Водопроницаемые и водоупорные породы это кратко
Обновлено: 05.07.2024
Минералами называются все элементы и их химические соединения, встречающиеся в земной коре в форме тел, отличающихся однородностью состава, строения и свойств. Минералы можно определять по цвету, блеску, твердости, излому, запаху и т.д. Для бурения большое значение имеет твердость.
Горные породы
Минералы в земной коре, за редкими исключениями, не встречаются отдельно. Обычно они собраны в группы или агрегаты, называемые горными породами.
Горные породы по происхождению разделяются на изверженные, осадочные и метаморфические.
Бурение на воду производят преимущественно в осадочных и метаморфических породах и значительно реже в изверженных.
Осадочные породы по происхождению разделяются на обломочные, образовавшиеся из обломков других пород, химические, образовавшиеся в результате выпадения осадков из воды или из других растворов (эти породы бывают кремнистые, карбонатные и железистые), и органогенные, образовавшиеся из скопления остатков животных и растений (к ним относятся известняки, доломиты, угли и т.п.).
Валуны, галечник, щебень и другие крупные окатанные и угловатые обломки горных пород образовались в результате разрушения разнообразных изверженных и метаморфических пород и последующей обработки их ледниками и морскими водами.
Пески представляют собой продукт дальнейшего разрушения более крупных обломочных пород. Наибольшее распространение имеют кварцевые пески. По примесям других разрушенных минералов выделяют пески слюдистые, магнетитовые, железистые и др.
Глины могут образовываться в результате сноса мельчайшего ила, который реки несут в виде мути и который затем отлагается в спокойной воде. Различают, кроме того, глины, образовавшиеся в результате действия ледника, а также представляющие собой конечный продукт разрушения гранита в процессе выветривания (каолины и огнеупорные глины Украинского кристаллического массива). Химический состав глин разнообразен. Кроме каолина (кремниевых соединений глинозема), в состав глин входят мельчайшая кварцевая мука, железистые соединения, известь, доломит, иногда гипс и другие вещества.
Суглинки (песчаные глины) и супеси (глинистые пески) - это переходные горные породы от глин к пескам; по своему составу они представляют различные соотношения смеси песчаных и глинистых частиц. Наименования "суглинок" и "супесь" применяются только для пород четвертичного возраста. Для пород дочетвертичного возраста, аналогичных по составу суглинку и супеси, соответственно применяются наименования "песчанистая глина" и "глинистый песок".
При оборудовании водоприемной части скважины необходимо знать размер частиц породы, в которой намечается установить фильтр, и количественное соотношение этих частиц между собой.
Классификация горных пород по буримости
Все горные породы независимо от их происхождения обладают определенной сопротивляемостью разрушению буровым инструментом. Эта сопротивляемость, называемая степенью буримости, зависит от многих факторов, например, от твердости минеральных частиц, слагающих породу, их крупности, хрупкости, от прочности цементирующего вещества, влагоемкости породы, вязкости и монолитности ее и т.д., иными словами, от состава, строения, состояния и свойств породы, а также от вида и способа бурения.
Основные сведения из гидрогеологии
Водопроницаемые и водоупорные горные породы, водоносные горизонты
Водопроницаемы и обычно также водоносны горные породы, хорошо пропускающие (фильтрующие) воду: крупнозернистые пески, гравий, галечники, щебень, валуны, сильнотрещиноватые скальные породы и т.п., т.е. породы, в которых имеется достаточное количество крупных пустот ля проникновения и передвижения воды.
Водоупорными горными породами являются плотные тяжелые глины, плотные суглинки, а также различные изверженные и метаморфические породы, если они не трещиноваты.
Если изверженные и метаморфические породы трещиноваты, то они становятся водопроницаемыми. Пласты и слои водопроницаемых и водоупорных пород обычно чередуются. Формы и виды залегания отдельных слоев горных пород и их свит весьма разнообразны. Нередко различно наклоненные или изогнутые слои водопроницаемых пород выходят на земную поверхность. Здесь воды рек и атмосферные осадки, соприкасаясь с ними, просачиваются вглубь, причем наиболее благоприятны для этого песчаные, гравийные, галечниковые слои или слои трещиноватых горных пород - известняков, сланцев, песчаников и т.п.
В верхних частях земной коры преобладают подземные воды в песках и других рыхлых породах.
Водоносным горизонтом называется пласт водопроницаемой породы, заполненный (насыщенный) водой, и способный отдавать ее.
Площади распространения водоносных горизонтов и водоносных пород обычно совпадают.
Площади питания совпадают с местами выхода на дневную поверхность пород, слагающих водоносный горизонт, а также с участками, где эти породы не перекрыты водоупорными толщами значительной мощности.
Водопроницаемость рыхлых (обломочных) пород зависит от их гранулометрического состава и, в частности, от содержания мелких пылеватых и глинистых частиц. Для определения содержания в водоносной породе частиц различного размера необходим анализ ее гранулометрического состава. В соответствии с полученными данными подбирают размер частиц песчано-гравийной засыпки, определяют шаг намотки проволоки, выбирают номер сетки для фильтра и т.п.
Виды подземных вод
По условиям залегания и питания водоносных горизонтов различают следующие подземные воды: верховодки, грунтовые воды со свободной поверхностью, безнапорные межпластовые, артезианские (напорные).
Кроме того, по условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.
Водоносные горизонты всегда залегают на водоупорных или весьма слабопроницаемых для воды горных породах.
Подошвой водоносного горизонта называются горные породы, подстилающие водоносный горизонт, и, в частности, их верхняя поверхность. Обычно она бывает водоупорной.
Верховодкой называют подземные воды, которые находятся на незначительной глубине (2-3 м) над водоупорными прослоями имеющими небольшое распространение на площади. В местах, где водоупорные прослои кончаются, верховодка также исчезает, стекая в нижележащий, более мощный водоносный горизонт. Запасы верховодки незначительны и непостоянны и зависят от количества выпадающих осадков. В засушливые периоды и зимой верховодка обычно исчезает. Для водоснабжения верховодку не используют, она легко загрязняется с поверхности земли. Поэтому при бурении скважин для водоснабжения верховодку необходимо тщательно изолировать обсадными трубами, чтобы избежать загрязнения расположенного ниже водоносного горизонта.
Горизонты грунтовых вод со свободной поверхностью залегают на ближайшем от поверхности земли водоупорном слое. Содержащие их водоносные слои сложены рыхлыми зернистыми или скальными трещиноватыми породами. Подземные воды этого типа могут питаться за счет инфильтрации (просачивания) в глубину по всей площади распространения водоносного горизонта. Они могут легко загрязняться стоком из выгребных ям, животноводческих ферм и т.п. Поэтому при использовании таких грунтовых вод для водоснабжения необходимо обеспечить надежную санитарную проверку и охрану участка водозабора.
Уровень грунтовых вод устанавливается в скважине на той глубине, на которой они были вскрыты. Если среди водоносного слоя имеются водоупорные слои в виде линз, то после проходки их в скважине может наблюдаться местный, обычно небольшой напор.
Подземные воды, циркулирующие в водоносных породах и расположенные между двумя водоупорными слоями, бывают безнапорными или же обладают определенным напором. В последнем случае они называются артезианскими.
Грунтовые безнапорные межпластовые воды соединяются с поверхностью земли водопроницаемыми слоями лишь на отдельных участках своего распространения; на всей остальной площади они хорошо защищены от загрязнения с поверхности верхним водоупорным слоем. При вскрытии вод уровень их в скважинах устанавливается либо очень незначительно выше водоупорной кровли водоносного слоя, либо на границе верхнего водоупора и водоносного слоя.
Артезианские водоносные горизонты также залегают между двумя водоупорными слоями и надежно защищены от поверхностного загрязнения. В отличие от грунтовых вод они часто имеют отдаленную область питания - за несколько километров и даже за десятки и сотни километров. При вскрытии скважиной уровень артезианской воды всегда устанавливается значительно выше водоупорной кровли водоносного горизонта, а иногда артезианская вода сама изливается из скважины (фонтанирует). На тех участках, где артезианские воды получают питание, они приобретают характер или грунтовых со свободной поверхностью, или межпластовых грунтовых вод.
Подземные воды всех перечисленных видов могут циркулировать в пустотах рыхлых зернистых или в трещинах скальных пород. В последнем случае подземные воды, относящиеся к любому из перечисленных видов, получают дополнительное название трещинных.
Движение подземных вод
Движение воды в водоносном горизонте, или так называемая фильтрация, происходит по порам и мелким трещинам горных пород. Отдельные струи движутся равномерно, без разрыва сплошного потока, с небольшими скоростями параллельно одна другой.
Такое движение подземной воды преобладает в природных условиях и называется ламинарным. Закон ламинарного движения формулируется следующим образом. Расход (или количество) воды, фильтрующейся через определенную площадь (поперечное сечение) горной породы, пропорционален этой площади, напору и обратно пропорционален длине пути фильтрации на данном участке потока.
Отклонения от закона ламинарного движения происходят при действительной скорости движения подземной воды свыше 1000 м/сутки, что наблюдается лишь в карстовых районах и в породах, имеющих большие трещины. Движение воды переходит в вихреобразное или турбулентное, при котором струи воды уже не движутся параллельно.
ВИДЫ СКВАЖИН
Буровые скважины представляют собой цилиндрические горные выработки, имеющие большую глубину (до 5 км и более) и сравнительно небольшой диаметр. Глубина буровых скважин на воду составляет от 10 до 1000 м и более; наиболее часто распространены скважины глубиной 100-150 м, реже - 200-300 м. Только в отдельных, сравнительно небольших районах страны глубина скважин на воду достигает 800-1000 м.
Скважины, вскрывающие пласты, содержащие подземные воды, имеют много преимуществ перед другими водозаборными сооружениями, и в связи с этим бурение их носит массовый характер.
Для добычи воды бурят одиночные скважины или группы скважин. Поэтому все водозаборы подземных вод делятся на групповые и одиночные.
Групповые подземные водозаборы состоят из нескольких одновременно работающих скважин, расположенных на таком расстоянии, при котором они взаимодействуют или могут взаимодействовать в определенных условиях режима эксплуатации.
Одиночные подземные водозаборы представляют единичные скважины и группы скважин, которые находятся вне зоны возможного взаимодействия или расположены хотя и на близком расстоянии одна от другой, но работают в разное время и поэтому не взаимодействуют (поочередно действует только одна скважина, а остальные - резервные).
На участках крупных водозаборов в малоизученных районах необходимо проводить разведочное бурение и опытные работы. В районах с хорошо изученными гидрогеологическими условиями на участках, перспективных в отношении количества и качества подземных вод для проектируемого группового водоразбора, бывает целесообразно без предварительной разведки начать сразу эксплуатационную разведку скважинами большого диаметра. После того как эти скважины выполнят свое назначение - разведку и опробование водоносного горизонта, их оборудуют эксплуатационными водоподъемниками и превращают в источники постоянного водоснабжения.
Одиночные скважины на воду бурят, как правило, без предварительной разведки. Следовательно, это своеобразная и ответственная работа, так как разведка и исследование в этом случае должны сочетаться с созданием эксплуатационного инженерного сооружения.
Разведочно-эксплуатационной называется скважина, конструкция которой, включая водоприемную часть, рассчитана на оборудование водоприемником проектной производительности. При положительных результатах опробования эти скважины передают в постоянную эксплуатацию.
Разведочной называется скважина облегченной конструкции и сравнительно небольшого диаметра, оборудованная временным фильтром и предназначенная для вскрытия и предварительного опробования водоносного горизонта. Разведочные скважины обычно бурят с таким расчетом, чтобы при необходимости можно было извлечь обсадные трубы и фильтр.
Эксплуатационной может считаться скважина только после передачи ее в эксплуатацию. Это название не должно присваиваться скважине при проектировании, так как даже в районах с хорошо изученными, но не разведанными детально на данном конкретном участке геолого-гидрогеологическими условиями всегда встречаются значительные отклонения от проекта. Поэтому одиночные скважины на воду, которые бурят без предварительной разведки точки заложения, должны быть всегда разведочно-эксплуатационными. В проектную конструкцию почти каждой скважины приходится вносить изменения в процессе ее бурения, опробования и оборудования. В этом заключается принципиальное отличие назначения и задач разведочно-эксплуатационного бурения на воду от эксплуатационного бурения, например, нефтяных скважин.
Эксплуатационные скважины на нефть бурят на детально разведанных месторождениях, четко оконтуренных и опробованных. При этом соблюдается строгое соответствие проекту, иногда даже типовому для данного месторождения. Недооценка, а иногда непонимание различия между эксплуатационным бурением на нефть и эксплуатационным бурением на воду нередко приводят к формальному механическому следованию запроектированной конструкции скважины без учета вскрываемого разреза и к изоляции нужного водоносного горизонта. В результате скважина оказывается дефектной. Во избежание этого при так называемом эксплуатационном бурении на воду необходимо вести инициативную разведку и опробование вскрываемых водоносных горизонтов, особенно в малоизученных районах.
Оценка качества воды для целей водоснабжения
Требования к химическому и бактериальному составу воды
Согласно ГОСТ 2761-57, источник (подземные воды) может быть использован для хозяйственно-питьевого водоснабжения, если качество воды соответствует следующим требованиям.
Водорастворимые породы — это калийная и поваренная соли, гипс, известняк. Когда подземные воды растворяют их, на глубине образуются большие пустоты, пещеры, воронки, колодцы (это явление называется карстом).
К водоупорным горным породам относятся глины, массивные кристаллические и осадочные породы. Однако эти породы могут быть разбиты трещинами и в естественных условиях стать проницаемыми.
Почвенные воды — временные скопления воды в почвенной толще, которые накапливаются до глубины \(1,5\) м. Они обеспечивают жизнь растений.
Грунтовые воды залегают неглубоко от поверхности земли. Они не обладают напором. Грунтовые воды очень сильно зависят от осадков и испарения. В пустынных районах грунтовые воды залегают на большой глубине.
Межпластовые воды мало зависят от климатических условий. Они залегают намного глубже чем грунтовые воды. Пополнение водой происходит медленно и в тех местах, где водоносные горизонты выходят на поверхность.
Гейзеры возникают в местах близкого залегания неостывшей магмы к земной поверхности. Подземные резервуары заполняются водой, нагреваются и под давлением выходят на поверхность.
Подземные воды являются одним из источников питания рек и озёр, они также используются человеком в хозяйственной деятельности.
Слои, сложенные легко пропускающими воду породами (песком, гравием), называются водопроницаемыми. Водоупорные слои, сложены плотными, задерживающими воду породами: глинами, кристаллическими или мерзлотными породами.
2. Что такое водоносный горизонт?
Слой горных пород, в котором заключены подземные воды, называют водоносным.
3. Какими бывают подземные воды по температуре? Солености?
По солености: пресные, солоноватые, соленые, рассолы.
По температуре: переохлажденные, холодные, теплые, горячие, очень горячие, перегретые.
4. Где расположен самый крупный артезианский бассейн на планете?
Самый крупный артезианский бассейн на планете — Западно-Сибирский. Расположен на территории Западно-Сибирской равнины.
5. Где на земном шаре расположены крупнейшие гейзерные поля и почему именно там?
Крупные гейзерные поля есть только в 5 местах земного шара: на острове Исландия, на полуострове Камчатка в Евразии, на острове Северный в Новой Зеландии, на плато Йеллоустон в Северной Америке и в Центральных Андах Южной Америки. Здесь раньше была активная вулканическая деятельность.
2. Практикум
1. Запишите названия горных пород: соль, гипс, гранит, гравий, глина, мел, песок. Подчеркните водоупорные породы прямой линией, водопроницаемые и водорастворимые — прерывистой.
3. При выполнении домашнего задания по географии ваш друг перепутал виды подземных вод и их характеристики. Помогите ему найти ошибки:
а) межпластовые безнапорные воды залегают между водоупорными слоями под давлением;
б) грунтовые воды накапливаются в почвенной толще до глубины 1,5 м;
в) артезианские воды залегают между водоупорными слоями без напора;
г) почвенные воды расположены на первом водоупорном слое.
А) они находятся не под давлением, спокойно стекают.
Б) это почвенные, а не грунтовые воды
В) они залегают под напором
Г) это грунтовые воды, а не почвенные
3. Давайте обсудим
1. Представьте, что вашей семье необходимо выкопать на даче или в деревне колодец. В какое время года его удобнее копать и почему?
Обычные колодцы с использованием бетонных колец лучше всего копать либо ранней осенью, либо зимой - это время, когда уровень грунтовых вод наименьший. Если копать в периоды, когда много воды (например, весной), то из-за обилия грунтовой воды сложно будет достичь желаемой отметки, где всегда есть вода.
2. Почему пить воду из-под крана не всегда безопасно?
Потому что она не проходит необходимые процедуры обеззараживания.
3. Почему вода в колодцах, как правило, холодная и прозрачная?
Чистая и прозрачная вода из колодца потому, что она проходит через толстые слои песка и таким образом производится ее естественная фильтрация. Считается, что чем глубже колодец или скважина, тем чище вода и с большим содержанием полезных минеральных веществ.
Холодной вода из колодца является из-за того, что почва, через которую она проходит имеет низкую температуру, так как не имеет возможности обогреваться от солнечных лучей на таких глубинах.
4. Приглашаем к творчеству
Проведите мини-исследование. Использует ли ваша семья подземные воды: когда, какие виды, с какой целью?
Используем на даче. Для полива огорода, и для бытовых целей.
способность горных пород пропускать воду. Степень водопроницаемости зависит от размера и количества сообщающихся между собой пор и трещин, а также от отсортированности зёрен горных пород. К хорошо проницаемым горным породам относятся галечники, гравий, крупнозернистые пески, интенсивно закарстованные и трещиноватые породы. Практически непроницаемыми (водоупорными) породами являются глины, плотные суглинки, нетрещиноватые кристаллические, метаморфические и плотные осадочные породы.
В. г. п. может определяться по скорости фильтрации, равной количеству воды, протекающей через единицу площади поперечного сечения фильтрующей породы. Эта зависимость выражается формулой Дарси: v = kI, где v — скорость фильтрации, k — коэффициент фильтрации, I — напорный градиент, равный отношению падения напора h к длине пути фильтрации
Коэффициент фильтрации имеет размерность скорости (см/сек, м/сут). Таким образом, скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице, тождественна коэффициенту фильтрации.
В связи с тем, что вода в породах может передвигаться под влиянием различных причин (гидравлического напора, силы тяжести, капиллярных, адсорбционных, капиллярно-осмотических сил, температурного градиента и др.), количественная характеристика В. г. п. может выражаться, помимо коэффициента фильтрации, также коэффициентами водопроводимости и пьезопроводности. При гидрогеологических исследованиях и расчётах коэффициента водопроводимости (произведение коэффициента фильтрации на мощность водоносного горизонта) является показателем фильтрационной способности горной породы.
В зависимости от геологического строения водоносные породы в фильтрационном отношении могут быть изотропными, когда водопроводимость одинакова в любом направлении, и анизотропными, характеризующимися закономерным изменением водопроницаемости в разных направлениях.
Изучение В. г. п. необходимо при поисках и разведке подземных вод для целей водоснабжения, при устройстве гидротехнических сооружений, эксплуатации различных типов подземных вод, при расчётах допустимых понижений уровня вод и радиусов влияния водозаборных скважин, при проектировании и осуществлении осушительных и оросительных мероприятий.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Полезное
Смотреть что такое "Водопроницаемость горных пород" в других словарях:
СИЛИКАТИЗАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД — способ закрепления слабых и. путем нагнетания в них силиката натрия и хлористого кальция. В результате хим. реакции частицы п. связываются в монолитную массу, прочность на сжатие которой увеличивается, а водопроницаемость уменьшается.… … Геологическая энциклопедия
КАВЕРНОЗНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД — наличие в горные породах мелких пустот (каверн). К. г. п. может быть первичная и вторичная. Первичная К. г. п. наблюдается в некоторых излившихся магматических породах (обусловлена особенностями застывания лавы), а также в органогенных… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
Водные свойства горных пород — свойства горных пород по отношению к воде: влагоемкость, водопроницаемость, влажность, водоотдача … Геологические термины
ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД — свойства, г. п. по отношению к воде: влагоемкость, водопроницаемость размокаемость, капиллярность и др. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия
Водопроницаемость — свойство г. п. пропускать через себя воду вследствие наличия трещин, пор и др. пустот. Величина ее определяется коэф. В. (см. Коэффициент фильтрации). По степени В. все г. п. делятся на водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые.… … Геологическая энциклопедия
водопроницаемость — свойство материалов пропускать под давлением воду, характеризуется коэффициентом водопроницаемости, который равен количеству воды в граммах, прошедшему за 1 час через образец площадью 1 м2 заданной толщины при постоянном давлении… … Справочник технического переводчика
12-83: Рекомендации по методике лабораторных испытаний грунтов на водопроницаемость и суффозионную устойчивость — Терминология 12 83: Рекомендации по методике лабораторных испытаний грунтов на водопроницаемость и суффозионную устойчивость: 19. Amar S., Dupny H. Etude stir la permeabilite des sols fins mesuree en laboratoire. Lab. Ponts Chauss., Rapp. Rech.,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
П 12-83: Рекомендации по методике лабораторных испытаний грунтов на водопроницаемость и суффозионную устойчивость — Терминология П 12 83: Рекомендации по методике лабораторных испытаний грунтов на водопроницаемость и суффозионную устойчивость: 19. Amar S., Dupny H. Etude stir la permeabilite des sols fins mesuree en laboratoire. Lab. Ponts Chauss., Rapp. Rech … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
водопроникність гірських порід — водопроницаемость горных пород water permeability of rock Wasserdurchlässigkeit der Gesteine здатність порід пропускати через себе воду (через пустоти пори, тріщини і т.і.) під дією гравітац. сил, напору або капілярного підняття. Кількісно В.г.п … Гірничий енциклопедичний словник
Водоносный горизонт — слой или несколько слоёв водопроницаемых горных пород, поры трещины или другие пустоты которых заполнены подземной водой. Несколько В. г., гидравлически связанных между собой, образуют водоносный комплекс. См. также Водопроницаемость… … Большая советская энциклопедия
Читайте также: