Подземные воды и их геологическая деятельность
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Курсовая работа

по дисциплине «Общая геология»

студента очной формы обучения

специальность 21.05.02 Прикладная геология

1 курса группы 08001805

Олейник Данил Петрович

 

 

Допущен к защите «___»____________2018 г. ________ ____________________  Подпись (расшифровка подписи)     Научный руководитель: к.т.н, доцент Игнатенко Игнат Михайлович
Оценка______________________ «___»____________2018 г. ________ ____________________  Подпись (расшифровка подписи)    

 

БЕЛГОРОД 2018



Содержание:

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..3

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗМЕМНЫХ ВОД...................................………........4

2. ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ………………….......…………………..7

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД............................................………...9

4. ИСТОЧНИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД...................................…………………….10

5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД................................................13

6. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ......................................................................................18

7. КАРСТ, СУФФОЗИЯ И ГИДРОВУЛКАНИЗМ.................................................20   

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..26

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ…….........27

 



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность курсового исследования. Подземные воды играют существенную роль в ходе геологического развития земной коры. Их широкое и повсеместное распространение и подвижность приводят к постоянному взаимодействию с горными породами, к перераспределению вещества, к образованию и разрушению месторождений полезных ископаемых и т. д. Геологическая работа подземных вод прежде всего выражается в химическом взаимодействии с горными породами — в растворении, гидратации, гидролизе, карбонатизации, окислении, выщелачивании, переносе вещества. Растворение, выщелачивание, перенос и переотложение пород подземными водами наглядно проявляются при образовании карста и суффозии.

Подземные воды играют громадную роль в природе, участвуя практически во всех физико-географических процессах, происходящих в литосфере. Благодаря их перемещению происходит перенос растворенных веществ, растения получают питательные соли и влагу. Подземные воды активно влияют на формирование рельефа: оползни, суффозия, карст, термокарст; вызывают при определенных условиях заболачивание. Они участвуют в питании рек и озер, являясь при этом самой устойчивой частью стока. Неоценимо ресурсное значение подземных вод. Во-первых, они используются для водоснабжения. Во-вторых, из подземных вод извлекают многие тонны химического сырья: глауберовой соли, борной кислоты, буры и т. д.; получают металлы: цезий, литий, радий, актиний, торий. Разработана технология извлечения из подземных вод стронция, рубидия, мышьяка, вольфрама, калия, магния, бора.

Целью данного курсового исследования является изучение происхождения, классификации, источников, химического состава подземных вод.

Задачами курсового исследования являются:

1. Изучить классификацию подземных вод;

2. Описать виды залегания подземных вод;

3. Выявить значимость подземных вод;

4. Определить свойства и виды подземных вод по химическому составу;

5. Рассмотреть виды воды по их происхождению.

Методами исследования являются: анализ источников литературы по теме курсового исследования, методы сравнения.

Объектом курсового исследования являются: подземные воды.

Структура курсового исследования включает в себя введение, семь глав, заключение, список использованных источников и литературы.



ПРОИСХОЖДЕНЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

      Исходя из происхождения, подземные воды разделяются не­скольких типов: 1) инфильтрационные (Рисунок 1.1), 2) конденсационные, 3) седиментогенные, 4) «ювенильные» (или магмогенные) [1].

 

Рисунок 1.1 Инфильтрация воды

 

Инфильтрационные подземные воды образуются в результате просачивания в глубину атмосферных осадков, выпадающих на поверхность земли. На Земле происходит непрерывный влагооборот, в котором принимают участие атмосферные, поверхностные и подземные воды. Вода океанов, морей, рек под влиянием солнечного тепла испаряется и насыщает газом воздух. Воздушные массы, непрерывно перемещаясь, переносят пары в пределы суши, где при благоприятных условиях они вы­падают па поверхность Земли в виде атмосферных осадков. Здесь они расходятся по трем путям: одна часть стекает по склонам в ручьи и реки, которые несут свои воды в моря и океаны; вторая испаряется с поверхности Земли и третья просачивается в глубину, где и происходит накопление подземных вод. Третьи в свою очередь движутся по направлению к рекам и морям. Одним из доказательств именно такого происхождения подземных вод (инфильтрации) может служить качест­венное и количественное изменение воды в колодцах во время дождли­вой погоды. Есть основание полагать, что инфильтрация — основной источник пополнения запасов подземных вод [1].

Конденсационные подземные воды. В некоторых климатических зонах, например в пустынях, наблюдаются явления, кото­рые трудно объяснить инфильтрационной теорией происхождения под­земных вод. При малом количестве атмосферных осадков с крайне не­равномерным их распределением во времени (по нескольку месяцев совсем не бывает дождя) и при огромной испаряемости в пустынях для пополнения подземных вод путем инфильтрации. Между тем на некоторой глубине от поверхности повсеместно в пустынях обна­руживается слой влажных пород пли скопление подземной воды.

В 1877 г. немецкий гидролог О. Фольгер выступил с конденсацион­ной теорией происхождения подземных вод. По его представлениям, теплый воздух, содержащий водяные пары, проникая в более холодные горные породы, отдает им часть влаги путем конденсации. Автор считал свою теорию универсальной и отрицал возможность накопления под­земных вод в результате инфильтрации атмосферных осадков — «ни одна капля воды не происходит за счет капель дождевой воды» [1].

Выдвинута теория не была подтверждена эксперимен­тальными данными и совершенно не вязалась с представлениями о ско­рости воздухообмена между атмосферой и верхними необводненными слоями литосферы, что вызвало резкие возражения против нее.

Конденсационная теория происхождения подземных вод была воз­рождена на совершенно новой основе русским исследователем агроно­мом А. Ф. Лебедевым, который выполнил блестящие эксперименты, связанные с вопросом о влажности пород и перемещении влаги в различ­ных состояниях [1].

А. Ф. Лебедев установил, что между атмосферой и литосферой существует известное равновесие в водном режиме. Вода в виде пара находится в свободной атмосфере, а также в воздухе, который запол­няет пустоты и поры в почве и горных породах. Водяной пар может перемещаться в пространстве от места к месту вследствие различной упругости [1].

Перемещение пара происходит в направлении от мест, где он обладает большей упругостью, к месту с меньшей упругостью. Если упругость водяного пара в свободном воздухе больше, чем в воздухе, заполняющем поры почвы и горных пород, то он будет перемещаться из воздуха в почву. Попадая в области низких температур, свойственных почве и горным породам, водяной пар начинает конденсироваться (сгу­щаться) и переходить в жидкое состояние, подобно тому, как образует­ся роса при резкой смене температур дня и ночи. Так может накопиться некоторое количество воды в породах, что имеет большое значение для засушливых и пустынных районов [1].

Накоплением влаги в почве конденсационным путем можно объяс­нить то явление, что во многих случаях, несмотря на отсутствие дождей в течение длительного периода, посевы не гибнут. В это время почва с поверхности сильно иссушается, но растения получают влагу, накопив­шуюся конденсационным путем в более глубоких горизонтах, что и спо­собствует сохранению их.

Конденсация протекает и в других климатических зонах — умерен­ных и влажных, но в смысле пополнения запасов подземных вод она имеет подчиненное значение в сравнении с инфильтрацией атмосферных осадков. Наряду с конденсацией водяных паров Л. Ф. Лебедев всегда отводил большую роль и процессам инфильтрации [1].

Седиментогенные подземные воды (лат. scdimen-tum — осадок). Это воды морского генезиса, образовавшиеся в процес­се накопления морских осадков последующего их изменения [1].

Морская вода с растворенными в ней солями всегда пропитывает иловые осадки, постоянно накапливающиеся на дне моря. В ходе про­гибания земной коры и дальнейшего осадконакопления и диагенеза под влиянием все увеличивающегося давления эта вода начинает выжи­маться вверх. Это особенно имеет место в алеврито-глинистых осад­ках. Благоприятные условия для формирования седиментогенных под­земных вод создаются на большой глубине (несколько километров) при захоронении их мощными водонепроницаемыми или слабопрони­цаемыми слоями.

Вместе с тем в ходе геологического развития под влиянием различ­ных факторов седиментогенные воды претерпевают значительные изме­нения. Иногда происходит смена их с водами других генетических типов, или даже полное вытеснение их инфильтрационными водами.

«Ювенильные» подземные воды. Многие источники подземных вод в областях современной или недавней вулканической   деятельности молодых гор обладают повышенной тем­пературой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверх­ностных условий соединения и газовые компоненты. Для объяснения происхождения таких вод австрийским геологом Э. Зюссом в 1902 г. была выдвинута так называемая ювенильная теория. По его представ­лениям, они могли образоваться из газообразных продуктов, выделяю­щихся в изобилии из магмы при ее остывании. Попадая в области с более низкими температурами, водяные пары начинают конденсироваться и переходить в капельножидкое состояние, образуя особый генетический тип подземных вод [2].

Однако пары воды, выделившиеся из магмы на глубине, так же как и другие газообразные компоненты, проникая вверх по разломам в зем­ной коре, могут встречаться и смешиваться с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения и в таком случае поступают на поверхность в смешанном виде.



ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

В горных породах вода находится в порах и пустотах (полостях) в таких агрегатных состояниях: в виде пара (парообразная), жидкости и твердого тела (лед) [2].

Парообразная вода располагается в верхней толще земной коры. В этой зоне постоянно и постепенно осуществляется обмен между воздухом и паром атмосферы, между воздухом и паром пустот и пор горных пород.

Поэтому эта зона получила название зоны аэрации (рисунок 2.1). Мощность ее неодинакова и зависит от типа пород, климатических условий местности и достигает иногда 12 - 16 м от поверхности Земли.

 

 

 

Рисунок 2.1 Схема залегания типов подземных вод зоны аэрации:

1 - породы зоны аэрации, 2 - грунтового водоносного горизонта,

3 - слабопроницаемые породы, 4 - почвенный слой,

5 - уровень грунтовых вод и капиллярная кайма, 6 - верховодка

       Жидкая вода, или вода в виде жидкости, подразделяется на два типа: свободную, или гравитационную, и капиллярную.

Капиллярная вода содержится в горных породах с капиллярными порами и трещинами, ширина (раскрытие) которых меньше 0,25 мм, а диаметр пор менее 1 мм. Содержится капиллярная вода за счет капиллярных (менисковых) сил [2].

Формируется она за счет атмосферных осадков и таяния снега, а также за счет повышения по законам капиллярного движения от нижних водонасыщенных горных пород.

В практике строительства большое значение имеет высота капиллярного поднятия и время капиллярного водонасыщения. Высотой капиллярного поднятия называется расстояние по вертикали, на которую поднимается вода по капиллярам от подземного водоносного горизонта. Высота этого поднятия не зависит от литологического и гранулометрического  состава горных пород и может быть определена экспериментально или по формуле французского ученого Жюрена:

Нк = Ск / d,

где Ск - 0,3 - постоянная капиллярного смачивания при температуре 0 °С; d-диаметр пор или раскрытия трещин, мм [2].

Время капиллярного поднятия - это время, в течение которого происходит полное заполнение капилляров водой. Он неодинаков для различных горных пород: в песках около 80, в глинистых грунтах - 350 ÷ 475 суток.

Гравитационная вода. Эта вода не связана с поверхностью частиц и не удерживается Менисковый силами. Она способна перемещаться под действием силы тяжести, то есть под действием разности напоров. Такая вода используется для водоснабжения, и как раз она создает трудности при проходке котлованов и строительстве подземных сооружений. Гравитационная вода является основным предметом нашего рассмотрения [2].

Физически связанная вода образуется за счет адсорбции поверхностью породных частиц в процессе конденсации водяного пара и содержится за счет электромолекулярных сил. Этот первый на поверхности частиц слой воды называется гигроскопической или минеральной водой. Она испаряется при температуре 105-110 °С, не передает гидростатического давления и замерзает при температуре – 70-80 °С [2].

Молекулы воды по своей природе диполями, т.е. имеют ориентацию полюсов. Поэтому первый от поверхности частиц слой воды - гигроскопическая вода удерживает второй и последовательные слои ориентированных молекул, но со значительно меньшей силой. Второй и последующие слои называются пленочной или хрупкотелой водой. Они исчезают при температуре до 105 °С, а замерзает пленочная вода при температуре -17-18 °С. Пленочная вода движется от частиц с более толстой пленкой до частиц с меньшей толщиной пленки [8].

Количество физически связанной воды больше там, где больше удельная поверхность частиц. Например, в монтмориллонитовой глине в 1 см3 содержится более 25 млрд. частиц и при увлажнении она физически связанной воды более 100% объема самих частиц. В песчаных породах всего 1-2% физически связанной  воды.

Химически связанная вода входит в состав кристаллической решетки и изымается при ее разрушении. Например, в гипсе CaSO4 · 2H2О. Первая молекула воды удаляется при температуре 118 ° С, вторая - при 40 ° С. Таким образом образуется ангидрит (алебастр). С этим явлением связан эффект приготовления вяжущих (дегидратация-гидратация) [2].

Вода в твердом состоянии имеет место в горных породах при отрицательных температурах до определенной глубины от поверхности. В твердое состояние переходит гравитационная и частично пленочная вода. Это явление носит сезонный характер, а глубина промерзания зависит от климатических условий местности. Так, в Украине она составляет 70 - 110 см, а на севере таких стран, как Канада, Россия на некоторой глубине сохраняется постоянно. Это зона вечной мерзлоты.

При замерзании воды образуется кристаллический лед, и при этом объем увеличивается на 8 - 9%, а в условиях ограничения деформации развивается большое давление (до 1 ГПа), разрушая любые материалы и горные породы. Поэтому подошвы фундаментов всегда закладывают ниже глубины промерзания.



КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

В основу классификации подземных вод могут быть положены различные признаки: способ образования, условия залегания, гидравлические свойства, литологический состав водоносных пород, их возраст, физические свойства подземных вод, их химический состав [3].

По условиям образования подземные воды подразделяются на различные группы, из которых важнейшее значение имеют воды инфильтрационные и частично конденсационные.

По условиям залегания и характеру вмещающих горных пород подземные воды делятся на следующие типы:

·  поровые, залегающие и циркулирующие в порах горных пород, которые слагают самую поверхностную часть земной коры;

·  пластовые, залегающие и циркулирующие в порах или трещинах осадочных горных пород, перекрываемых и подстилаемых водоупорными породами; в свою очередь подразделяются на порово-пластовые и трещинно-пластовые;

·  трещинные, циркулирующие в скальных (магматических, метаморфических и осадочных породах, пронизанных равномерной трещиноватостью;

·  карстовые, циркулирующие в массивах карбонатных, гипсоносных и соленосных раскарстованных пород;

·  трещинно-жильные, циркулирующие в отдельных тектонических трещинах и зонах тектонических разломов [3].

По гидравлическим свойствам подземные воды делятся на безнапорные, и напорные, когда водоносный горизонт перекрыт сверху водоупорной породой и находящаяся в нем подземная вода, испытывает гидро­статическое давление, обусловливающее напор [3].

В зависимости от возраста водовмещающих пород подземным водам присваивается соответствующее наименование: воды каменноугольных отложений, юрских, меловых, третичных и т. п.

По степени минерализации, или по содержанию растворенных солей, подземные воды подразделяются на следующие виды:

· пресные, содержащие до 1 г/ л растворенных веществ;

· солоноватые, содержащие 1-10 г/л солей;

· соленые (10-50 г/л);

· рассолы (свыше 50 г/л).

По температуре подземные воды подразделяются на четыре типа:

· холодные с температурой ниже 20° С;

· теплые (20-37° С);

· горячие (37-42° С);

· очень горячие (термы) с температурой свыше 42° С [3].

 

На практике существенное значение при характеристике и оценке подземных вод имеет не только общее содержание растворенных солей, но и состав этих солей. В зависимости от преобладания растворенных в воде солей различают воды гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные, а по катионам — кальциевые, магниевые и натриевые.

Помимо солей в подземных водах всегда содержатся различные газы — углекислота, азот, сероводород и др., часто имеющие большое практическое значение. В зависимости от практической значи­мости растворенного в воде газа различают углекислые, сероводородные, радоновые и другие виды подземных вод. В большинстве случаев подобные воды имеют лечебное значение. Подземные воды, обладающие теми или иными лечебными свойствами, называются бальнеологическими.

Подземные воды, содержащие в растворенном виде какое-либо вещество в концентрациях, при которых возможно извлечение этого вещества, называются промышленными: йодные, бром-йодные, бромные [3].

 



ИСТОЧНИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Источник – естественный выход подземных вод на земную поверхность. Он появляется там, где водоносный горизонт пересекается земной поверхностью (в понижениях уровня рельефа, на склонах оврагов, балок) [4].

Подземные воды находятся в порах и трещинах горных пород в верхней  части земной коры. Верхняя граница водонасыщенной зоны называется зеркалом, т.е. уровнем подземных вод. Там, где водоносные горизонты пересекаются с земной поверхностью, возникают источники.

Поскольку глубина грунтовых вод меняется в зависимости от сезона и количества выпадающих осадков, источники могут внезапно исчезать, быть просачивающимися, капельными или бить ключом.

Источники на склонах холмов. В районах с расчлененным рельефом часть воды, которая просачивается в грунт в верхней части холма, может снова выйти на поверхность ниже по склону в виде источника, расположенного выше уровня водотока. Это происходит, если зеркало грунтовых вод выше уровня водотока. Источники возникают там, где вода при движении вниз встречает водоупорный горизонт, а затем выходит на поверхность в месте обнажения водопроницаемых пород. Расход воды источников на склонах холмов обычно невелик и изменчив [4].

Артезианские источники. Вода, поступающая в пористые проницаемые слои, перекрытые водонепроницаемыми породами, может под давлением фонтанировать в низко расположенных выходах, образуя артезианский источник. Иногда артезианские водоносные горизонты занимают значительную площадь, и тогда артезианские источники имеют высокий и довольно постоянный расход воды. Часть известных оазисов северной Африки приурочена к таким артезианским источникам. Там, где имеются разломы в земной коре, артезианские воды поднимаются из водоносных горизонтов вдоль линий разломов. В период между сезонами дождей они нередко иссякают [4].

Карстовые источники. Крупнейшие в мире источники часто связаны с выходом вод из карстующихся известняков. Содержащие углекислый газ просачивающиеся воды способны растворять известняки, поэтому во многих районах, сложенных известняками, распространены карстовые пещеры и каналы. В таких районах довольно часто встречаются подземные реки и очень крупные карстовые источники, например, воклюз на юге Франции, считающийся одним из самых мощных в мире, и Силвер-Спрингс во Флориде, славящийся поразительной чистотой воды. Воклюзы отличаются значительным водяным дебитом и непрерывностью стока. В сутки из крупного воклюза может вытекать до 90 тысяч кубических метров воды. В России известно несколько крупных воклюзов: на Алтае, в Чингизских горах и в районе хребта Каратау [4].

       Источники в пористых лавах. Крупные источники имеются в местах выхода подземных вод из горизонтов, сложенных пористыми трещиноватыми лавами. Например, группа таких источников, приуроченных к лавовому плато, питает р.Снейк ниже водопада Шошони (шт. Айдахо) [4].

 

Горячие источники. Большинство горячих источников приурочено к вулканическим областям, в которых вода нагревается от горных пород, верхних слоев земной коры, расположенных вблизи вулканов, хотя, возможно, часть воды имеет магматическое происхождение. В некоторых горячих источниках (например, Уорм-Спрингс в Виргинии) высокая температура воды обусловлена подъемом воды с больших глубин (ведь температура пород повышается примерно на 1° С с увеличением глубины на 30 м) [4].

        Минеральные источники. Вода минеральных источников содержит значительное количество растворенных химических веществ. Теплые и горячие источники обычно имеют более высокую минерализацию, поскольку химические реакции протекают более интенсивно при повышенных температурах[5].

Гейзеры – горячий источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара под давлением. Гейзеры являются одним из проявлений поздних стадий вулканизма (рис 4.1) [4].

 

 

Рисунок 4.1  Гейзер



Дата: 2019-02-19, просмотров: 622.