, широко проявлен молодой и современный вулканизм (Карпатские, Кавказские, Альпийские и др.).
4.вулканогенные бассейны
К вулканогенным бассейнам (ВБ) относятся бассейны стока верхне-, внутри- и межлавовых вод, приуроченных к различным вулканическим образованиям—конусам вулканов, покровам, потокам застывших лав н т. д. Они представлены многочисленными и подчас обширными покровами, потоками лав и сопутствующими им вулканогенными породами, туфами и другими пирокластами. Вулканогенные образования залегают на поверхности эрозионно-тектонического рельефа и перекрывают артезианские бассейны н гидрогеологические массивы. Подошва вулканогенного бассейна (его основание) неровная — с крупными понижениями, приуроченными к погребенным долинам, озерным котловинам и другим отрицательным формам рельефа, и поднятиями, отражающими возвышенные элементы рельефа — склоны и водоразделы, залитые лавами.
Рельеф кровли ВБ также неровный и разнообразный. Это в основном платообразные возвышенности и горы, плоские или выпуклые щитообразные поверхности, конусы потухших и действующих вулканов, цокольные террасы по долинам рек, сложенные долинными базальтами, иногда в той или иной степени эродированные вершины и водоразделы гор, обширные лавовые плато. Геологическое строение ВБ. Эти бассейны отличаются весьма разнообразным строением. Вулканогенные образования слагают:
- нагорные платобазальты (Армения, юг Приморья н Камчатка),
- вулканические поднятия (Кавказ, Камчатка и Курилы),
- вулканические склоны (Карпаты, Сихотэ-Алинь),
- вулканические депрессии и грабены (Приамурье и юг Камчатки),
- кальдеры в районах современного вулканизма.
Многократные извержения приводят к образованию в разрезе вулканической толщи пяти — десяти (реже более) водоносных горизонтов. Верхние водоносные горизонты таких сложных вулканогенных толщ характеризуются свободным уровнем. Водоносные горизонты средней части и основания толщи — напорные.
С глубиной степень обводненности вмещающих пород обычно уменьшается. Наиболее часто встречаются такие формы залегания как лавовые потоки. Их протяженность достигает 85 км, а мощность колеблется от нескольких до 150 м. Объем лапы при одном извержении составляет 3—12 км3. Пористость и трещиноватость эффузивов вниз по потоку уменьшается. Все это указывает на неравномерность изменения проницаемости не только по разрезу вулканогенных толщ, но и по площади их распространения.
Сложная форма лавовых потоков обусловливает весьма замысловатые контуры водоносных горизонтов. Процессы выветривания с течением времени приводят к постепенному снижению пустотности эффузивных пород и заполнению трещин и пор продуктами выветривания.
Уменьшению водопроницаемости эффузивов способствуют также тектонические процессы, процессы прогрессивного катагенеза и магматическая деятельность. Поэтому с увеличением возраста эффузивов фильтрационные свойства их ухудшаются; они теряют зональный характер скопления вод, приближаются по своим гидрогеологическим особенностям к метаморфогенным и интрузивным породам.
В эффузивных породах по характеру обводненности выделяют группы бассейнов: 1) неоген-четвертичного возраста, отличающиеся наиболее высокой водоносностью и содержащие преимущественно лавовые и трещинно-жильные воды;
2) палеогенового возраста, представленные в одинаковом соотношении лавовыми и трещинно-жильными водами;
3) верхнемелового возраста, в которых преобладающее распространение получили трещинно-жильные воды при подчиненной роли лавовых;
4) нижнемелового возраста, содержащие главным образом трещинно-жильные воды при спорадическом распространении лавовых.
В эффузивах юрского и более древнего возраста верхне-, нижне- и межлавовые воды не обнаружены. По характеру водоносности эти вулканогены сходны с метаморфогенными породами.
Динамика вод ВБ. Она подчинена поверхности рельефа. В вулканах наблюдается радиальное растекание вод на периферию, где их выходы фиксируются источниками нередко со значительным дебитом.
В условиях водораздельных платобазальтов и подобных образовании воды растекаются от линии водораздела по склонам в прилегающие долины.
В долинных потоках и покровах лав токи воды направлены со стороны склонов гор к залегающим у их подошвы ВБ. Вместе с тем, в глубоких частях сложных ВБ основания покровов, приуроченных к погребенным долинам, движение вод согласовано с уклоном долин.
Следует отметить, что верхние и нижние ярусы ВБ не всегда характеризуются одинаковой направленностью стока. Между верхним вулканогенным этажом и подстилающими породами основания нередко наблюдается тесная гидравлическая связь по зонам разломов. В случаях перетока вод из основания в ВБ в последнем могут формироваться гидрохимические и температурные аномалии.
Питание подземных вод ВБ в основном обеспечивается атмосферными осадками и конденсацией паров, а местами за счет перелива вод из подстилающих и примыкающих пород основания. Разгрузка происходит на периферии по долинам рек и нередко проявляется в виде источников с большими дебитами (десятки, сотни, а иногда и тысячи литров в секунду).
Гидрогеохимия ВБ.
Развитие гидрохимических процессов тесно связано с динамикой подземных вод. Условия интенсивного водообмена, широко распространенные в ВБ, обеспечивают формирование вод гидрокарбонатного натриево-кальциевого состава, с минерализацией 0,2—0,4 г/л и хорошими вкусовыми качествами
В эффузивах могут встречаться также рассолы, где вулканогенные отложения переслаиваются с соленосными.
Специфический состав вод формируется в районах современного вулканизма в условиях воздействия активных вулканических очагов. Выделяют две основные группы парогидротерм (200—350 °С) азотно-углекислого и углекислого газового состава, испытывающие в той или иной степени воздействие инфильтрационных вод.
История развития ВВ.
В истории ВБ можно наметить этапы развивающейся и отмирающей вулканической деятельности.
Для первого этапа характерно наличие в ВБ, наряду с холодными пресными инфильтрационными водами, образовавшимися в результате поступления атмосферных осадков, локальных скоплений горячих и сверхгорячих вод и парогидротерм разнообразного состава и минерализации (до 5 г/л, иногда более). Часть из них приурочены к путям продвижения вулканических эксгаляций к земной поверхности и к выходам их на поверхность. Это термальные, кислые, солянокислые, сернокислые и смешанного анионного состава соляно-сернокислые воды, богатые металлами; по газовому составу—сероводородно-углекислые. Они типичны для начальной стадии первого этапа и в дальнейшем сменяются углекислыми термальными, а затем и азотно-углекислыми термами.
Второй этап — отмирающей вулканической деятельности — характеризуется отсутствием термальных вод. На общем фоне пресных холодных вод инфильтрационного происхождения в ВБ встречаются отдельные месторождения холодных углекислых вод. В ряде случаев отмечается поступление углекислоты из подстилающего ВБ фундамента. Присутствие углекислых вод типично для первой стадии развития второго этапа. В дальнейшем они сменяются холодными пресными водами, безраздельно господствующими в недрах вулканогенного бассейна.
С глубиной и по пути движения трещинных вод в вулканогенах наблюдается рост минерализации в результате увеличения содержания преимущественно гидрокарбонатов натрия. Градиент роста минерализации составляет примерно 5—10 мг/л на 1 км пути и 50—70 мг/л на 100 м глубины.
В большинстве ВБ отмечается существование двух основных зон, различающихся по газовому составу:
- кислородно-углекисло- азотная до глубины 300 м
- азотной — ниже 300 м.
В ряде ВБ наряду с азотом установлено присутствие метана. Геотермическая ступень в большинстве ВБ довольно велика и составляет в среднем 40—50 м на 1 оС.
Таким образом, температура, газовый состав и химические особенности вод вулканогенных бассейнов закономерно изменяются по мере прохождения отдельных стадий их развития.
5. Литература.
1. В. А. Кирюхин, Н. И. Толстихин. Региональная гидрогеология. М.: Недра, 1987.—382 с.
2. А.В. Сидоренко (гл. ред.) и др. Гидрогеология СССР. Сводный том. Выпуск 1. Основные закономерности распространения подземных вод на территории СССР, М., «Недра», 1976, 656 с.
3. Ресурсы интернета.