Схема строения артезианского бассейна

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

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

Строение артезианского бассейна

Ранее движение артезианских вод уподобляли потоку в трубе с источником питания, расположенным выше точки истечения воды. В большинстве учебников гидрогеологии артезианский бассейн представлен в виде синклинальной структуры с областями питания, расположенными выше уровня разгрузки воды (рис. 2.10). Первоначальный уровень артезианских вод постепенно понижается от областей питания в сторону очага разгрузки. Артезианский водоносный горизонт залегает между пористыми, но почти непроницаемыми слоями, называемыми водоупорами и слабоводопроницаемыми слоями. Такое строение типично для многих больших артезианских бассейнов. Однако в природных условиях их разнообразие бесконечно. Ниже описано несколько типичных артезианских бассейнов.

На рис. 2.11, а показан артезианский бассейн с низким напором, формирующимся в области распространения закрепленных дюнных песков. Здесь заболоченные низины служат слабоводопроницаемыми слоями. На рис. 2.11,б изображен водоносный горизонт, представляющий собой зону трещиноватости, образованную разрывным смещением консолидированных водонепроницаемых пород. Такие водоносные горизонты обладают большим напором, но низкой производительностью. На рис. 2.11, в видно, что артезианский водоносный горизонт может представлять собой не только синклиналь, но и антиклиналь. Горизонтально залегающие породы часто образуют артезианские водоносные горизонты (рис. 2.11, г). Напорные водоносные горизонты также распространены в ледниковых отложениях. На рис. 2.11, д показана артезианская скважина, вскрывающая напорные воды на контакте флювиогляциальных и моренных отложений.

Источник

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 км 2 ), средние (100000—10000 км 2 ) и малые (простые, менее 10000км 2 ).

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

Источник