Подземная гидросфера - Евгений Викторович Пиннекер

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ —

КОМПЛЕКСНОЕ ПОЛЕЗНОЕ ИСКОПАЕМОЕ

[Подземная] вода есть самое главное полезное ископаемое.

А. П. Карпинский

Все подземные воды — воды возобновляемые.

А. И. Силин-Векчурин

Месторождения подземных вод. Изучение подземной гидросферы ведется не только ради познания ее тайн или для выяснения роли воды в геологических процессах. Главная цель — хозяйственное использование заключенных в ней ресурсов, в первую очередь подземных вод, роль которых особенно возросла за последние годы в связи с увеличивающейся потребностью в пресной воде, развитием санаторно-курортной сети, извлечением из минеральных вод подземного тепла и целой гаммы необходимых для промышленности химических элементов. На службу человека начинают привлекаться также подземные льды, пароводяная смесь и другие компоненты подземной гидросферы, масштабы освоения которых, однако, еще скромные.

Вряд ли будет преувеличением заявить, что в наше время без использования воды земных недр не обходится ни одна отрасль промышленности и сельского хозяйства, практически ни один населенный пункт, пожалуй, никто и ничто на Земле. Особенно большое значение они имеют в экстремальных климатических условиях — пустынях и зоне мерзлоты, где служат главным источником водоснабжения. Недаром говорят, что «в пустыне вода дороже алмаза» (заметим: там это, как правило, вода подземная). С золотом сравнивают ее жители Севера. Более того, подземные воды принято считать главным, наиболее драгоценным и важнейшим полезным ископаемым. Так о них говорил на I Всесоюзном гидрогеологическом съезде «патриарх» русской геологии академик А. П. Карпинский.

Как и у других полезных ископаемых, скопление подземных вод, пригодное для использования, называют месторождением. Различают таковые пресных и минеральных вод. Однако в отличие от обычных месторождений они специфичны и представляют динамичную систему с меняющимися границами и изменяющимся качеством, а само полезное ископаемое под влиянием природных или искусственных факторов — этим оно отличается от остальных видов минерального сырья — является возобновляемым.

При количественной оценке подземных вод используют такие понятия, как геологические запасы, к которым относится стационарный объем воды в подземном резервуаре, и естественные ресурсы, то есть поступающая в резервуар часть воды, которая непрерывно возобновляется в процессе общего круговорота влаги на Земле. В первом случае размерностью будут объемные единицы, во втором — расход в единицу времени. Количественную оценку месторождений подземных вод дают эксплуатационные ресурсы (часто их по аналогии с другими полезными ископаемыми называют «запасы», хотя они, имея размерность расхода, характеризуют не запасы, а именно ресурсы). Под ними понимается количество подземных вод, получаемое рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и качестве воды в течение всего расчетного срока потребления. Кроме того, могут быть искусственные запасы (объем накопления или восполнения) и ресурсы (расход такого потока).

Эксплуатационные ресурсы (запасы) включают не только естественные, но и искусственные ресурсы — привлекаемые поверхностные и другие воды для восполнения резервуара. Поэтому величина эксплуатационных ресурсов (запасов), будучи, как правило, меньше количества естественных ресурсов, в случае привлечения искусственных ресурсов значительно их превосходит. Впрочем, встречаются месторождения, в первую очередь подземных вод глубоких горизонтов, эксплуатация которых производится главным образом путем сработки геологических запасов: тогда эксплуатационные ресурсы (запасы) намного больше естественных ресурсов.

Существуют различные группировки месторождений подземных вод — в зависимости от водно-коллекторских свойств пород, напора или состава подземных вод, влияния физико-географических факторов и условий эксплуатации. Наиболее простой является типизация, основывающаяся на водно-коллекторских свойствах пород и позволяющая выделить следующие типы месторождений пресных и минеральных вод: пластового, трещинно-жильного и смешанного пластово-трещинного типа. На учете напорных свойств подземных вод с последующей детализацией по условиям накопления естественных ресурсов и эксплуатационным возможностям основана классификация месторождений пресных подземных вод ведущего советского гидрогеолога профессора Н. И. Плотникова (табл. 10), который называет выделенные типы промышленными, иначе говоря, пригодными для промышленной эксплуатации.

Искать месторождения подземных вод не всегда просто. Порой они бывают скрыты на большой глубине или приурочены к зонам тектонических нарушений, которые не проявляют себя на поверхности. Не везде подземные воды можно получить в нужном количестве и удовлетворительного качества. Поэтому еще в глубокой древности высоко ценилось искусство их поисков.

Методы обнаружения месторождений подземных вод разнообразны, но все они основаны на знании закономерностей распространения этого полезного ископаемого в недрах Земли. Чтобы выявить места скопления подземных вод там, где отсутствуют источники, используют литологические, геологоструктурные, орографические, гидролого-гидрогеологические и другие критерии поисков. О глубине залегания подземных вод можно судить по влаголюбивым растениям-фреатофитам. Для обнаружения и оконтуривания месторождений широко используются геофизические поиски, в частности электроразведка, которая сравнительно легко по различному сопротивлению водонасыщенных и безводных пород выявляет скопления подземных вод. В последние годы используются дистанционные методы (космические и другие). Только после такой тщательной подготовки выводят подземные воды колодцами или скважинами.

Короче, поиски месторождений подземных вод — целая наука, которая требует глубоких и разносторонних знаний. Ни интуиция, ни, тем более, озарение или «волшебство», исключая разве что талант, в этом деле не помогут. Между тем как раз для поисков подземных вод более двух тысячелетий применяется «волшебная» палочка[4].

Так называют обычную лозу или ивовый прут в виде рогатки. Человек берет «волшебную» палочку обеими руками и идет… В том месте, где есть неглубоко подземная вода, прут отклоняется от горизонтального положения и даже начинает вращаться. Лозоходцы (рис. 18) всегда были окружены ореолом таинственности. Во всяком случае, о них ходили легенды. Способ знали древние греки и римляне. Его описал Агрикола. Лозоходцы иногда находили воду, а иногда нет.

Рис. 18. Поиски подземных вод биофизическим методом: слева —  с применением лозы («волшебной» палочки), справа — при   помощи металлической рамки.

Как-то во время поездки в ГДР для чтения лекций в хорошо известной своими геологическими традициями Фрейбергской горной академии я попросил в тамошней библиотеке подобрать литературу о «волшебной» палочке. Популярных изданий тут не было. Только научных книг и только на английском и немецком языках принесли несколько десятков. Поразило и другое: авторы