Где находится область напора артезианского бассейна

Строение артезианского бассейна

Артезианские бассейны платформенного типа — бассейны, свя­занные с отрицательными структурами платформ, предгорными прогибами и краевыми синеклизами. Выделение в качестве единого типа бассейнов, связанных со структурами различного типа, оправдано рядом общих закономерностей строения геологического разреза, определяющих основные условия залегания и региональную дина­мику подземных вод (рисунок ниже).

Принципиальная гидродинамическая схема артезианского бассейна платформенного типа

1 — слоистые системы водоносных горизонтов (комплексов) трех гидрогеологических этажей бассейна; 2 — региональные слабопроницаемые толщи; 3 — номера гидрогеологических этажей; 4 — границы и номера гидродинамических зон; 5 — зоны тектонических нарушений; 6 — система «местных» и 7 — региональных потоков подземных вод; 8 — субвертикальная фильтрация через слабопроницаемые породы; 9 — «внутренние» источники питания подземных вод (элизионные процессы, дегидратация, приток глубинных флюидов); 10 — породы обрамления и фундамента.

Артезианский бассейн имеет структурно-геологическую природу и представляет собой геогидродинамическую систему (или часть системы), пространственно связанную со структурно-тектоническим элементом, верхний этаж которого представлен толщами пологозалегающих или слабодислоцированных пород, преимущественно оса­дочных, содержащих напорные воды, залегающие на породах фун­дамента (А.А. Карцев, 2001).

Под артезианским бассейном понимают прогнутый участок земной коры с водоносными горизонтами осадочного происхож­дения, характеризующимися более или менее однообразными усло­виями залегания по площади (Г.М. Сухарев, 1979). По классифи­кации И.К. Зайцева и Н.И. Толстихина, артезианский бассейн и гид­рогеологический массив относятся к гидрогеологическому району I порядка, которые состоят из гидрогеологических районов II и III порядков. Выделяют артезианские бассейны: платформенных областей, предгорных прогибов, краевых синеклиз, складчатых об­ластей, областей вулканизма.

В пределах артезианских бассейнов выделяют артезианские об­ласти и районы. В каждом артезианском бассейне (рисунок ниже) выделя­ются основные элементы, рассмотренные ниже.

Артезианский бассейн (синклинальное залегание слоев)

1 — водоупор; 2 — водоносный слой; 3 — буровые скважины; 4 — область питания водой; 5 — пьезометрический уровень (область напора и стока); H — высота напора

Область питания (Г.М. Сухарев, 1979) — площадь распростра­нения водопроницаемых или трещиноватых пород на дневной поверхности, которая обычно приподнята относительно уровня моря на значительную высоту. Здесь происходит питание водопроница­емых пород водами атмосферных осадков, рек, озер и конденсаци­онными водами, а воды не обладают напором, связаны с атмо­сферой, дренируются местной гидрографической сетью.

Область (зона) напора и зона стока — основная площадь развития артезианского бассейна. На этой площади высота подъема уровня подземных вод при вскрытии устанавливается выше кровли водо­носных горизонтов и называется напорным или пьезометрическим уровнем. Сток происходит в направлении от области питания к об­ласти разгрузки.

Область (зона) разгрузки или дренажа — участок бассейна, распо­лагающийся там, где водоносные горизонты или комплексы нарушены денудационными процессами и имеют выход на дневную по­верхность на более низких отметках, чем в зоне создания напора, и проявляются в виде изливающихся источников (родников). Раз­грузка артезианских вод возможна искусственным путем — через водозаборные сооружения при их длительной эксплуатации. Для водоснабжения наиболее предпочтителен самый верхний напорный горизонт, где обычно содержатся маломинерализованные воды.

Наряду с открытыми очагами разгрузки существуют: 1) субма­ринные на дне морей и океанов; 2) субфлювиальные в долинах или руслах рек; 3) распыленные (скрытые подземные) через относи­тельно водоупорные толщи; 4) скрытые (подземные) — перетекание вод из одних толш в другие с меньшим напором.

Образование артезианских вод возможно при следующих условиях:

• обилие атмосферных осадков в области питания, т.е. приурочен­ность к поясу избыточной влажности;
• выход пород области питания выше пунктов заложения скважин, их изогнутость и наклон, обусловливающие создание напора;
• наличие хорошо проницаемых пород, возможность поглощения в зоне аэрации;
• малое число и небольшая мощность водоупоров;
• высокая пористость, водопроницаемость и трещиноватость во­довмещающих пород.

Возникновение артезианских вод — процесс сложный и возможен при наличии воды из области питания, воды, отжимаемой при уплотнении пород, и воды, поступающей при уменьшении давления. В природе известно несколько способов создания напора подземных вод, из которых самыми главными считаются три типа, в связи с чем выделяют три типа водонапорных систем или три основных режима водонапорных систем.

Источник

Артезианский бассейн

Артезиа́ нский бассе́ йн – гидрогеологическая структура, приуроченная к впадинам, прогибам и др., выполненная преимущественно осадочными слоистыми породами, содержащими пластовые артезианские воды Пластовые артезианские воды – фонтанирующие напорные подземные воды, располагающиеся между двумя водоупорами. . Артезианский бассейн включает также горизонты грунтовых вод, распространённых в пределах данной структуры.

В артезианских бассейнах различают чехол и фундамент. Чехол − толща главным образом осадочных пород, к которой приурочены водоносные горизонты и комплексы артезианских обычно напорных вод; фундамент – толщи преимущественно сильно дислоцированных и метаморфизированных пород, подстилающих чехол и содержащих трещинно-жильные воды Трещинно-жильные воды – воды, циркулирующие по трещинам горных пород. . Наряду с водоносными выделяются водоупорные пласты и горизонты. В целом артезианские бассейны подземных вод образованы рядом напорных водоносных горизонтов, имеющих этажное расположение и разделённых относительно водоупорными слоями различной мощности.

В артезианском бассейне принято выделять три области:

• область питания и создания напора;
• область разгрузки;
• область распространения напора.

Область питания – площади выхода на дневную поверхность водоносных пород, слагающих артезианский бассейн и его основание и располагающихся на наивысших отметках местности. Здесь атмосферные осадки и воды поверхностного стока проникают в водоносные горизонты. Питание некоторых водоносных горизонтов часто осуществляется путём перетока вод одного горизонта в смежный.

Область разгрузки – участки выхода водоносных горизонтов и комплексов на поверхность на более низких абсолютных отметках по сравнению с областью питания. Область разгрузки представляет собой совокупность открытых (восходящие источники) и скрытых (разгрузка в рыхлые четвертичные отложения, русла рек, на дне озёр и морей) очагов. Искусственными очагами разгрузки являются крупные водозаборы подземных вод, при длительной эксплуатации которых создаются понижения уровней на несколько десятков метров (до 100 м и более).

Область распространения напора (область напорного стока) – основная площадь артезианского бассейна, для водоносных горизонтов которой характерны напорные уровни подземных вод.

В вертикальном разрезе артезианского бассейна выделяются три гидродинамические зоны:

• верхняя (свободного водообмена), для которой характерна открытая гидравлическая связь водоносных горизонтов с современной поверхностью артезианского бассейна; в состав этой зоны входят: зона аэрации Зона аэрации – толща пород между поверхностью земли и верхним уровнем грунтовых вод. , горизонт грунтовых вод, межпластовые нисходящие воды Межпластовые нисходящие воды – безнапорные подземные воды, формирующиеся между двумя водоупорными слоями. , верхние артезианские горизонты, если они дренируются долинами речной сети;
• средняя зона, которая характеризуется замедленным обменом между поверхностными и подземными водами; питание и разгрузка осуществляются не повсеместно, а на отдельных площадях;
• нижняя зона (весьма затруднённого водообмена), которая занимает наиболее глубокие части артезианского бассейна. Подземный сток осуществляется под дренирующим влиянием морских и океанических впадин и глубоких тектонических разломов. Скорости движения вод не превышают нескольких миллиметров в год.

С гидродинамической зональностью артезианских бассейнов тесно связана их гидрохимическая зональность. В вертикальном гидрохимическом разрезе артезианского бассейна обычно различают три зоны, типичные для территорий достаточного и избыточного увлажнения, характерных для России:

• верхняя – пресные воды, гидрокарбонатного класса кальциевой группы, мощностью в сотни метров (до 1−1,5 км);
• средняя – воды солоноватые, преимущественно сульфатного класса, и солёные, преимущественно хлоридного класса натриевой группы; мощность измеряется сотнями, иногда тысячами метров;
• нижняя – рассолы, с минерализацией выше морской, по составу – исключительно хлоридные. Зона рассольных вод в глубоких артезианских бассейнах имеет значительно большую мощность по сравнению с первыми двумя зонами (до 10 км).

По условиям гидрогеологического строения выделяют три основных типа артезианских бассейнов:

• платформенные артезианские бассейны, которые располагаются во впадинах фундамента, имеют изометрическую форму и значительные размеры (до 1 млн км 2 и более); наиболее глубокая часть обычно приурочена к центру бассейна;
• артезианские бассейны краевых прогибов, которые отличаются от платформенных тем, что наиболее глубокая их часть сдвинута в краевой предгорный прогиб; они вытянуты согласно простиранию смежных горных систем, крылья их равновелики и асимметричны;
• артезианские бассейны горно-складчатых областей, значительно меньшие по размерам (до 100 тыс. км 2 ) и более разнообразные по устройству (межгорные, предгорные, склоновые, нагорные и др.).

В артезианских бассейнах сосредоточены колоссальные запасы пресных, минеральных, промышленных и термальных вод. Наибольшую ценность представляют возобновляемые ресурсы высококачественных пресных артезианских вод, позволяющие организовать питьевое водоснабжение крупных населённых пунктов. Изменение гидродинамического режима артезианских бассейнов в процессе интенсивного и длительного отбора в ряде случаев приводит к ухудшению качества артезианских вод под влиянием внедрения в продуктивный горизонт загрязнённых поверхностных вод или более глубоких подземных вод повышенной минерализации, а также может вызвать глубокие преобразования ландшафта прилегающей территории на большой площади из-за осушения залегающих сверху водоносных горизонтов.

Источник

Структура артезианского бассейна

1.2 Структура артезианского бассейна

Артезианский бассейн – это бассейн подземных вод, приуроченный к отрицательной, геологической структуре (синеклизе, мульде, прогибу, межгорной впадине), содержащей напорные пластовые воды. Крупные артезианские бассейны в Российской Федерации – Западно-Сибирский, Московский.

В пределах артезианского бассейна различают три области (рис. 1):

Рис. 1[1]. Артезианский бассейн

Области питания водоносных горизонтов располагаются на более высоких отметках поверхности. Здесь водоносные пласты могут заключать в себе безнапорные воды (воды, имеющие свободную поверхность), дренируемые местной гидрографической сетью.

Область разгрузки – площадь выхода напорных вод на поверхность земли. На этой площади обычно наблюдаются восходящие источники, рассеянные и линейные выходы подземных вод.

В области разгрузки напорные воды выходят на поверхность в виде восходящих источников. При этом вода может появляться на поверхности или в виде концентрированных струй на речных террасах, коренных берегах речных долин и т.п., или в виде распыленных пластовых выходов, прослеживаемых на некотором протяжении.

В отличие от области питания, где мощность водоносного горизонта изменяется в зависимости от метеорологических факторов, в области напора мощность артезианского горизонта постоянна во времени. На границе между областью питания и областью напора, в связи с количеством поступающей атмосферной воды, в различные сезоны может происходить временный переход воды со свободной поверхностью в воды напорные. В области разгрузки воды выходят на земную поверхность в виде восходящих источников. При наличии нескольких водоносных горизонтов каждый из них может иметь свой уровень, определяемый условиями питания и стока воды. Когда синклинальное залегание слоев соответствует понижениям рельефа, напоры в нижних горизонтах повышаются; при повышениях рельефа пьезометрические уровни нижних горизонтов располагаются на более низких отметках. Если, благодаря скважине или колодцу, два водоносных горизонта сообщаются, то при обращенном рельефе артезианские воды из верхнего горизонта перетекают в нижний.

Различают артезианские бассейны и артезианские склоны. В артезианском бассейне область питания располагается рядом с областью напора; далее по направлению подземного стока располагается область разгрузки напорного горизонта. В артезианском склоне, последняя находится рядом с областью питания.

Артезианские воды могут быть гидравлически связаны с грунтовыми водами на участках, где размыты кроющие водонепроницаемые пласты, или же их фациальному изменению, т. е. переходу в проницаемые разности пород. В зависимости от соотношения уровней подземных вод на таких участках будет иметь место или расход, или пополнение запасов артезианских вод. Если пьезометрическая поверхность артезианских вод располагается на более высоких абсолютных отметках по сравнению с отметками зеркала грунтовых вод, напорные воды будут питать грунтовые, при обратном соотношении отметок горизонтов подземных вод грунтовые воды будут питать артезианские. В последнем случае на отдельных участках вследствие невысокого санитарного состояния грунтовых вод может быть снижено качество артезианских вод.

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.

Восходящие источники обязаны своим происхождением гидростатическому напору, характерному для артезианских бассейнов и склонов. Их выходы в виде бьющих вверх струй приурочены к основным краевым областям разгрузки артезианских бассейнов и нередко связаны с зонами тектонических разрывов и других, нарушений. Это могут быть эрозионные источники напорных вод или источники, пробивающиеся через относительно, слабо проницаемые отложения, перекрывающие водоносный горизонт, или восходящие по линии сброса, и др. Во многих акваториях Земли зафиксированы восходящие субмаринные источники подземных вод. Такие мощные восходящие струи издавна известны на дне Средиземного моря и других внутренних морей, где они встречаются на различных глубинах в области шельфа, а местами и континентального склона, а также во многих районах Атлантического, Индийского и Тихого океанов.

1.3 Запасы артезианских вод

Запасы подземных вод в артезианских бассейнах различны и зависят от многих природных факторов. Чем больше площадь распространения артезианского бассейна, чем значительнее мощность водоносных пластов и чем больше площадь питания и интенсивнее происходит питание, тем более крупными запасами воды обладает артезианский бассейн. Водообильность одиночных или взаимодействующих горных выработок (шахт, скважин, шурфов и др.), помимо перечисленных факторов, зависит также от водопроводимости отдельных водоносных пластов.

Одним из основных видов изучения артезианских вод служит разведочное бурение. В процессе разведки выявляется глубина залегания пластов, содержащих напорные воды, проводятся пробные и опытные откачки, обследуются восходящие источники, определяется качество воды и т. д. При определении запасов воды, заключенных в напорных пластах, рекомендуется учитывать размеры артезианских бассейнов. В артезианских бассейнах с большой площадью распространения, когда потребное количество воды составляет ничтожную величину по сравнению с запасами бассейна, разведочные работы ограничиваются бурением скважин, опытной откачкой и физико-химическим исследованием подземных вод. При малых размерах артезианских бассейнов, например в межгорных долинах, необходимое количество воды может приближаться к природным запасам бассейна. В таких бассейнах обычно проводятся детальные гидрогеологические исследования, заключающиеся в комплексной геолого-гидрогеологической съемке, бурении скважин, опытных откачках и режимных наблюдениях.

Запасы подземных вод, как и запасы твердых полезных ископаемых, в зависимости от степени разведанности подразделяются на три категории:

· к категории А относят детально разведанные и опробованные запасы;

· к категории В – менее разведанные;

· к категории С – запасы, установленные по общим геологическим и гидрогеологическим данным.

Выделяются следующие виды запасов подземных артезианских вод:

· естественные – естественный расход подземного потока;

· регулировочные – представляют собой подземные воды, пополняемые в области питания путем поглощения атмосферных и поверхностных вод;

· вековые, которые накопились в пластах в течение многих веков и могут быть извлечены при полном осушении пластов;

· эксплуатационные запасы, т. е. запасы, которые можно использовать для нужд народного хозяйства.

Дебит скважин, вскрывших напорные водоносные пласты, колеблется в зависимости от местных условий (водопроводимости пластов, высоты напора, величины понижения уровня и т. п.) от нескольких единиц до десятков и даже сотен кубических метров воды в час.

При близком расположении скважин, эксплуатирующих один и тот же водоносный горизонт, они будут оказывать взаимное влияние, которое сказывается как на уменьшении производительности взаимодействующих скважин, так и на снижении пьезометрического уровня. Такое взаимодействие скважин отмечено во многих местах, как в России, так и на территориях других государств.

Источник