Рис.  6.   Схема    залегания    межпластовых ненапорных вод:

    1 — водонепроницаемые   породы;   2 — водопроницаемые   породы;   3 — грунтовые   воды; 4 — межпластовые  воды;  5 — область  питания; 6 — источник 

    Безнапорные межпластовые воды. Помимо грунтовых  вод иногда выделяются безнапорные  межпластовые воды, отличающиеся от грунтовых вод тем, что находятся между двумя выдержанными ведоупорными пластами (рис.6). Питание их происходит не на всей площади распространения водоносного слоя, а только в месте выхода его на поверхность (а).

    Обычно  такие воды развиты в условиях расчлененного рельефа и залегают, выше базиса эрозии (местной гидрографической сети). «Они не заполняют полностью водоносного слоя, не имеют соприкосновения с водонепроницаемой кровлей и характеризуются свободной ненапорной поверхностью. На береговых склонах оврагов и рек часто образуются источники, или родники, при вскрытии контакта водоносных и водоупорных пород. Таким образом, межпластовые воды являются проточными и по условиям передвижения аналогичны грунтовым нисходящим водам,, подчиняющимся законам силы тяжести.

    Рис. 8.7. Схема залегания  артезианских  вод:

    1 — область   питании;   2—водоносный   слой;  3— одотчфоппцаеыые   слон;   4 — самоизливающийся   колодец;   5— колодец,   в   котором   напорная   вода   не   изливается; 6 — пьезометрический уровень напорных вод  (рис. Н. П. Костенко) 

    Напорные, или артезианские, межпластовые воды. К напорным водам относятся, воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами горных пород ниже базиса эрозии.

    Артезианские  воды получили свое название от провинции Артуа (фр. artesien) во Франции, которая в древности называлась Артезия. Там впервые в Европе в 1226 г. при помощи трубчатых колодцев получена самоизливающаяся подземная вода.

    Наиболее  благоприятные условия для формирования напорных вод создаются в пределах различных прогибов земной коры, а также при моноклинальном залегании горных пород? В первом случае (рис. 8.7, 8,8, I) водоносные слои изогнуты, в виде мульды или чаши.< Областью питания подземных вод является место выхода водоносного слоя на поверхность. Атмосферные воды, поступая в водопроницаемые слои путем инфильтрации или инфлюации (лат. influo — втекаю), движутся к центральным частям мульды и заполняют весь водоносный слой, находясь под гидростатическим давлением. Если выкопать колодцы или пробурить скважины до водоносного слоя, то подземная вода после ее вскрытия поднимется на значительную высоту.

    Рис.   8.8.    Разрез   артезианского     бассейн при мульдообразном  (/)  и моноклинально) (//) залегании пород:

    а —область питания; б —область напора в — область разгрузки; М —  мощность артезиаыского горизонта, Н, и Н2 — величинь напора; 1 — водоносные породы; 2 — водонепроницаемые породы; 3 — пьезометрический уровень. Стрелками показано направление движения артезианских вод 

    В колодцах, заложенных на более низких по рельефу участках, вода будет самоизливаться на поверхность, или, как принято говорить, фонтанировать (колодец 4 на рис. 7), в других же остановится на какой-то глубине от поверхности (колодец 5). Подъем воды в колодцах бывает различный и зависит от высоты расположения областей питания. Плоскость, проходящая через области питания (с учетом потери части напора при движении подземных вод), определяет высоту напора воды в данном месте. Этот напорный уровень называют пьезометрическим уровнем, выше которого вода не может подняться. Пьезометрический уровень обычно выражают в абсолютных отметках по отношению к уровню моря.

    В ряде геологических структур, заключающих  артезианские воды, выходы водоносного  слоя на поверхность расположены  на различной гипсометрической высоте. В этом случае отдельные части  структуры характеризуются различными гидрогеологическими условиями. На площади более высокого выхода на поверхности водоносного слоя происходит питание напорных вод (область питания), на площади более низкого выхода слоя напорные воды выходят в виде источников, т. е. разгружаются (область разгрузки). Площадь, расположенная между областями питания и разгрузки, называется областью напора (рис. 8, /).

    Подземная вода может оказаться под гидростатическим напором и при моноклинальном, или односклопном, залегании пород, особенно в условиях частой смены  пород (рис. 8, //), т. е. смены водопроницаемых пород водонепроницаемыми. Вода, поступившая из области питания в водопроницаемые породы, постепенно передвигается по падению слоя и, наконец, достигает глин, не находя далее выхода. Происходит накопление ее в водоносном слое и она оказывается под гидростатическим давлением. Если вскрыть воду колодцем, то она будет обладать напором и поднимется примерно до высоты питания. Подобные же скопления напорных вод возможны в районах тектонических сбросов, когда по линии сместителя водоносные слои оказываются в контакте с водонепроницаемыми породами.

    При чередовании водопроницаемых и  водонепроницаемых пород, или пород  разной проницаемости, в таких структурах могут находиться несколько напорных водоносных горизонтов.

    Рассмотренное формирование подземных вод вследствие инфильтрации имеет особенно важное значение в верхних напорных водоносных горизонтах, где наблюдается активный водообмен. К этим горизонтам обычно приурочены подземные воды, пресные или слабо солоноватые. В то же время в глубоких водоносных горизонтах напорные воды всегда соленые, нередко рассолы. А. А. Карцев (1969), Н. Г, Киссин (1967) и другие исследователи отмечают в этих условиях большую роль седиментогенных вод в питании крупных бассейнов напорных вод. По их представлениям, в местах наибольшего прогибания земной коры питание напорных вод происходит путем выжимания седимеитационных вод из алеврито-глинистых отложений под действием геостатического давления, созданного нагрузкой накапливающихся выше отложений. Под давлением глинистые породы испытывают значительное уплотнение и вода, присутствующая в них, выжимается в водопроницаемые слои (пески и др.). уплотнение которых незначительно.

    • Л р т е з и а п с  к и е б а с с е и  н ы. Геологические структуры  более или менее значительных размеров, содержащие в себе напорные межпластовые воды, называют а р т с з и а н с к и м и б а с с с н п а м и. Обычно они содержат большие запасы воды, которая широко используется в городах для питьевых и технических целей. В ряде крупных городов напорные воды являются одним из основных источников водоснабжения. На территории СССР имеется несколько обширных артезианских бассейнов, приуроченных к мульдообразным или чашеобразным проги-

    Рнс.  8.9.  Схематический  разрез Диепровско-Донецкого  артезианского  бассейна   (по  К.  И.  Макову):

    / — песок;   2 — глина;   3 — мел   и   мергель;   4 — глина   с   песком;   5 — кристаллические породы

    бам земной коры, а также к моноклиналям, в которых водопроницаемые и водонепроницаемые слон чередуются друг с другом.

    Наиболее  известным и имеющим огромное значение в водоснабжении городов и селений центральной части европейской территории Союза являются М о с к о в с к п и артезианский б а с с е и н. Напорные воды приурочены здесь к трещиноватым, местами закарстован-ным известнякам и доломитам каменноугольного возраста. Общая мощность каменноугольных отложений в центральной части Московской впадкны достигает 150—320 м, а к северо-восточной части — 400 м. Напорные воды приурочены здесь к отложениям всех трех отделов — нижпекаменноуголыюму, средпекаменпоуголыюму и верхнекаменноугольному — и образуют несколько водоносных комплексов, изолированных друг от друга глинистыми слоями. Напорные воды этих горизонтов отличаются хорошими качествами и широко используются в ряде мест и в самой Москве для питьевого и промышленного водоснабжения. Области питания этих водоносных горизонтов располагаются на западе, юго-западе, юге и востоке артезианского бассейна.

    В более глубоких слоях девонских  отложений Московского артезианского бассейна также есть напорные воды, но они отличаются большой минерализацией (содержат много растворенных солей) и для питьевого водоснабжения мало пригодны. .

    Другим  примером является артезианский бассейн, приуроченный к Днепровско-Донецкой (или Северо-Украинской) мульде, представляю-

    щей собой впадину, вытянутую в западно-северо-западном направлении и заполненную породами юрской, меловой и палеогеновой систем (рис. 8.9). В центральной части впадины наблюдается несколько напорных водоносных горизонтов, приуроченных к юрским пескам, к альб-сеноманским пескам, к мергелы-ю-меловой толще верхнего мела, и два водоносных горизонта в песках палеогена. Область питания бассейна располагается па приподнятых северной и северо-восточной окраинах его, а область разгрузки — в долине Днепра. Исключительно благоприятные условия питания н движения подземных вод этого бассейна обусловливают большие ресурсы их и хорошее качество. Они используются для водоснабжения многих населенных пунктов, в числе которых находятся такие крупные города Украины, как Киев, Харьков, Полтава. 

ИСТОЧНИКИ

    V Естественный выход подземных вод на поверхность называется источником (ключ, родник). Источники чаще всего приурочены к долинам рек, балок, оврагов, прорезающих водоносные горизонты, и к берегам морей. Условия естественных выходов подземных вод различны и зависят от состава водовмещающих пород (пористые или трещиноватые), от степени обнаженности склона реки .или оврага, от условий залегания горных пород и других факторов. Вода может спокойно стекать в виде отдельных струп на контакте с водоупорным слоем, иногда па достаточно широкой площади (чаще всего в пористых породах). В отдельных местах она вытекает в виде одной достаточно мощной струи (в пористых и особенно в трещиноватых породах) и, наконец, местами выходит в виде бьющей вверх сильной струи. Иногда подобные источники выходят на дне морей. Такие источники называются с у б -м а р и н и ы м и (лат. marinus — морской).

    Если  склоны долины реки или оврага покрыты  слоем делювиальных суглинков, то последние препятствуют сосредоточенным выходам источников и вода прокладывает себе путь под суглинком. В случае небольшой мощности покровного слоя грунтовая вода постепенно смачивает его. В результате но склону наблюдается сильное увлажнение на значительном протяжении и часто происходит заболачивание.

    Источники, питаемые верховодкой и грунтовыми водами, называют и исходя щ и  м н, а источники, питаемые напорными  водами, — восходящими. Наибольшим колебаниям подвержены нисходящие источники, питаемые верховодкой, которые временами совсем исчезают. Нисходящие источники грунтовых вод более постоянны, хотя их дебиг и качество также подвержены изменениям в зависимости от гидрометеорологических условий, изменяющихся по сезонам года.

    По  водообилыюсти источники характеризуются  большим разнообразием, что связано с условиями питания, а также со степенью водопроницаемости водовмещающих пород; наибольшей водообильностью отличаются источники, выходящие из слоев крупнозернистых песков, галечников и сильно трещиноватых закарстовапных известняков. Карстовые источники, вытекающие из пещер и других карстовых каналов, бывают местами настолько мощны, что могут дать начало ручьям и даже рекам. Такие источники развиты на Крымской яйле, на Кавказе, в Ленинградской области н некоторых других местах нашей страны.

    Восходящие  источники представляют собой естественные выходы напорных вод. Они характеризуются  более или менее постоянным режимом, т. е. постоянным напором, дебитом, химическим составом, температурой. Выходы их приурочены к областям разгрузки артезианских б-ассейнов и часто связаны с зонами тектонических разрывов.

    Изучение  источников подземных вод и их режима (изменение дебита и качества во времени) имеет огромное значение, так как позволяет судить о балансе подземных вод на том или ином участке. Баланс подземных вод обусловливается притоком (питанием) и расходом воды. Приток осуществляется путем: 1) инфильтрации атмосферных осадков; 2) конденсации паров и просачивания конденсационной воды в глубину; 3) просачиванля воды рек и поверхностных водоемов; 4) поступления седиментацлонных вод в глубокие артезианские водоносные горизонты.

    Расход  выражается: 1) в выходе источников подземных  вод па поверхность земли; 2) в подземном питании открытых водоемов рек; 3) в испарении поднимающейся по капиллярам воды; 4) в испарении через транспиранию ' растениями; 5) в искусственном извлечении воды человеком.

    При определении баланса подземных  под все указанные, элементы притока  и расхода должны быть учтены.

6. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ  ПОДЗЕМНЫХ ВОД

    Природные воды характеризуются большой растворяющей способностью. Даже дождевая вода не является идеально чистой, так как она из облаков до поверхности Земли поглощает взвешенную в воздухе пыль и газы воздуха и выпадает до некоторой степени уже минерализованной. Тем более это относится к подземным водам. Протекая по разнообразным горным породам, они взаимодействуют с окружающей средой и изменяют свои свойства и состав. Происходит процесс выщелачивания некоторых горных пород или включений в них и обогащение минеральными солями подземных вод. Кроме того, формирование химического состава подземных вод связано с условиями их происхождения (морские, имфильтрацнонные, ювенильпые и т. д.) и последующими процессами, их изменяющими.