Подземная гидросфера - Евгений Викторович Пиннекер

В осадочном слое Земли, то есть в среднем до глубины 5 километров, Н2О всюду, кроме территории распространения многолетнемерзлых пород, встречается в жидкой фазе. Примерно с глубины 12–16 километров на континентах и глубже 3 километров под океанами, а в областях современного вулканизма уже на глубине 1,5–2 километра (то есть в гранитном и базальтовом слоях) вода находится в надкритическом состоянии: здесь Н2О не может перейти в жидкость, как бы ни изменялось давление. А давление в глубоких частях земной коры достигает нескольких десятков тысяч атмосфер! Прибегнем к образному сравнению: надкритическую часть подземной гидросферы, на которую приходится почти 50 % ее массы, можно уподобить гигантскому котлу, где Н2О находится в состоянии сжатой пружины и стремится вырваться через вулканы или гейзеры.

Водоносные сосуды Земли. Одному из классиков геологии принадлежит выражение: «Вода — кровь Земли». В таком случае пустоты горных пород, содержащие воду, можно называть сосудами. Подземные воды — наиболее подвижный компонент подземной гидросферы — заключены в разнообразных водоносных сосудах, которые сообщаются между собой и тесно связаны друг с другом. Представляя подземные водоносные системы — емкости подземных вод, они имеют разные наименования: «гидрогеологическая структура», «водонапорная система» и так далее. Мне представляется весьма удачным термин «резервуар подземных вод» как собирательное понятие для геологического тела, содержащего подземные воды, хотя его синоним — «подземная водоносная система» — в этом значении представляется более емким.

Подземные водоносные системы — будем называть их так — имеют различные размеры, строение и форму. Это не только коллекторы. Когда резервуар обладает сложным строением, в нем коллекторы сочетаются с водоупорами. В зависимости от положения в пространстве он может быть и накопителем, и проводником подземных вод. Иначе говоря, такое понятие отражает формы жизни подземных вод.

Элементарное геологическое пространство, в котором находится подземная вода, представляет собой либо пору, либо трещину того или иного размера. Именно из водосодержащих пор или трещин состоят подземные водоносные системы. В зависимости от этого формируются порово-пластовые или трещинные и трещинно-жильные коллекторы подземных вод.

Самое мелкое подразделение резервуаров — это коллек-г тор с более или менее однородным распределением подземных вод. В осадочных породах сочетание обводненных пор, иногда и трещин образует водоносный горизонт — пласт, насыщенный водой и залегающий между водоупорами или над водоупором. Водоносным горизонтом называют и верхнюю выветрелую часть кристаллических пород, содержащую воду в трещинах.

Более сложные резервуары — водоносный комплекс и гидрогеологическая формация. Особым типом коллекторов подземных вод служат протяженные каналы, сообщающиеся каверны и полости — они представляют водоносную жилу. Заполненные водой карстовые пустоты или «открытые» разломы — таковы примеры водоносных жил.

По характеру залегания и напорным свойствам водоносные горизонты и другие резервуары аналогичного порядка принято разделять на грунтовые (безнапорные) и артезианские (напорные).

Читателю, вероятно, приходилось видеть естественные выходы подземных вод. Как они разнообразны! Уже по их форме можно заключить, с каким из перечисленных резервуаров они связаны. Скажем, вытянутая вдоль склона группа источников с медленно струящейся водой — это пластовый безнапорный водоносный горизонт. Наоборот, бурно выбивающаяся из трещины вода говорит о водоносной жиле, в которой вода находится под напором. Порой напор настолько велик, что возникает фонтан.

В платформенных и складчатых разломах различают фундамент, сложенный смятыми в складки кристаллическими породами, и перекрывающий его чехол, представленный слоистыми осадочными породами. В зависимости от коллекторских свойств горных пород и характера резервуара принято различать: артезианские бассейны — погружения, выполненные слоистыми осадочными породами чехла и содержащие преимущественно пластовые воды; гидрогеологические массивы — выступы кристаллических пород фундамента, где господствуют трещинные или трещинно-жильные воды.

Артезианский бассейн и гидрогеологический массив отличаются по форме геологического тела, распределению и особенностям движения подземных вод. Различны и содержащиеся в них скопления подземных вод, что позволяет их называть соответственно «бассейн пластовых вод» и «массив трещинных вод». Два последних названия более предпочтительны, чем термины «артезианский бассейн» и «гидрогеологический массив», поскольку резервуары подземных вод в этом случае сравниваются по сопоставимым и противопоставляющимся друг другу признакам. Тогда, кстати, гораздо проще решается вопрос о проведении границы бассейна с массивом: она отвечает смене коллекторских свойств.

Бассейн и массив значительных размеров и сложного строения, в отличие от простого бассейна и простого массива, могут рассматриваться как сложный бассейн и сложный массив.

В следующую градацию входят резервуары, отвечающие более значительным геологическим телам. Система бассейнов отвечает плите — опущенной части платформы, которая вмещает несколько сложных бассейнов пластовых вод, разделенных поднятиями или выступами кристаллического фундамента. К системе массивов относятся щиты — приподнятые цоколи древних платформ. Что же касается системы массивов и бассейнов подземных вод, то она представляет объединяемую единой ветвью складчатости совокупность резервуаров трещинных и пластовых вод, при этом последние в ней обычно имеют подчиненное значение.

Наконец, самыми крупными резервуарами будут гидрогеологический кратоген, отвечающий платформе, и гидрогеологический ороген, который охватывает пояс геосинклинальных (складчатых) сооружений. Названия «кратоген» как синоним устойчивости (по-гречески «кратос» — сила, крепость) и «ороген», — отражающее складчатость и горообразование («орос» — гора), говорят о закономерности распространения и формирования подземных вод в крупнейших геологических телах. Коренные различия в истории подземных вод — вот что очень хорошо отличает гидрогеологический кратоген от гидрогеологического орогена.

Картирование и изучение подземных водоносных систем является одной из главных задач гидрогеологических исследований. Одновременно рассмотренная номенклатура водоносных сосудов представляет основу гидрогеологического районирования. В зависимости от размера, строения и формы подземная водоносная система соответствует определенному гидрогеологическому региону, каждый из которых отличается единством природных гидрогеологических условий (табл. 4). Регион — обобщенное название порядковых единиц районирования безотносительно ранга. Под гидрогеологическим регионом понимают часть поверхности и недр Земли, выделяющуюся единством особенностей формирования, распространения и использования подземных вод. Это — проекция подземной водоносной системы на земной поверхности.

РОДОСЛОВНАЯ ВОДЫ

Воды, в которые я вступаю, не пересекал еще никто.

Данте. Божественная комедия

Легче изучить движение спутников Юпитера, чем течение воды.

Галилео Галилей