Артезианские воды. Условия залегания, строение артезианских бассейнов

Артезианские воды.. Артезианскими называют подземные воды, находящиеся в водоносных горизонтах (комплексах), перекрытых и подстилаемых водоупорными или относительно водоупорными пластами, и обладающие гидростатическим напором, который обусловливает подъем уровня воды над кровлей при вскрытии скважинами или другими выработками (Е. В. Пиннекер и др., 1980). Если уровень воды поднимается выше поверхности земли, скважина будет фонтанирующей.

Уровень напорных вод называется пьезометрическим (положительный при залегании выше поверхности земли и отрицательный при залегании ниже поверхности земли), а высота подъема уровня воды от кровли водоносного пласта до пьезометрического уровня — напором над кровлей водоносного горизонта (Н₁ и Н₂ на рис рисунке 18)). Различают также глубину залегания артезианского пласта, его мощность, площадь распространения, области напора, питания и разгрузки (рисунок 18). Создание напора межпластовых вод связано в основном с превышением областей питания над областью распространения подземных вод. Артезианским водам свойствен также упругий режим за счет упругости (сжимаемости) воды в пласте и упругости пород самого пласта.

Упругий режим артезианских вод, особенно очень глубоких, позволяет производить отбор воды из скважин длительное время без осушения пласта. Особенности упругого режима напорных вод, его параметры рассматриваются в динамике подземных вод (раздел II).

К особенностям артезианских вод следует отнести:

1) межпластовое залегание горизонтов, комплексов артезианских вод, каждый из которых сверху и снизу ограничен водоупорами;

2) область распространения артезианских вод не совпадает с областями напора, питания и бывает удалена от последней;

3) при вскрытии артезианских вод глубина появления воды всегда больше глубины установления пьезометрического уровня; пьезометрический уровень устанавливается в соответствии с распределением давления в пласте;

4) режим артезианских вод отличается большим постоянством по сравнению с другими подземными водами;

5) артезианские воды отличаются большей защищенностью от загрязнения и лучшим качеством воды.

 

а—область питания и создания напора; 6—область напора; в — область разгрузки; Я, и Н₂ — пьезометрические напоры в I и II сечениях; m—мощность артезианского горизонта, 1— водоносный пласт, 2—водоупорные породы, 3 — уровень воды

Рисунок 18 ^__ Схема строения артезианского бассейна (по А. М. Овчинникову)

Артезианские бассейны, их геоструктурные особенности. Под артезианским бассейном понимают совокупность напорных водоносных горизонтов или комплексов, залегающих в синклинальных структурах, в которых движение подземных вод происходит под гидростатическим напором.

Артезианские бассейны формируются в пределах платформ, межгорных впадин, краевых прогибов, мульд и других структур. Они бывают сложные и простые. Первые состоят из сочетания простых. А. М. Овчинников в зависимости от размеров выделяет крупные артезианские бассейны (более 100000 км²), средние (100000—10000 км²) и малые (простые, менее 10000км²).

В артезианском бассейне (см. рисунок 18) выделяют:

1) область современного питания;

2) область разгрузки

3) область распространения напора (стока).

Область питания —это площадь водоносных пород, залегающих на поверхности земли на наиболее высоких гипсометрических отметках. Здесь происходит питание артезианских вод за счет атмосферных осадков, поверхностных водоемов и других источников. Иногда выделяют внешние области питания — прилегающие склоны горно-складчатых поднятий, с которых стекают атмосферные воды, и внутренние — поднятия, антеклизы в пределах бассейна. Питание вод может осуществляться путем перетока вод из одного горизонта в другой при разности их напоров или из соседних бассейнов.

Область разгрузки—это территория, где происходит открытый или закрытый выход артезианских вод на поверхность земли, в долины рек, морей и т. д. К открытым очагам разгрузки относят эрозионные (реки, впадины), барьерные (выступы, складки непроницаемых пород на пути движения вод), структурно-тектонические (тектонические разломы, антиклинали в складчатых областях). К скрытым очагам разгрузки можно отнести выход вод под аллювиальные отложения, на дне морей (субмаринные источники), сквозные талики в многолетнемерзлых породах, официальные» окна в водоупорах и т. д. К искусственным очагам разгрузки относятся водозаборы артезианских вод.

Область распространения напора — это площадь развития артезианского бассейна, где проявляется напорность подземных вод. При наличии нескольких артезианских горизонтов их пьезометрические поверхности совпадают лишь при гидравлической связи между ними или совпадении гипсометрического положения областей питания и разгрузки. Чаще в природе наблюдается несовпадение этих поверхностей, причем при прямом рельефе нижние горизонты имеют больший напор, чем верхние, а при обращенном рельефе наоборот (рис. 7.2). В зависимости от особенностей рельефа в областях питания и разгрузки возникают различные взаимоотношения артезианских и грунтовых вод (см. рисунок18).

 

 

А—прямой рельеф; Б—обращенный рельеф; 1 — водоносные горизонты, 2—водоупорные породы, 3—уровень воды; I—верхний горизонт, ІI—нижний горизонт

Рисунок 19 ^__ Типы артезианских бассейнов: