ГЕОМЕХАНИКА

Артезианские воды (часть 1)

Артезианские водоносные горизонты, используемые для водоснабжения, обычно приурочены к карбонатным породам (известнякам, доломитам, мергелям, меловым породам) и пескам, реже к песчаникам и опокам.

В природных условиях часто встречается не один, а несколько артезианских водоносных горизонтов, залегающих один над другим и разделенных толщами водоупорных пород. Система таких водоносных горизонтов, выдержанная на значительной по площади территории, называется артезианским бассейном; такими бассейнами являются Днепровско-Донецкий, Московский, Ленинградский, Карагандинский и др.
В зависимости от геоморфологических и геологических условий можно выделить артезианские бассейны трех видов.

• 1. Артезианские бассейны синклинальных структур горных сооружений, вытянутые по простиранию пород и имеющие сравнительно небольшие размеры. Длина таких бассейнов обычно не превышает нескольких десятков километров. Водоносные горизонты характеризуются в основном облегченными условиями питания и дренирования.
• 2. Артезианские бассейны предгорных равнин, часто занимающие большие территории. Водоносные и водоупорные слои залегают здесь моноклинально с падением в сторону предгорной равнины. Области питания и дренирования водоносных горизонтов выделяются в этих бассейнах четко; первые приурочены к горным сооружениям, вторые — к долинам рек предгорной равнины.
• 3. Артезианские бассейны платформ, занимающие большие площади (тысячи квадратных километров). Водовмещающие породы могут залегать почти горизонтально, образовывать котловины с пологими бортами или пологие склоны. Артезианские водоносные горизонты питаются на междуречных пространствах и дренируются в долинах рек.

Теория движения воды в артезианских бассейнах была разработана А. Н. Мятиевым (1947). Согласно этой теории, области питания артезианских горизонтов приурочены к положительным формам рельефа, а районы дренирования — к долинам рек основной гидрографической сети, к озерным впадинам и морским побережьям независимо от наличия в кровле горизонта глинистых пород. Последние затрудняют, но не устраняют питание и дренирование артезианских горизонтов, как считалось ранее, когда области питания и районы дренирования ограничивались только площадями, в которых породы данного горизонта выходили на поверхность земли. В областях питания наряду с горизонтальным движением артезианских вод по водоносному горизонту происходит нисходящая фильтрация их, поэтому пьезометрические уровни воды в глубоких водоносных горизонтах устанавливаются здесь ниже, чем в вышележащих водоносных горизонтах. В районах дренирования, где артезианские воды имеют восходящее движение, в нижних водоносных горизонтах пьезометрические уровни находятся выше пьезометрических уровней водоносных горизонтов, залегающих ближе к поверхности земли (рис. 17). Если в артезианском бассейне имеется несколько водоносных горизонтов, то при прочих равных условиях более интенсивным водообменом характеризуется артезианский горизонт, залегающий ближе к поверхности земли.

Теория питания, движения и дренирования артезианских вод, предложенная А. Н. Мятиевым, в последнее время подтверждена региональными гидрогеологическими исследованиями, проведенными в пределах Русской платформы (М. А. Гатальский, 1954), Московском артезианском бассейне (А. С. Белицкий, 1958), артезианских бассейнах Северного Кавказа (С. А. Шагоянп, 1959), Казахстана (У. М. Ахмедсафин, 1961), юга Западно-Сибирской низменности (Н. В. Гармонов, А. В. Иванов и др., 1961), Приаралья (И. М. Черненко, 1965) и др.

Если в данном районе имеется несколько артезианских водоносных горизонтов, мало отличающихся по составу пород, то, исходя из указанной теории и последующих региональных гидрогеологических исследований, наиболее целесообразно использовать артезианский горизонт, залегающий ближе к поверхности земли.

При выборе места бурения разведочно-эксплуатационной скважины нужно учитывать, что большую водообильность следует ожидать при заложении скважины на участке, где уменьшается мощность пород, покрывающих водоносный горизонт, и в составе этих пород больше водопроницаемых разностей. Наибольшая водообильность отмечается в местах выклинивания пород водоупорной кровли. Очень большую водообильность имеет скважина, когда на трещиноватых известняках и доломитах, водами которых она питается, непосредственно залегают обводненные пески.

Относительное увеличение водообильности скважин во многих артезианских бассейнах наблюдается в долинах рек и других понижениях современного рельефа. Здесь вследствие уменьшения мощности покрывающих пород облегчается местное питание водоносного горизонта. Кроме того, часто отмечается несколько повышенная и неустойчивая минерализация подземных вод под влиянием разгрузки (дренирования) вод из глубоких водоносных слоев. Последнее увеличивает агрессивность вод и благоприятствует развитию открытых трещин в известняках и доломитах.

Если слои, перекрывающие породы водоносного горизонта, залегают на них трансгрессивно, то водообильность скважин может зависеть от древнего погребенного рельефа кровли горизонта. Во многих районах наиболее водообильными оказываются скважины, заложенные на тех участках, где древний погребенный рельеф кровли водоносных пород сильнее расчленен; примером может служить упинский водоносный горизонт нижнего карбона в Подмосковном угольном бассейне.

При выборе артезианского водоносного горизонта для питания разведочно-эксплуатационной скважины при прочих равных условиях следует отдавать предпочтение водоносным горизонтам, приуроченным к трещиноватым скальным породам, а не к пескам. Для получения воды из песков необходимо установить фильтры, которые создают дополнительные сопротивления движению воды в приемной части скважины.

Кроме того, при эксплуатации скважин фильтры зарастают выпадающими из воды химическими осадками или забиваются мелкими частицами песка, вследствие чего постепенно уменьшается водообильность скважин. Трещиноватые же скальные породы обычно обеспечивают более устойчивую водообильность скважин в процессе их эксплуатации.

В артезианских бассейнах, сложенных скальными водоносными породами, зоны проявления интенсивной тектонической трещиноватости благоприятны для получения большого количества воды.

При выборе артезианского водоносного горизонта для питания разведочно-эксплуатационной скважины и места ее заложения нужно учитывать условия формирования химического состава артезианских вод.

Минерализация артезианских вод, как правило, увеличивается с глубиной. В верхних водоносных горизонтах, находящихся в зоне усиленной циркуляции, воды обычно пресные, гидрокарбонатные, переходящие ниже в сульфатно-гидрокарбонатные и сульфатные. Воды зоны замедленной циркуляции имеют повышенную минерализацию и сульфатно-хлоридный или хлоридно-сульфатный состав.

В наиболее же глубоких водоносных горизонтах, в зоне весьма замедленной циркуляции, отмечаются хлоридные воды, имеющие концентрацию рассолов.

В раскрытых проточных и промытых геологических структурах, как, например, в Московском артезианском бассейне, граница между пресными гидрокарбонатно-сульфатными и минерализованными сульфатно-хлоридными водами находится на глубине 150—400 м, а граница между минерализованными сульфатно-хлоридными и хлоридными рассолами — на глубине 600—700 м от поверхности земли (Г. В. Богомолов, М. С. Яншина и др., 1962).

В закрытых непроточных и непромытых геологических структурах (например, в Заволжье и в Предуральском прогибе) эти границы располагаются ближе к поверхности земли — соответственно на глубине 50—100 и 100—300 м (Т. П. Афанасьев, 1965).
В зависимости от нахождения данного участка в области питания или в районах дренирования влияние вертикального движения артезианских вод на их минерализацию различно.

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

http://www.geoda.ru/library/drilling/22/

Вернуться в раздел "Статьи"...