ГЕОМЕХАНИКА

Грунтовые воды трещиноватых пород (часть 2)

Часто карстовые воды образуются вследствие поглощения речных вод. Как указывает Д. С. Соколов (1962), поток этих вод в основном приурочен к закарстованной зоне, спрямляющей излучину реки, тогда как в непосредственной близости от реки залегают слабоводопроницаемые породы (рис. 14).

В песчаниках открытая трещиноватость вследствие отсутствия трещин растворения развита значительно слабее, чем в известняках. Водозаборные скважины, питающиеся водами из песчаников, обычно имеют небольшую водообильность. Поэтому, если в районе, где намечается бурение разведочно-эксплуатационной скважины, залегают песчаники и известняки, то при прочих равных условиях бурить скважину следует на участке, сложенном известняками.

Развитая сеть открытых трещин встречается в молодых остывших лавах, излившихся на поверхности земли в четвертичное время. Открытые трещины в них образуются вследствие сильного уменьшения объема при быстром остывании. Лавовые покровы заполняют пониженные участки рельефа земной поверхности. Если покровы подстилаются водоупорными коренными породами, то в их подошве отмечаются мощные потоки пресных грунтовых вод, образующие в долинах мощные источники. Такие источники широко развиты в Армении и Грузии, где их используют для водоснабжения. Если в лавовых покровах водоносная зона имеет достаточную мощность, то, пробурив разведочно-эксплуатационную скважину, из нее можно получить значительное количество воды.

В магматических глубинных и метаморфических породах отмечаются региональная и локальная трещиноватости. Региональные трещины открываются в основном под влиянием физического выветривания этих пород. Суточные колебания температуры в среднем распространяются в породы на глубину до 3 м, годовые колебания — на 20—30 м, поэтому наибольшая трещиноватость пород отмечается в самых верхних слоях земной коры (рис. 15). Этот график составлен по данным бурения разведочных скважин в одном из районов Урала, где развиты преимущественно магматические и метаморфические породы.

Из кристаллических магматических пород наиболее интенсивной открытой трещиноватостью и наибольшей водообильностью характеризуются граниты и гранито-гнейсы, воды которых нередко используются для водоснабжения в пределах Украинского кристаллического массива. По материалам Б. Л. Личкова, дебиты отдельных водозаборных скважин достигают здесь 50—60 м³/ч. Наибольшая водообильность гранитов и гранито-гнейсов отмечается на глубине порядка до 30—60 м; в более глубоких горизонтах водоносные трещины можно встретить только случайно.

По данным Ф. А. Руденко (1958), открытая трещиноватость кристаллических пород Украинского массива и степень их обводненности зависят от ряда факторов. Он считает, что при прочих равных условиях трещиноватость древних кристаллических пород интенсивнее по сравнению с трещиноватостью более молодых кристаллических пород; чем мелкозернистее порода, тем больше отмечается в ней трещин. Количество трещин увеличивается и водообильность скважин повышается в зонах тектонических нарушений, а также на участках, приуроченных к долинам рек. В кристаллических породах, покрытых более древними мезозойскими отложениями, трещиноватость и обводненность меньше, чем в породах, залегающих под молодыми третичными и четвертичными осадками.

В районах залегания гранитов и гранито-гнейсов в верхнем слое пород вследствие их разрушения образуется дресва. Согласно данным Ф. А. Руденко, мощность коры выветривания очень непостоянна, она изменяется от 2—3 до 100 м, но в основном равна 12—18 м. В пониженных участках рельефа поверхности земли слой дресвы местами имеет значительную мощность и насыщен водой, которую можно получить при помощи водозаборных скважин. На Украине многие скважины питаются такими водами.

Обычно небольшой водообильностью характеризуются метаморфические сланцы и древние эффузивные породы. На основе большого материала Н. И. Плотников (1959) указывает, что трещиноватость в них развита очень неравномерно и распространена на небольшую глубину, поэтому в них встречаются отдельные изолированные обводненные участки, обладающие ограниченными ресурсами подземных вод.

Д. И. Щеголев и Н. И. Толстихин, исследовавшие водоносность кристаллических пород в Восточном Казахстане и в Забайкалье, указывают, что на развитие трещиноватости и на характер водоносности кристаллических пород значительное влияние оказывают современные физико-географические условия, в частности экспозиция и крутизна склонов. На южных и на более крутых склонах трещины развиваются интенсивнее и распространяются на большую глубину.

Кроме трещин регионального распространения, в кристаллических породах встречаются трещины, связанные с узкими, но глубокими зонами тектонических разломов. Породы, залегающие в этих зонах, часто имеют большую водопроницаемость, чем окружающие их породы. Водозаборные скважины, пройденные в породах подобной зоны, обычно характеризуются значительной водообильностью. Так, в пределах развития скальных пород Урала Н. Д. Буданов (1964) установил повышенную открытую трещиноватость и в связи с этим большую обводненность указанных пород в зонах проявления молодых глыбовых дислокаций мезозойского и палеогенового возраста.

Иногда тектонические зоны представлены истертыми горными породами, имеющими весьма слабую водопроницаемость, как это часто наблюдается при образовании надвигов и взбросов. Такие зоны затрудняют движение подземных вод, они служат водоупорными барьерами, разделяющими водоносный массив трещиноватых пород, поэтому бурить разведочно-эксплуатационные скважины в пределах распространения этих зон не следует.

Повышенная водообильность скважин иногда отмечается при пересечении ими контактов различных кристаллических пород, как это установлено на восточном склоне Урала (Н. Д. Буданов, 1956). Часто до глубины 100—150 м скважины проходят монолитные, практически безводные кристаллические породы, после чего встречают обводненный контакт двух пород с напорными водами. Вследствие различного характера и степени развития открытых трещин в кристаллических породах условия получения из них подземных вод очень сложны. Часто водозаборные скважины, расположенные на небольшом расстоянии одна от другой, имеют различную водообильность: одна скважина встречает безнапорную воду и имеет большую водообильность, другая — обнаруживает напорную воду на большей глубине и характеризуется небольшим удельным дебитом, а третья — оказывается практически безводной (рис. 16).

Примером могут служить три скважины, пробуренные на одном участке водозабора на Урале на расстоянии 100 м одна от другой. По данным В. В. Дубровского, все три скважины бурились ударно-канатным способом, имели одинаковые глубину и конструкцию и вскрывали одни и те же нижнесилурийские кварциты. Но в первой скважине не было обнаружено признаков водоносности, вторая скважина имела удельный дебит 1,5 м³/ч, а третья скважина, вскрывшая зону дробления, с удельным дебитом 15 м³/ч одна обеспечила потребности объекта.

Независимо от состава пород при выборе места бурения разведочно-эксплуатационных скважин следует обращать внимание на участки, в которых имеются естественные выходы подземных вод — источники, собирающие подземные воды с окружающих, иногда больших площадей. Вследствие усиленного движения подземных вод трещины в породах оказываются здесь более открытыми, чем в других частях района. На этих участках водозаборные скважины обычно дают больше воды, чем источники, поскольку в скважине можно создать понижение уровня.

Химический состав грунтовых вод трещиноватых пород подчиняется климатической зональности так же, как и воды рыхлых отложений, слагающих междуречные пространства. В некоторых районах, где встречаются хорошо растворимые гипсы и хлоридные соли, в трещиноватых скальных породах образуются азональ
ные минерализованные грунтовые воды (например, в Пермской области и в других районах западного предгорного прогиба Урала).

Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство "Недра", 1968

http://www.geoda.ru/library/drilling/21/

Вернуться в раздел "Статьи"...