Підземні води

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Підземні води.JPG

Підземні води  — води, що містяться у верхній частині земної кори. Заповнюють проміжки, пори, тріщини, пустоти. У ґрунті заповнюють капіляри. Поділяються на води зони аерації, ґрунтові і артезіанські.

Загальна характеристика[ред.ред. код]

Схема утворення і залягання підземних вод: 1 – водопойні породи; 2 – водоносні породи; К1-К4 – колодязі; Д1-Д3 – джерела.

Підземні води розташовані нижче земної поверхні і дна поверхневих водоймищ і водотоків, що заповнюють пори, тріщини й інші порожнечі гірських порід у рідкому, твердому або пароподібному стані. Утворюються внаслідок інфільтрації атмосферних опадів та поверхневих вод, конденсації водяної пари, магматичних процесів та метаморфізму тощо.

Шари гірських порід, що насичені гравітаційною водою, утворюють водоносні горизонти, або пласти, котрі складають водоносні комплекси, гірські породи яких характеризуються різними ступенями вологоємності, водопроникності та водовіддачі. Перший від поверхні Землі постійно існуючий безнапірний водоносний горизонт називається горизонтом ґрунтових вод. Безпосередньо над його поверхнею (дзеркалом ґрунтових вод) поширені капілярні води, які можуть бути завислими, тобто не з'єднаними з дзеркалом ґрунтових вод. Весь простір від поверхні Землі до дзеркала ґрунтових вод називається зоною аерації, в якій проходить просочування вод з поверхні. В зоні аерації на окремих розмежованих прошарках порід, які характеризуються меншою фільтраційною здатністю, в період живлення ґрунтових вод можуть утворюватись тимчасові, або сезонні, скупчення підземних вод, які називається верховодкою. Водоносні горизонти, що залягають нижче ґрунтових вод і відділяються від них пластами водонепроникних (водотривких) або слабкопроникних порід, називаються горизонтами міжпластових вод. Вони звичайно перебувають під гідростатичним тиском (артезіанські води), рідше мають вільну поверхню — безнапірні води.

Підземні води є джерелом водопостачання (іноді їх використовують для зрошування), мінеральні води — для лікування. За характером використання підземні води підрозділялись на 4 види: питні і технічні, що застосовуються для господарсько-питного та виробничо-технічного водопостачання, зрошення земель та обводнення пасовищ; лікувальні мінеральні води, що використовуються з бальнеологічною метою і як столові напої; теплоенергетичні (включаючи пароводяні суміші) — для теплопостачання промислових, сільськогосподарських та громадських об'єктів, а в окремих випадках — і для вироблення електроенергії; промислові води — для вилучення із них цінних компонентів. У ряді випадків підземні води одночасно є мінеральними і теплоенергетичними, промисловими і теплоенергетичними, у зв'язку з чим вони розглядаються як комплексна корисна копалина. Родовища прісних і солонуватих вод, що використовуються для господарсько-питного водопостачання і зрошування, підрозділяються на основні типи: родовища річкових долин, артезіанських басейнів, конусів виносу передгірських шлейфів і міжгірських западин, що обмежені по площі структур або масивів тріщинних та тріщинно-карстових порід, тектонічних порушень. піщаних масивів, пустель та напівпустель, надморенних та міжморенних водольодовикових відкладів, областей розвитку вічномерзлих порід. Див. також карстові води, ґрунтові води, мінеральні води, артезіанські води.

Теорії походження підземних вод[ред.ред. код]

  • Інфільтраційна теорія — висунута французькими вченими Б. Паліссі і Е. Маріотом в 16 ст. Пояснювала утворення підземних вод просочуванням в породи атмосферних опадів.
  • Конденсаційна теорія — висунута німецьким гідрологом О. Фогелем в 1887 році. За нею підземні води утворюються шляхом проникнення у гірські породи повітря і наступною конденсацією з нього водяної пари.
  • Ювеніальна теорія — запропонована австрійським геологом Е. Зюссом на початку ХХ ст. Згідно з теорією підземні води утворилися з водяної пари і газоподібних продуктів, які виділяються з розплавленої магми в глибоких надрах землі; поступаючи у вищі шари земної кори, вони конденсуються і дають початок ювеніальним водам.
  • Теорія реліктового походження підземних вод — згідно з нею підземні води глибоких зон являють собою залишкові води давніх басейнів, захоронені у відкладах, які утворились у цих басейнах.

Вік підземних вод[ред.ред. код]

Вік підземних вод — середній час знаходження підземних вод у земних надрах, починаючи від попадання у водоносний горизонт і закінчуючи виходом на поверхню. У різних зонах водообміну поняття віку змінюється, а у вогнищах розвантаження досить швидко можуть відносно древні води.

Існують три основних методи визначення віку підземних вод:

  • 1) гідродинамічний;
  • 2) інертних газів, які розчинені у підземних водах;
  • 3) радіогенних (з коротким періодом життя) ізотопів.

Гідродинамічний метод базується на розрахунку сучасних швидкостей руху підземних вод. Метод інертних газів застосовується для визначення віку відносно древніх вод, час знаходження яких під землею нараховує, як правило, мільйони років. Метод радіогенних ізотопів використовує короткоживучі ізотопи (3Н, 14С, 32Si, 36Cl, 10Be), які безперервно утворюються у верхніх шарах атмосфери. Строк їх життя — від декількох до мільйонів років, тому вони можуть використовуватися у якості індикатора віку порівняно молодих підземних вод. Якщо за час, який дорівнює 4-5 періодам напіврозпаду радіогенного ізотопу, у водоносний горизонт надходили «свіжі» інфільтраційні води, то їх вік достеменно встановлюється за кількістю такого ізотопу. Найчастіше для цього використовують тритій і радіовуглець.

Класифікації підземних вод[ред.ред. код]

Шипіт — підземне джерело водопостачання

На сьогодні не існує єдиної комплексної класифікації підземних вод. Існують окремі класифікації підземних вод за: умовами залягання, хімічним складом, температурою, солоністю, використанням, забрудненістю, захищеністю, ступенем вивченості тощо.

За джерелами надходження у водоносні горизонти і комплекси:

  • метеогенні (надходять з атмосфери, включають інфільтраційні, інфлюаційні та конденсаційні води);
  • літогенні (формуються у літосфері і поділяються на седиментогенні, відроджені, новоутворені, конденсаційні, солюційні);
  • ювенільні або ендогенні (ті, які вперше потрапили у літосферу з мантії).

Інфільтраційні води утворюються завдяки просочуванню з поверхні Землі дощових, талих та річкових вод. За складом вони переважно гідрокарбонатно-кальцієві та магнієві. При вилуговуванні гіпсових порід формуються сульфатно-кальцієві, а при розчиненні соленосних — хлоридно-натрієві води. Конденсаційні П.в. утворюються внаслідок конденсації водяних парів у порах або тріщинах порід. Седиментаційні води формуються в процесі геологічних осадоутворень і звичайно являють собою змінені поховані води морського походження (хлоридно-натрієві, хлоридно-кальцієво-натрієві тощо). До них також належать поховані розсоли солерудних басейнів, а також ультрапрісні води піщаних лінз у моренних відкладах. Води, що утворюються із магми при її кристалізації і при метаморфізмі гірських порід, називаються магматогенними або ювенільними водами.

За місцем знаходження:

  • порові (у пісках, галечниках та інших уламкових породах);
  • тріщинні (у скельних породах);
  • карстові (у розчинних породах — вапняках, доломітах, гіпсах тощо).

Серед підземних вод розрізняють верховодку, ґрунтові води й міжпластові (безнапірні та артезіанські води); за ступенем мінералізації — прісні й мінеральні води.

За ступенем мінералізації (за В. Вернадським) на:

  • прісні (до 1 г/л);
  • солонуваті (від 1 до 10 г/л);
  • солоні (від 10 до 50 г/л);
  • підземні розсоли (понад 50 г/л).

За температурою °C:

  • переохолоджені (нижче 0);
  • холодні (від 0 до 20);
  • теплі (від 20 до 37);
  • гарячі (від 37 до 50);
  • дуже гарячі (від 50 до 100);
  • перегріті (понад 100).

Підземні води — корисна копалина, запаси якої, на відміну від інших видів корисних копалин, відтворювані. В областях існування підземних вод температура коливається від −93 до 1200 °С, тиск від дек. до 3000 МПа. П.в. — природні розчини, що містять понад 60 хімічних елементів (найчастіше — K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, C, Si, N, O, Н), а також мікроорганізми. Як правило, підземні води насичені газами (СО2, О2, N2 та ін.). Підземні води, які переміщаються у водоносному пласті, тектонічній або карстовій зоні з великою швидкістю фільтрації називають підземним потоком. Переміщення підземних вод під дією гідравлічного напору або гравітаційних сил називають підземним стоком. Найчастіше такий стік направлений в бік моря, русла ріки тощо.

Типи та класи підземних вод (за Зайцевим)[ред.ред. код]

У 1961 р. Зайцев розробив класифікацію підземних вод за характером їх скупчень, яка дозволяє враховувати особливості розподілу, залягання і динаміки підземних вод, ступінь літифікації порід, характер їх скважності. У класифікації 3 типи вод:

1. Пластові (індекс типу П. Класи: 1 порові; 2 тріщинно-порові; 3 порово-тріщинні; 4 тріщинні; 5 тріщинно-карстові) — зазвичай розвинуті в осадових породах.

2. Тріщинно-жильні (індекс типу Т. Класи: 6 регіонально-тріщинні води зон вивітрювання; 7 рег.-тріщинні води зон тектонічної і літогенетичної тріщинуватості; 8 карстово-жильні; 9 локально-тріщинні води зон тектонічних порушень (їх Зайцев поділив на 3 відділи: води тектонічних розломів; в. інтрузивних контактів; в. жильних утворень)) — в метаморфічних та інтрузивних породах.

3. Лавові (індекс типу Л. Класи: 10 верхньолавові; 11 міжлавові; 12 внутрішньолавові) — в ефузивних породах.

П1 відносять до незцементованих піщаних та інших відкладів глибини залягання від декількох метрів до 3км (п-в Апшерон); від кайнозою до верхнього протерозою. Розповсюдження в четвертинних відкладах — алювіальних, льодовикових, морських. Ці води через джерела та свердловини дають до 10-100 і > л/с.

Між П2 і П3 немає чітких меж. Вік — палеозой Російська платформа; мезозой — Західно-Сибірська плита, палеоген, неоген — у Передкавказзі, на Копетдазі.

П4 генетично пов'язані з регіонально-тріщінними водами Т7.

П5 — в карбонатних та тиригенно-карбонатних. У палеозойських відкладах — Рос. і Сибірська платформи. В мезозої і трохи в кайнозої — на Скифській плиті. Є вони у міжгірських западинах, на вододілах і схилах Кримських, Кавказьких та ін. гірсько-складчастих обл.

Т8 — залягання в карбонатних і тиригенно-карбонатних перекристалізованих і сильно дислоційованих породах; розповсюдження для Криму, Кавказу, Тянь-Шань, Саян та ін., що перетерпіли складкоутворення.

Обводненість порід з водами П5 і Т8 велика (до сотень л/с).

Інші відділи класу Т9 складають води інтрузивних контактів і жильних утворень; розповсюджені в складчастих обл.[2;c.14-20]

Фізичні властивості підземних вод[ред.ред. код]

Підземні води є розчинами, що містять солі, іони, колоїди і гази. До основних фізичних властивостей, які аналізують при дослідженні підземних вод, відносять: колір, запах, смак, прозорість, температуру, щільність, стискуваність, в'язкість, радіоактивність, електропровідність.

  • Колір підземних вод залежить від їх хімічного складу і механічних домішок. В основному підземні води безколірні. Жовтуватий колір характерний для вод болотного походження, що містять гумінові речовини. Сірководневі води в наслідок окислення сірководню і утворення тонкої колоїдної «муті», складеної з частинок сірки, мають зеленуватий відтінок. Колір води оцінюється за стандартною платино-кобальтовою шкалою в градусах.
  • Запах в підземних водах в основному відсутній. Відчуття запаху свідчить або про наявність газів біохімічного походження (сірководень та ін.) або про присутність гниючих органічних речовин. Характер запаху виражають описово: без запаху, сірководневий, болотний, пліснявий та ін. Інтенсивність запаху оцінюють по десятибальній шкалі.
  • Смак води залежить від складу розчинених речовин, солоний смак зумовлений хлористим натрієм, гіркий — сульфатом магнію, іржавий — солями заліза. Солодкуватий смак мають води багаті органічними речовинами. Наявність вільної вуглекислоти придає воді приємного освіжаючого смаку. Смак води оцінюється за таблицями в балах.
  • Прозорість підземних вод залежить від кількості розчинених в ній мінеральних речовин, вмісту механічних домішок, органічних речовин і колоїдів. Для вказання ступеня прозорості служить наступна номенклатура: прозора, слабоопалесціююча, опалесціююча, злегка каламутна, сильно каламутна. Каламутність оцінюють в міліграмах сухої речовини на літр води.
  • Температура підземних вод залежить від геотермальних особливостей району. Вона відображає вікові, тектонічні, літологічні і гідродинамічні особливості водних горизонтів. Температура води впливає на її хімічний склад, в'язкість та коефіцієнт фільтрації. В природних умовах підземні води можуть бути переохолоджені (нижче 0 °C, поширені в районах багаторічної мерзлоти), холодні (нижче 20 °C, приурочені до верхньої зони земної кори, до поясу постійних річних температур в середніх широтах), термальні (які мають температуру 20-100°С, виявлені буровими свердловинами на різних глибинах), перегріті (температурою 100–375°С, зустрічаються в районах сучасної вулканічної діяльності).
  • Щільність води визначають співвідношенням її маси до об'єму при певній температурі. За одиницю щільності прийнято щільність дистильованої води при температурі 4 °C. Показник щільності залежить від температури, кількості розчинених солей, газів і завислих часток, і змінюється від 1 до 1,4 г/см³.
  • Стискуваність це характеристика, яка показує зміну об'єму рідини під дією тиску. Для води стискуваність незначна і характеризується коефіцієнтом стиснення β=(2,7-5)×10-5 Па.
  • В'язкість води характеризує внутрішній опір частинок рідини її руху, і кількісно виражається коефіцієнтами динамічної і кінематичної в'язкості. Б. А. Дерягін вивів існування аномалії води в тонких капілярах діаметром менше 0,001 мм. В ній на всьому інтервалі температур коефіцієнт тертя (залежить від в'язкості) залишається постійним, а щільність на 40% більша звичайної.
  • Радіоактивність підземних вод визначають вмістом в ній радону, еманації радію. За рідкісними винятками усі підземні води в тій чи іншій мірі радіоактивні.за кількістю еманації радію Е. С. Бурксер виділяє такі типи вод: дуже сильно радіоактивні (радіоактивність більше 10000 еманів); сильно радіоактивні (1000 — 10000 еман); радіоактивні (100 — 1000 еман); слабо радіоактивні (10 — 100) дуже малорадіоактивні (менше 10 еман).
  • Електропровідність залежить від кількості солей, розчинених у підземних водах. Прісні води володіють незначною електропровідністю, дистильовані — своєрідні ізолятори. Електропровідність води оцінюють за питомим електричним опором, вона змінюється від 0,02 до 1,0 Ом×м.

Хімічні властивості підземних вод[ред.ред. код]

  • Сульфатність підземних вод — характеристика вмісту у підземній воді сульфат-йона SO42-. Як показник сульфатності використовують відношення SO4/Cl або SO4/(Cl + SO4). Підвищені показники SO42- є пошуковими критеріями сульфідних родовищ, що окиснюються, а знижені — позитивним показником нафтогазоносності.

Мікрофлора підземних вод[ред.ред. код]

Мікроорганізми, що мешкають в підземних водах дуже активні, адаптивні до різних ступенів мінералізації, температури, тиску. Вони беруть участь в розкладі і синтезі різних органічних і мінеральних сполук, здатні впливати на зміну сольового і газового складу природних вод, їх мінералізацію. Проникнення бактерій в глибину лімітує висока температура (вище 95-100°С) і мінералізація (130–270 г/кг — так звані «міцні розчини»). Бактерії та мікроби проникають в пори породи і перебувають там в капілярній воді, вкривають стінки пустот.

Дисульфіюючі бактерії, окислюючі речовини, в тому числі нафтові вуглеводи відновлюють сульфати до сірководню. Денітрофікуючі бактерії, окислюючи органічні речовини відновлюють нітрати до нітритів і молекулярного азоту. До них належать бактерії, що зброджують кислоти і здійснюють розклад вуглеводів з утворенням органічних кислот, вуглекислого газу і води, бактерії, що розкладають нафтенові кислоти та інші органічні речовини; тіонові бактерії, що розвиваються при значенні pH біля 7, окислюють сірку та сірковмісні сполуки до сірчаної кислоти; бактерії, що окислюють вуглеводи парафінового ряду; метанокислюючі бактерії, нітрифікуючі бактерії і ін.

У розрізі літосфери виділяють 4 зони, 3 верхні заселені мікроорганізмами, 4-та — безжиттєва. Перша належить до ґрунтових утворень. Простягається до глибини 3-ох метрів, де проходить розклад органічних речовин. Нижче знаходиться зона аерації (глибиною до кількох сотень метрів), заселена анаеробами.

Для оцінки органічного забруднення води користуються колітитром. Під ним розуміють об'єм води, в якому міститься одна кишкова паличка. Залежно від вмісту кишкової палички води класифікують наступним чином: здорова (100 мл на 1 кишкову паличку); досить здорова (10 мл); сумнівна (1 мл); нездорова (0,1); зовсім нездорова (0,01 мл).

Макрокомпоненти підземних вод[ред.ред. код]

Основні йони підземних вод, які в сумі складають більшу частину (за О.А.Алекіним – 99,9%) усіх розчинених речовин, а саме аніони Cl, SO4–2, HCO3, CO3–2 і катіони Na+, Mg2+, Ca2+.

Підземні води як корисні копалини[ред.ред. код]

Підземні води корисні як самі по собі, так і завдяки тому, що вони є сировиною для видобутку ряду речовин. Прісні підземні води використовуються для питних, промислових і сільськогосподарських потреб. В нафтовій промисловості підземні води використовуються при обводненні нафтових родовищ.

Рівень підземних вод[ред.ред. код]

Рівень підземних вод (рос. уровень подземных вод, англ. underground water level, нім. unterirdisches Wasserstand m) — перевищення вільної чи п'єзометричної поверхні вод у даній точці (у даній ділянці масиву гірських порід) по відношенню до будь-якої площини порівняння (наприклад, по відношенню до рівня моря).

Режим підземних вод[ред.ред. код]

Режим підземних вод (рос. режим подземных вод, англ. underground water conditions, нім. Bodenwasserverhältnisse n pl) — зміна в часі динамічних, геохімічних, температурних та ін. якісних і кількісних показників підземних вод (рівнів, напору, витрат, хімічного і газового стану, температури тощо).

Підземні води України[ред.ред. код]

На початок 2010 року в України розвідано 450 родовищ питних і технічних підземних вод, 209 родовищ мінеральних вод, 1 родовище теплоенергетичних підземних вод і 1 родовище промислових підземних вод. Упродовж 2009 року розвідано і поставлено на державний баланс 20 ділянок родовищ питних і технічних підземних вод із запасами промислових категорій 31,9 тис. м³/добу і 4 ділянки родовищ мінеральних підземних вод із запасами промислових категорій 505,5 м³/добу.[1]

Питні та технічні підземні води[ред.ред. код]

Загальні прогнозні ресурси підземних вод в Україні становлять 61 689,2 тис. м³/добу, з яких 57 499,9 тис. м³/добу з мінералізацією до 1,5 г/дм³. Забезпеченість прогнозними ресурсами питних підземних вод населення України по регіонах знаходиться в межах 0,3 — 5,5 тис. м³/добу, а в середньому — 1,3 тис. м³/добу на одну особу.[1] Підземні води розподілені по регіонах нерівномірно, що зумовлено відмінністю геології та фізико-географічних умов різних регіонів. Переважна частина прогнозних ресурсів зосереджена у північних та західних областях України, ресурси південного регіону обмежені.

Середньорічний обсяг видобутку питних і технічних підземних вод в Україні у 2009 році становив 5 486,52 тис. м³/добу, що на 761,34 тис. менше, ніж у 2008 році.[1] Видобуток з розвіданих родовищ становив 2 309,60 тис. м³/добу, що на 300,19 тис. менше, ніж у 2008 році.[1]

Мінеральні підземні води[ред.ред. код]

Станом на 1 січня 2010 року в Україні розвідано та підготовлена до промислового використання 281 ділянка родовищ мінеральних підземних вод, які зосереджені на 209 родовищах. Експлуатаційні запаси розвіданих родовищ становлять 86 717,5 м³/добу за категоріями А+В+С1 та 1 394,0 м³/добу — за категорією С2.[1] Із загальної кількості розвіданих ділянок родовищ мінеральних вод експлуатується 173 ділянка (тобто 82% запасів). Мінеральні лікувальні та лікувально-столові підземні води розвідані на 151 родовищі (218 ділянок) із загальною кількістю запасів 71,3 тис. м³/добу, з яких 134 ділянки розробляються. Природні столові води розвідані на 58 родовищах (63 ділянки) із загальним обсягом запасів 16,8 тис. м³/добу, з них розробляється 39 ділянок. На деяких ділянках родовищ розвідані мінеральні води двох типів у різних водоносних горизонтах, що збільшує загальну кількість об'єктів обліку водокористування до 297.

Видобуток підземних мінеральних вод в Україні у 2009 році становив:

  • лікувальних та лікувально-столових 4 855,4 м³/добу,
  • природних столових вод — 3 401,6 м³/добу (разом технологічними скидами).

Використання підземних мінеральних вод в Україні в 2009 році становив:

  • лікувальних та лікувально-столових — 3 772,8 м³/добу, або близько 5,4% від величини затверджених запасів,
  • природних столових — 2 068,5 м3/добу, або 12,3% від кількості затверджених запасів.[1]

Із 218 ділянок усіх типів мінеральних лікувальних та лікувально-столових підземних вод 111 (50,9% від загальної кількості затверджених запасів) належить до мінеральних підземних вод без специфічних компонентів і властивостей від маломінералізованих до розсолів з мінералізацією від 1 до 35 г/дм³. Розвідані та затверджені такі родовища в 19 адміністративних областях України.

Специфічні підземні води[ред.ред. код]

За своїми лікувальними властивостями найбільшу цінність мають води зі специфічними компонентами та властивостями. В Україні віднесено до таких унікальних мінеральних підземних вод 12 родовищ.[2] Станом на 1 січня 2010 року законсервовані Зайчиківське родовище мінеральних вод з підвищеною концентрацією органічних речовин (Хмельницька область), Келечинське родовище вуглекислих залізистих вод і унікальне Тисенське родовище вуглекислих йодо-бромних вод (Закарпатська область).[1]

Теплоенергетичні підземні води[ред.ред. код]

В Україні такі нетрадиційні джерела енергії, як теплоенергетичні води розвідані в Закарпатському артезіанському басейні. В більшості випадків теплоенергетичні води вміщують в розчинному вигляді підвищену кількість мікроелементів, таких як бром, бор, йод, що робить їх цінною бальнеологічною і промисловою сировиною, а також джерелом для одержання теплової енергії. Детально розвідане Берегівське родовище теплоенергетичних вод (Закарпаття) із запасами вод у 0,871 тис. м³/добу. Родовище експлуатується з 1973 року для наповнення басейну.[1]

Промислові підземні води[ред.ред. код]

В Україні детально розвідане єдине Північно-Сиваське родовище промислових йодних вод на території Генічеського району Херсонської області біля села Щасливцеве в межах мілководної лагуни Сиваш Азовського моря, в північній частині Арабатської стрілки. Східна частина родовища знаходиться під водами Азовського моря.[1]

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б в г д е ж и к Підземні води на сайті Державної служби геології та надр України.
  2. Постанова Кабінету Міністрів України № 456 від 7 березня 2000 року.

Література[ред.ред. код]