авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 12 |

«2 ПРЕДИСЛОВИЕ Высшее образование, как и вся наша жизнь, стремительно меняется, оно уже стало многоуровневым, более фундаментальным, гуманитарным ...»

-- [ Страница 3 ] --

3.2.4 Интенсивность водообмена и режим подземных вод Итак, через любую емкость горных пород постоянно просачивается определенное количество воды Q. Одновременно эта же емкость (горизонт, пора, комплекс, бассейн) содержит определенный объем воды V, который непрерывно обновляется с той или иной скоростью. Следовательно, можно вычислить время Т, необходимое для того, чтобы весь первоначальный объем воды V сменился на равный объем новой воды. Оно равно:

Т = V/Q. (3.8) Полученное время в гидрогеологии принято называть временем водообмена, а величину, обратную этому времени, — интенсивностью водообмена.

Несмотря на условность введенных понятий, обусловленную тем, что не все виды и типы воды даже в одном горизонте обменива ются с одинаковой скоростью, эти понятия получили широкое распространение, так как они по своей сущности отражают фундаментальные свойства подземной гидросферы к непрерывному обмену, который реализует возможности развития многих геологических и биологических процессов.

По интенсивности водообмена в гидрогеологии, начиная с работ Н.К.

Игнатовича, выделяют три гидродинамические зоны, играющие важную роль в развитии разнообразных геологических процессов.

1. Верхняя зона — зона активного водообмена — находится в сфере влияния эрозионного вреза местной гидрографической сети, интенсивного дренажа и воздействия современных климатических факторов. Поэтому характеризуется наиболее интенсивным подземным стоком и непостоянным режимом. Мощность верхней зоны зависит от структурных особенностей района: она максимальна в горных (складчатых) районах и минимальна в платформенных.

В первом случае это 500-1000 м, во втором — десятки, реже первые сотни метров. Для этой зоны характерны сроки однократного водообмена — от нескольких десятков лет (горноскладчатые области) до сотен и тысяч лет (платформенные области).

2. Средняя зона — зона замедленного водообмена — промежу точная — это зона, где значение эрозионного вреза уменьшается, дренаж затруднен. В соответствии с этим уменьшается и величина подземного стока, а режим вод становится более постоянным. Эта зона наблюдается в глубоких частях горных сооружений и в пе реходных районах от горных сооружений к платформенным учас ткам. Нижнюю ее границу часто проводят по уровню Мирового океана. Сроки водообмена в этой зоне возрастают до десятков и сотен тысяч лет.

3. Нижняя зона — затрудненного водообмена — располагается ниже уровня Мирового океана и не подвержена влиянию климати ческих факторов. Поэтому режим подземных вод в ней постоянен, подземный сток минимален и в практическом смысле незначителен.

Эта зона наблюдается в глубоких впадинах, характерных для плат форменных участков. Интенсивность водообмена изучена слабо, время водообмена возрастает до единиц, десятков и даже, вероятно, сотен миллионов лет.

Следовательно, в самом общем виде с глубиной по мере увеличения времени водообмена меняются характер режима подземных вод, интенсивность подземного стока и гидродинамическая обстановка. Распространение той или иной зоны тесно связано с геолого-структурными особенностями региона, историей его развития. Поэтому эти стороны нельзя отрывать друг от друга, а необходимо рассматривать вместе. Большая заслуга в обосновании учения о вертикальной гидродинамической тональности принадлежит русским ученым Б.Л. Личкову, Н.К. Игнатовичу, Ф.А. Макаренко, И.К. Зайцеву и др.

С учением об интенсивности водообмена тесно связано учение о режиме подземных вод, под которым понимается изменение их уровня, температуры, химического состава и расхода во времени и пространстве под влиянием естественных и искусственных факторов. Основные изменения, которым подвержены подземные воды, следующие.

1. Эпизодические, связанные с изменением кратковременных явлений природы: выпадением осадков, таянием снега, изменением температуры и т.д.

2. Суточные, связанные с изменением температуры и влажности в течение суток.

3. Сезонные, наиболее закономерные, обусловленные изменением температуры, количества осадков, величины испарения и т.д. по сезонам года.

4. Годовые, обусловленные количественными различиями в метеорологическом режиме в различные годы: например, сухие и влажные, теплые и холодные годы.

5. Многолетние, связанные со многими причинами. Одной из таких наиболее вероятных причин является изменение солнечной активности. Известно, что активность на солнце не постоянна и подвержена периодическим колебаниям с периодами 11 лет, 22 года, 100 лет и др. Это изменение активности солнца сказывается на многочисленных явлениях на Земле. В частности, Н.А. Кенесарин установил, что уровень колебаний грунтовых вод в Средней Азии имеет период колебаний лет. Этот факт им связывается с деятельностью Солнца. Это весьма важно для понимания направленности многих гидрогеологических процессов [6].

6. Геологические, связанные с изменением физико-географических условий на Земле, происходящие в течение геологического времени, с перемещением бассейна реки, изменением соотношений горных и равнинных областей, климатических условий и т.д.

Среди геологических факторов особая роль принадлежит истории развития геологической структуры, которая определяет не только интенсивность водообмена, но и направление процессов формирования подземных вод того или иного района, а следовательно, и тип их режима (см. раздел 6.1).

3.2.5 Круговорот воды и проблемы экологии Как было сказано выше, климатический круговорот воды определяет наиболее важные предпосылки существования и развития жизни на Земле. К сожалению, человек, став геологической силой, стал воздействовать на окружающую среду глобально. Вследствие этого уже началась трансформация круговорота воды, пока не только не оцененная количественно, но и даже не осознанная человечеством.

Техногенное воздействие на круговорот воды осуществляется через все его основные звенья: океан, атмосферу, речной и подземный стоки. Океан, став для людей главнейшей "дорогой" нашей планеты, непрерывно подвергается загрязнению, которое изменяет масштабы испарения воды с его поверхности и тем самым подрывает "фундамент" климатического круговорота воды. Особенно опасны в этом плане разливы нефти, происходящие при катастрофах гигантских танкеров. Ведь стоит покрыть всю поверхность океана нефтью, как испарение с него практически прекратится и круговорот воды, как явление со всеми вытекающими отсюда последствиями, исчезнет.

Воздействие на круговорот воды особенно интенсивно осуществляется через атмосферу, в которую выбрасывается только аэрозолей промышленного производства 2,96·108 т/год. Если к этому добавить, что ежегодно сжигается около 3 млрд. т нефти и почти столько же угля, то станет ясно, что атмосфера подвергается неимоверно огромному техногенному прессу. Большое воздействие на атмосферу оказали испытания атомного оружия, о чем можно судить по резкому увеличению в ней разнообразных радионуклидов и, в частности, трития — сверхтяжелого изотопа водорода (рис. 3.5). Попадающие в атмосферу загрязнения воздействуют на Рис. 3.5.

Изме не ние конце нтрации трития в атмосфе рных осадках (1) и реч ной воде Оттавы ( 2) в пе риод 1953 —1969 гг.

содержание и строение мельчайших частиц, влияющих на темпы и масштабы конденсационных процессов, а значит, и на интенсивность и количество выпадающих атмосферных осадков. О масштабах таких процессов можно косвенно судить по образованию кислотных дождей — этому глобальному явлению, возникшему во второй половине XX в. [5].

При взаимодействии диоксида серы и оксидов азота с водяными парами атмосферы образуются кислоты, что ведет к резкому уменьшению рН дождей (рис. З.б). Выпадение кислотных дождей стало широко распространенным явлением, захватывающим крупные регионы и приводящим к понижению рН окружающей среды, что влияет на рост лесов, качество почв, рН воды и т.д.

Не меньшее воздействие на круговорот воды оказывается и на поверхности земли. Создание многочисленных водохранилищ, вырубка лесов, распахивание почв, разработка полезных ископаемых, мелиоративные работы, переброска рек, рост городов — все это резко меняет фильтрационные свойства горных пород, степень и масштабы испарения воды, ведет к перераспределению стока, меняет соотношение между поверхностной и подземной его составляющими. В конечном счете это ведет к изменению интенсивности водообмена на конкретном участке территории, а значит, и к изменению ее ландшафтных особенностей.

К сожалению, масштабы изменения человеком разных аспектов климатического круговорота пока практически не изучались, и они не оценены в должной мере. Это задача ближайшего будущего. Однако экологический вред уже сегодня очевиден: обмелели многие реки, но подтоплены города, загрязнены поверхностные воды и атмосфера, катастрофически загрязняются подземные воды, моря и океаны. Проблема чистой воды стала одной из наиболее острых на земном шаре. Именно по этой причине ООН объявляла 1981-1990 гг. десятилетием чистой воды и улучшения санитарных условий.Однако Рис. 3.6. Рост кислотности д ождей в Сканд инавии [5]:

1 — Осло, Норвегия;

2 — поб ережье Ботнического залива, Шве ция;

3 — среднее надо четко осознавать, что многие экологические проблемы, вклю чая проблему чистой воды, не могут быть решены без прекращения глобального воздействия на климатический круговорот воды.

3.3. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ ВОДЫ Геологический круговорот воды в земной_ коре в отличие от климатического обусловлен непрерывным движением отдельных ее участков в вертикальном и горизонтальном направлениях в связи с общей тектонической жизнью Земли. Начало этого круговорота связано с бассейнами осадконакопления на стадии формирования геосинклинального прогиба. В начальный этап структурного развития происходит накопление огромных толщ осадочных пород, пре имущественно морского происхождения. В них захороняется большое количество седиментационных вод.

Свежесформированный осадок в бассейнах седиментации пред ставляет собой в подавляющем большинстве случаев "рыхлое или текучее тело, резко обводненное, богатое микроорганизмами и со стоящее из весьма разнородного химико-минералогического материала, частью твердого, частью жидкого и газообразного" [19]. Важнейшей чертой этого осадка является наличие большого количества воды, достигающего в ряде случаев 100% и более. Так, по данным Н.В. Тагеевой и М.М.

Тихомировой, средняя естественная влажность и количество свободной воды в современных донных осадках Северного Каспия составляют соответственно 71,4 и 66,7%, максимальные же их значения достигают 140 и 122%. Средняя естественная влажность осадков Гренландского моря составляет 55,7%, а осадков Северного Ледовитого океана — 69,9%.

По мере того, как происходит погружение зоны осадконакопле ния в результате давления перекрывающих слоев и уплотнения илов, ведущего к превращению их в породы, содержание воды в илах начинает уменьшаться. Уплотнению подвергаются и образую щиеся из илов глины вплоть до превращения их в сланцы. При этом идет снижение пористости и выжимание воды. Последнее особенно характерно для глинистых осадков.

Уже на первых сотнях метров пористость глинистых осадков интенсивно уменьшается, и они теряют значительное количество свободной воды. При дальнейшем погружении скорость уплотнения глин и водоотдача из них уменьшаются. Так, по данным Н.Б. Вассоевича, пористость глин на глубине 400-500 м составляет 35-40%, на глубине 2000 м — уже примерно 20%, а на глубине 3000 м — меньше 10%.

Общую картину уменьшения пористости глин с глубиной можно видеть на рис. 3.7.

Пористость песчаных и карбонатных пород с глубиной уменьша ется значительно медленнее, чем глинистых (рис. 3.8), хотя детали этой зависимости в каждом бассейне различны и зависят от температурных условий, механических Рис. 3.7.

Измене ние пористос ти п гл ин (1-5) и пе сч аников (6) с гл убиной Н.

Данные: - Л.Ф.

Эти;

2 Б.К.

Прошлякова;

– Х.Л.

Хедберга;

1 – глины;

2 – песчаники 4– Н.Б.Вассо евича;

5 - Г. Диккинсона;

6 — Х.Д. Клемма напряжений, масштабов разрушения и преобразования пород водой, их возраста, литологического состава и т.д. По А.Е. Гуревичу, уменьшение пористости с глубиной носит либо логарифмический — п = п 0 - а lnbH, (3.9) либо экспоненциальный характер — п = п о е- сН, (3.10) где п — пористость породы на глубине Н;

п 0 — начальная пористость;

a, b и с — числовые коэффициенты, определяемые при статистической обработке фактического материала. Несмотря на то, что пористость горных пород с глубиной неуклонно уменьшается, но даже на значительных глубинах (6- км) встречаются зоны с высокой пористостью и проницаемостью. Это, в частности, подтвердило бурение сверхглубокой Кольской скважины в России и глубоких нефтяных скважин в США.

Отжимаемая из иловых осадков вода сначала возвращается в водоем, где происходит осадконакопление. В дальнейшем она отжимается в коллекторские пласты, преимущественно песчаные, залегающие между уплотняемыми слоями глин. В песчаных пластах с самого начала их образования тоже находится седиментационная вода, но она постепенно уступает место водам, выдавливаемым из глин, так как геостатическое давление, господствующее в уплотняющихся слоях глин, в раза и более превышает гидростатическое давление, господствующее в практически несжимаемых песчаниках. Геостатическое давление в глинах, передаваясь на заключенные в них воды, создает в них давление, превышающее давление в коллекторах. В дальнейшем движение вод в водоносных горизонтах происходит в соответствии с гидравлическим уклоном, направленным от мест наибольшего прогибания и выжимания к местам относительно меньшего тектонического движения (рис. 3.9).

Основная часть свободных вод отжимается уже на первых сотнях метров погружения осадка, но на этом отжатие вод не прекращается, поскольку в дальнейшем в этот процесс включаются связанные воды вплоть до адсорбированных и кристаллизационных. Наибольшее внимание привлекают прежде всего межслоевые воды монтмориллонита, который содержит более 20% воды в связанном состоянии [11].

Как показали исследования американских ученых М.К. Пауэрса, Дж.Ф.

Берста, Е.А. Перри, Дж. Хауера и др., выделение межпластовой воды происходит не равномерно, а связано с этапами иллитизации монтмориллонита, определяемыми литологическими особенностями горных пород, скоростью их погружения, геотемпературными условиями (рис. 3.10). Важно, что выделение межпластовой воды сопровождается глубокими структурными изменениями минерального состава глин. При этом их объем уменьшается, что соответствует формирующейся геодинамической обстановке, связанной с увеличением давления.

Рис. 3.9. С хе ма отжатия воды на дне моря :

1 — пески;

2 — глины;

3 — породы фундамента;

4 — направление отжатия воды Рис. 3.1 0. Кривые отжатия свобод ной и межслоевой вод ы из уплотняющихся глин:

1 — по Дж.Берсту;

2 — по Е.А. Перри и Дж.Х ауеру.

Стадии обезвожив ания осадка: I — отжатие свободной воды;

II — началь ная — отжатие 50% межслоевой воды на глубинах 2,0-2,7 км;

III — промежуточная -отжатие еще 25% межслоевой воды на глубинах 3,0-3,5 км;

IV — заключитель ная отжатие последних 25% воды на глубинах свыше 3, км Особенно интенсивно эти процессы протекают на глубинах 2-3 км, но продолжаются и глубже.

Выжимание седиментационных вод из глинистых пород происходит и на глубинах свыше 3000 м, однако масштабы этого явления значительно уменьшаются, так как пористость глин на этих глубинах, как правило, менее 10%. Тем не менее значительное количество захороненных (седиментационных) вод в глинистых и песчаных породах.сохраняется и на глубинах 6-8 км [12].

Следовательно, первый этап геологического круговорота воды, связанный с захоронением осадков на большие глубины, может быть назван седиментационным. Его формирование происходит в условиях отжатия воды из захороняющихся горных пород, т.е. в условиях элизионного режима. В платформенных условиях это приводит к формированию большого количества седиментационных вод, которые после регрессии моря оказываются на суше и вовлекаются постепенно в климатический круговорот воды. Однако в силу плохой проницаемости пород эти процессы, особенно на значительных глу бинах, совершаются крайне медленно, и поэтому в низах артезианских бассейнов платформенного типа часто встречаются седиментационные воды.

Естественно, что при прочих равных условиях чем более древним является бассейн, тем больше вероятность его промывания седиментационными водами.

Однако в реальных природных условиях отмеченная закономерность осложняется развитием структурных особенностей бассейнов, их размерами, соотношением областей питания и разгрузки, длительностью инфильтрационного и седиментаци-онного циклов, неотектоническими факторами и т.д.

В геосинклинальных условиях геологический круговорот воды седиментационным этапом не заканчивается, так как продолжающееся прогибание территории приводит к дальнейшему погружению осадочных пород и связанных с ними подземных вод, освобождаемых уже в процессе метаморфизма.

После уплотнения и полной литификации осадков оставшиеся в них поровые воды составляют еще 2-5% от их объема. Эти воды в виде свободных выделяются при попадании осадочных толщ в зону прогрессивного метаморфизма, который, сопровождаясь перекристаллизацией пород, приводит к выделению в свободную фазу не только поровых, но и всех их кристаллизационных и конституционных разностей, входящих в состав глинистых минералов. При этом происходит не просто освобождение воды или дегидратация горных пород, но и их дегидроксилирование, т.е. выделение гидроксильной группы ОН-, а также ионов водорода и кислорода, которые, соединяясь, синтезируют молекулу воды. В этих условиях поэтому формируются вновь синтезированные, или возрожденные, воды. Синтез воды делает зону метаморфизма качественно новым этапом геологического круговорота, который предлагается называть метаморфогенным.

Количество воды, выделяющееся на метаморфогенном этапе, может достигать 15-25% весовых, так как на этом этапе из кристаллической решетки минералов выделяются конституционная и кристаллизационная вода. К этому необходимо добавить поровую воду, всегда присутствующую в том или ином количестве. Выделение воды при метаморфизме происходит медленно по мере перекристаллизации минералов, но этот процесс характерен практически для всех его этапов. Тем самым захороненная первоначально в осадочных отложениях вода в процессе метаморфизма постепенно полностью освобождается и занимает трещины и межгранулярные пространства горных пород, а также образует восходящие потоки к поверхности земли. Таким путем свободные воды по системе сообщающихся сосудов из зоны метаморфизма оказываются выведенными снова к дневной поверхности, тем самым замыкая геологический круговорот воды и создавая флюидные потоки из коровых (15-30 км) и мантийных недр земли, представление о которых развивает академик Ф.А. Летников [8].

Процессы метаморфизма в большинстве случаев связаны с резким изменением тектонического режима территории, когда опускание сменяется поднятием и регрессией моря. В это время создается горноскладчатая система.

Процесс горообразования сопровождается раздроблением территории на отдельные части, возникновением магматических процессов с вулканическими проявлениями. Все эта приводит к тому, что погребенные седиментационные воды вступают в активное взаимодействие с глубинными растворами и газами магматического происхождения.

Расширяющиеся и углубляющиеся разломы земной коры, процессы магматической деятельности способствуют активной миграции захороненных вод среди различных пород и вовлечению их в сферу действия климатического круговорота. В этих условиях формируются разнообразные минеральные, газоносные, гидротермальные и другие воды. Подымающиеся и раскрывающиеся структуры подвергаются воздействию метеорных факторов, что еще усложняет гидрогеологические условия и способствует вовлечению глубинных вод в общий круговорот.

В дальнейшем, по Н.К. Игнатовичу, происходит дифференцированное развитие складчатой структуры, заключающееся:1) в возрастающем раскрывании ее центральных частей;

2) в более интенсивном формировании прогибающихся предгорных впадин;

3) в посте пенной последующей консолидации структурных элементов, в "старении" всей складчатой системы. В результате, этого трещины, идущие на значительную глубину, закрываются. Магматические процессы постепенно замирают. Отдельные части структуры развиваются различно.

Геологический круговорот воды, в отличие от климатического, совершается в различных термодинамических оболочках земной коры, поэтому академик В.И. Вернадский отождествлял его с первичными круговыми процессами земной коры. С развиваемых позиций полный геологический круговорот воды складывается из трех этапов: седиментационного, метаморфогенного и магматического, каждый из которых в определенном смысле носит самостоятельный характер. В то же время все они являются частью более общего круговорота, играющего важнейшую роль в земной коре (рис. 3.11).

Геологический круговорот воды, хотя и совершается в пределах земной коры, не изолирован от других источников воды - экзогенных (вадозных) и эндогенных (ювенильных). Так, по представлениям многих исследователей, в земную кору поступают воды из мантии, количество которых в настоящее время точно не известно. Если принять, что вся вода на Земле образовалась из мантии за 3,5 млрд. лет (возраст земной коры) и этот процесс продолжается в настоящее время, то тогда ежегодно в земную кору, по подсчетам В.Ф. Дерпгольца, должно поступать 4·Ю14 г воды.

Необходимо, однако, учитывать, что основная дегазация, так же как и кристаллизационная дифференциация вещества земли, в процессе которой образовалась гидросфера, протекала наиболее интенсивно на ранних этапах развития Земли и к настоящему времени в основном закончилась. Это же подтверждают и общие гидрогеологические данные, в частности, исследования изотопов, свидетельствующие о незначительном распространении ювенильных вод в земной коре. Все же полностью отбрасывать роль мантии как источника глубинных вод, видимо, нельзя. Но и это незначительное количество воды подкоровых источников, по-видимому, компенсируется частично или полностью возвращением такого же ее коли чества в мантию вместе с породами земной коры. Тем самым между мантией и земной корой возникает круговорот (возможно, некомпенсированный), который называется мантийным.

Мантийный круговорот носит крайне сложный характер, понять который можно, только познав в целом механизм формирования земной коры и, в частности, взаимоотношения между континентальной и океанической ее составляющими. Один из механизмов такого круговорота воды предложен А.Н. Павловым [14], который рассмотрим ниже.

С другой стороны, Земля как планета обменивается веществом и энергией с космосом. Одним из проявлений этого обмена является Рис. 3. 11.

Взаимодействие климатического (I) и геологического (II) круговоротов воды вода, которая поступает на Землю с каменными и, видимо, ледяными метеоритами, а теряется в виде ионов водорода и кислорода, образующихся при разложении воды в ионосфере. И хотя масштабы этих явлений остаются не выясненными, их нельзя сбрасывать со счета, так как, по мнению многих исследователей, большая часть водорода покинула нашу планету вследствие диссипации. Явлениям обмена воды между Землей и космосом большое значение придавал В.И. Вернадский. Круговорот воды, протекающий между Землей и внеземной материей, называют космическим, имея в виду, что в геологическом аспекте времени значение этого круговорота, видимо, черезвычайно велико.

3.3.1. Мантийно-океанический цикл круговорота воды Как показано выше, этот цикл круговорота А.Н. Павлов связывает со схемой движения океанического дна и системой конвективных потоков вещества, протекающих в верхней мантии, разработанной в соответствии с новой глобальной тектоникой или тектоникой плит. Океаническая кора и подстилающая ее мантия, образующие литосферную плиту, движутся как единое целое от сре динных океанических хребтов к обрамляющим океаны континентам (рис. 3.12). Различие в скоростях перемещения отдельных плит приводит к образованию крупных разломов между ними. При столкновении с континентами плиты, погружаясь под них, производят сильную деформацию земной коры. В более глубоких частях мантии-(под плитами, мощность которых составляет 400-600 км) существует конвективный поток вещества в противоположном направлении, который поднимается к поверхности в зоне срединных хребтов. При подъеме вещество мантии взаимодействует с океанической водой, образуя серпентинизированный перидотит, содержащий большое количество химически связанной воды. Этот серпентинизированный слой, образуя плиту, перемещается к континентам и, погружаясь под них, десерпентинизируется с выделением большого количества воды, которая возвращается в океан.

Круговорот воды, связанный с серпентинизацией и десерпенти-низацией перидотитов, по взгляду А.Н. Павлова, не является единственной составляющей геологического круговорота. Литосфера океанического типа содержит 1,8·1023 г свободной и физически связанной воды, Рис. 3.12. Мантийно -оке аниче ский круговорот воды:

1— океаническая кора;

2 — литосфера;

3 — континенталь ная литосф ерная плита;

4 — осадочные породы;

5 — базальтовая магма в зоне спрединга;

6 — гранитоидные интрузии;

— направление движения воды которая в соответствии с моделью плитной тектоники перемещается вместе с корой в сторону континентов и погружается под них на участках глубоководных желобов. Предполагается, что одна часть этой воды принимает участие в формировании гранитной коры континентов и возвращается в океан через климатический круговорот лишь при выходе этой коры на поверхность материков или вулканические жерла. Другая часть может вовлекаться в обратные подкоровые течения и возвращаться в океан в зонах срединных океанических хребтов через подводные извержения магм.

Точка зрения А.Н. Павлова разделяется далеко не всеми иссле дователями. Так, американский ученый Г. Хесс и русские ученые А.С.

Монин, Ф.А. Летников, Е.В. Пиннекер и другие считают, что серпентинитовый слой океанической коры образуется не в результате взаимодействия поднимающейся магмы с океанической водой, а в результате воздействия на перидотиты и дуниты ювенильных флюидов.

Последние могут подниматься к поверхности либо по всей площади литосферной плиты, либо только в рифтовых зонах, которые формируются в центральной части срединных океанических хребтов.

Но и это не все. В последние годы геодинамика Земли развивается быстрыми темпами, возникают принципиально новые идеи, разрабатываются новые подходы, сменяются парадигмы [3, 15, 21]. Так, используя новые данные сейсмической томографии, детально рисующие трехмерное строение глубоких недр Земли, японские исследователи С.

Маруяма, М. Кумазава, С. Каваками и другие выделяют три главные зоны или области в разрезе Земли (рис. 3.13): 1) кору и верхнюю мантию (тектоносферу);

2) нижнюю мантию (плюмтектонику);

3) ядро Земли (тектонику роста или тектонику ядра).

Указанными исследователями, что поддерживают и русские специалисты (Н.Л. Добрецов, М.И. Кузьмин, А.Г. Кирдяшкин, Ю.М. Пущаровский, В.Е.

Хаин и др.), ведущее значение придается погружению холодных литосферных пластин в зонах субдукции, что рассматривается как естественное следствие существования Земли в холодном космическом пространстве и, очевидно, ее векового охлаждения. Холодные пластины погружаются первоначально да границы верхней и нижней мантии примерно на 670 км и здесь какое-то время (100-400 млн. лет) находятся в состоянии относительного покоя, пока не наступает катастрофический гравитационный коллапс, вызывающий погружение пластины уже до границы мантии и ядра. Этому коллапсу способствует эндотермическая природа фазового перехода на границе 670 км. Наступающее вследствие коллапса взаимодействие холодной пластины с внешним ядром имеет два важных следствия. С одной стороны, оно вызывает охлаждение внешнего ядра и порождает в нем нисходящий вихрь, уносящий железо и никель во внутреннее ядро, которое благодаря этому испытывает разрастание.

С другой стороны, оно провоцирует возникновение компенсационного восходящего течения на грани Рис. 3.13. Схема глубинного строения Земли. ПоС.Маруяме. Стрелками показ ано дв ижение веществ а, включая воду.

це ядро — мантия, которое порождает плюм, достигающий границы нижней и верхней мантии и здесь, так же как и холодный плюм, испытывающий задержку, а затем прорывающийся вверх. В современной картине Земли С.

Маруяма и его коллеги различают один крупный нисходящий холодный суперплюм под Центральной Азией и два восходящих суперплюма — под южным Тихим океаном и под Африкой. Таким образом, в нижней мантии, а фактически и в переходной зоне, к верхне й мантии навстречу друг другу на определенном расстоянии движутся колонны охлажденного и разогретого вещества, т.е. конвекция реализуется в форме адвекции.

Следовательно, в соответствии с этой силой, вода вместе с литосферными пластинами может погружаться до ядра и затем снова возвращаться в земную кору. Возможно, конечно, что большая часть воды при погружении "выплавляется" и значительна раньше покидает литосферную пластину. Все эти вопросы только поставлены и требуют специального изучения.

Недостаточная ясность механизмов, масштабов и сути мантийно океанического круговорота воды не позволяет относить его к разряду самостоятельных. Поэтому лучше рассматривать его одним из циклов геологического круговорота, который по своей сути, вероятно, является все же океаническим.

3.3.2. Отличие геологического круговорота воды от климатического Давайте теперь сравним два важных круговорота воды, имеющих место в недрах земли, — климатический и геологический, разберемся, в чем их общность и различие. Объединяет их, как уже говорилось в начале главы, единый источник воды — моря и океаны, который обусловливает начало того и другого. Различия же сводятся к следующему.

1. Разный источник энергии движения воды. В климатическом круговороте — это солнечная энергия, в геологическом — энергия земных недр, природа и источники которой до сих пор окончательно не установлены.

2. Принципиально различный механизм движения воды в горных породах.

Если в случае климатического круговорота вода заполняет уже существующие пустоты и поры горных пород и в них перемещается под действием сил гравитации от участков с более высоким уровнем воды к участкам с более низкими его отметками, то в случае геологического круговорота картина совершенно иная. Вода захватывается горной породой в момент ее образования, а не после, как в первом случае, и перемещается вместе с горной породой на значительные глубины, постепенно выдавливаясь из нее в результате уменьшения размера пор, обусловленного процессами уплотнения. Вода в этом случае движется от участков большого сжатия породы к участкам меньшего ее уплотнения.

В дальнейшем, когда в геологический процесс включается физически связанная вода, картина движения воды еще более усложняется. Оно становится невозможным без разрушения в той или иной форме кристаллической решетки минерала. Следовательно, движение воды в геологическом круговороте нельзя свести к какой-либо одной физической форме, оно многообразно и по своей сути является геологическим в отличие от свободной фильтрации, характерной для климатического круговорота.

3. Разная направленность изменения фазового состояния воды. Если климатический. круговорот невозможен без перехода воды в парообразное состояние с последующей ее конденсацией, то геологический невозможен без перехода подавляющей части воды через физически связанное состояние.

4. Формирование генетически разных подземных вод. Климатический круговорот формирует на земле пресные воды инфильтрационного генезиса, значительная часть которых проникает в землю, образуя зону маломинерализованных растворов, создающих основу для жизни человека.

Геологический круговорот формирует ветвь соленых вод седиментационного генезиса, определяющих ход мно гих новых геологических процессов и явлений, также необходимых для жизни человека. Геологический круговорот, захороняя в больших объемах морские соленые воды, обеспечивает в какой-то мере жизнь "былых морей" в земных недрах и способствует распространению морских вод на континенты. Тем самым создается генетическое разнообразие подземных вод в недрах Земли.

5. Гидродинамика формирующихся бассейнов различна. В случае климатического круговорота вода в порах горных пород не испытывает механического давления стенок, так как находится под действием только собственного веса, на какой бы глубине вода не находилась.

Гидродинамическая система в этом случае — своеобразный водопровод, "трубы" которого повсюду пронизывают водоносный горизонт, но которые связаны между собой гидравлически.

Иная ситуация складывается в процессе геологического круговорота. В этом случае вода практически всегда испытывает в той или иной мере давление стенок горной породы. Ведь для того, чтобы выдавить воду из породы, необходимо создать то или иное избыточное давление. Поэтому наличие избыточного давления, т.е. превышающего собственный вес воды, — это естественное состояние гидродинамических систем, формирующихся в процессе геологического круговорота. Все это сказывается и на характере формирующихся водообменных систем.

6. Разное направление движения воды. Климатический круговорот обеспечивает подъем воды с океана в атмосферу, перенос ее на континент и нисходящее движение в горных породах от высоких отметок поверхности к более низким. Геологический круговорот захватывает воду и перемещает ее в обратном направлении — вниз относительно морского дна. Затем под давлением вода перемещается из погружающихся частей бассейна в боковые его структуры, включая континент, и по зонам разломов движется к дневной поверхности навстречу фильтрационному потоку.

7. Гидрогеохимическое различие формирующихся водообменных систем (см. гл. 5). Здесь лишь отметим, что направленность и механизмы, а значит, и геологический результат всех геохимических процессов в этих двух типах круговоротов различны, что многократно разнообразит геохимическую среду, контролирующую ход геологических процессов.

3.4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВОДЫ ЗЕМНЫХ НЕДР Рассмотренный выше круговорот воды позволяет лучше уяснить происхождение конкретного типа подземных вод в недрах земли. Вместе с тем он не проясняет проблемы генезиса самой воды, как важнейшего компонента земли, а без этого трудно понять и становление подземной гидросферы. Поэтому в начале остановимся на проблемах первоисточников воды.

3.4.1. Современные представления о происхождении воды Как справедливо отмечает Е.В. Пиннекер, современные представления о первоисточниках воды на Земле сложились в середине XX в. благодаря работам А.Ч. Лейна, В.И. Вернадского, Б.Л. Личко-ва, В. Руби, Н.М.

Страхова, Д. Калпа, А.П. Виноградова, Л.А. Зенкевича, Ф. Кюнена, Г. Хесса, В.Ф. Дерпгольца, В.И. Ферронского и многих других. Все исследователи признают, что возникновение гидросферы неразрывно связано с происхождением и развитием Земли как планеты, исходным веществом для которой послужило газопылевое облако космического происхождения. Однако одни из них (В.

Гольдшмидт, Г. Джеффрис, В.Г. Фесенков и др.) считают, что протопланетное облако изначально было горячим, другие (В.И. Вернадский, О.Ю. Шмидт, Р.

Руби, А.П. Виноградов, Н.М. Страхов и др.) полагают, что оно было холодным.

По второй точке зрения разогрев Земли произошел позже и сопровождался дифференциацией ее на земные оболочки, одна из которых и есть гидросфера.

Она возникла практически одновременно с дунитами и базальтами в результате направленного выплавления и необратимой дегазации вещества мантии, состав которой соответствует составу исходного газопылевого облака. Механизм разделения исходного вещества на газы (атмосфера), воду (гидросфера) и разные по составу горные породы (литос фера) А.П.

Виноградов [2] уподобляет зонному плавлению.

Основная масса продуктов дегазации мантии была образована, вероятно, на заре геологической истории Земли, в первые сотни миллионов лет, т.е. 4- млрд. лет назад. Продукты дегазации через образовавшуюся кору стали проникать на поверхность Земли в виде газов и воды. Вследствие слабого расчленения рельефа водная масса покрывала почти всю поверхность Земли, т.е. первичный океан был истинно Мировым, но отличался гораздо меньшей глубиной. Согласно расчетам П.Н. Кропоткина, в архее появилось примерно 90% объема гидросферы и только 10% — в последующие геологические эпохи. С этих позиций океан на Земле является древним, развитие земной коры идет по пути наращивания материков и переработки океанической коры в континентальную.

Так рисуется картина появления воды на Земле сторонниками изначально холодной планеты. Они считают, что вся вода на Земле изначально является ювенильной, т.е. первозданной, синтезированной из водорода и кислорода, поступивших из мантии, которая выступает важнейшим генератором природных вод Земли. В мантии, по расчетам А.П.Виноградова, содержится 20·1018 т воды, из которых от 7,5 до 12,5% уже мигрировало в земную кору и Мировой океан. При этом на формирование свободной воды израсходована большая часть мантийной воды, меньшая — связана горными породами земной коры, в том числе океанической корой на серпен-тинизацию основных пород.

По мнению ряда сторонников развиваемых представлений (АП. Виноградова, Н.М. Страхова, А.Б. Ронова и др.), между водой и вы делившимися газами около 2,5 млрд. лет назад установилось динамическое равновесие и именно тогда, на рубеже архея и протерозоя, закончилась наиболее интенсивная гранитизация пород с образованием гранитного слоя, произошло расчленение земной коры на платформы и геосинклинали, возникли континентальные моря.

Все это положило начало атмосфере и регулярному круговороту воды. В настоящее время многие гидрогеологи (В.Ф. Дерпгольц, Е.В. Пиннекер, Ф.А. Макаренко, Е.В. Посохов, В.И. Кононов и др.) разделяют точку зрения А.П. Виноградова на генезис воды на Земле.

Имеются, однако, и такие исследователи, которые, разделяя в принципе ювенильный генезис воды земных недр, считают, что гидросфера создавалась постепенно и даже продолжает формироваться за счет мантии и в наше время.

Так, американский исследователь В. Руби и японский ученый Я. Мияки полагают, что процесс дегазации мантии протекал равномерно с более или менее одинаковой скоростью в течение всей геологической истории и продолжается в современную геологическую эпоху. Русский исследователь О.Г. Сорохтин [17] даже подсчитал, что рост Мирового океана будет продолжаться, замедляясь еще в течение почти 2 млрд. лет (рис. 3.14).

По рассматриваемой ювенильной гипотезе из мантии поступают не только вода, но и другие химические соединения. Так, по А.П. Виноградову, летучие вещества мантии (НС1, СО, СО 2, СН4, S, H2S, NH3, HF, HB, HJ) образовали анионный состав океанической воды. Катионный же состав (Na, Ca, Mg, К) образовался за счет горных пород, которые вода растворяла в процессе климатического круговорота. На раннем этапе в гидросфере не было свободного кислорода, поэтому в воде преобладали агрессивные легкоокисляемые компоненты, растворяющие горные породы. При постепенном понижении температуры парогазовой смеси до менее 100° С вода выделялась из атмосферы вместе с растворенными в ней кислотами, которые позже нейтрализовались базальтовыми породами [15].

Изложенные выше взгляды на генезис воды хотя и пользуются широким признанием, но не объясняют всех известных фактов. Среди последних внимание исследователей привлекают два: 1) не Рис. 3.14. Изменение во времени массы воды ( — 4 ) в гид росфере и земной коре [18]:

1 — суммарная, дегаз ированная из мантии;

2 — в гидр осф ер е;

3 — в океанической коре;

4 — в континентальной коре соответствие молодого возраста дна Мирового океана его древнему генезису, как это вытекает из концепции ювенильных вод. Дело в том, что на дне океана не найдены породы древнее меловых, что затрудняет объяснение древнего его возраста и 2) несоответствие изотопного состава воды современных океанов идее их образования за счет ювенильных вод глубоких недр Земли.

Эти и другие несоответствия ставят под сомнение идею изначально холодной Земли и возрождают на новом уровне "забытую" идею горячего начала Земли.

Так, В.И. Ферронский [16], проведя анализ изотопного состава воды в различных земных и космических объектах, пришел к следующим любопытным выводам.

1. При весьма широком диапазоне изменения содержаний D и 18О в разнообразных объектах изотопный состав воды океанов остается постоянным на протяжении длительного времени.

2. Содержание D во всех земных и космических объектах имеет достаточно однозначную тенденцию в сторону обеднения по сравнению с его содержанием в океанической воде.

3. Гидросфера в целом обогащена D и обеднена 18О относительно горных пород и минералов, что не свидетельствует в пользу идей образования океана за счет выхода ювенильных вод из глубоких недр Земли.

4. Подземные воды также обеднены 18О относительно пород и минералов.

5. Полученные данные доказывают общность материала, из которого происходило образование Земли, Луны и метеоритов, но только при разных температурных условиях и последовательности протекания процесса образования планет.

6. Наблюдаемые величины изотопных отношений НиОв природных водах и породах, а особенно в океане, не согласуются с гипотезой холодного начала Земли.

7. Ювенильная вода на нашей планете отсутствует и отсутство вала ранее, а сама гидросфера является атмофилъным образовани ем и связана с изначально горячей Землей.

Идея горячего начала Земли, основанная на предположении о происхождении всех планет солнечной системы из единого газообразного облака в процессе его гравитационного сжатия и, как следствие, разогрева и дифференциации вещества по массе и по летучести, лучше объясняет все наблюдаемые факты изотопного состава воды. По этой гипотезе земное облако выделилось из единого солнечного облака в процессе его сжатия. Сжатие земного облака сопровождалось дальнейшим его разогревом и химической дифференциацией газа. При этом процесс формирования Земли протекал пос ледовательно, в порядке, отвечающем температурам конденсации отдельных химических соединений. Образования железа и никеля с кремнием и магнием имеют наиболее высокую температуру конденсации, поэтому они образовали ядро нашей планеты. Сульфиды и силикаты имеют более низкую температуру конденсации, поэтому они образовали мантию Земли. Вода, имеющая наиболее низкую температуру конденсации, должна была выпасть на поверхность Земли на самой последней стадии ее формирования. Несконденсированная часть газа осталась в виде атмосферы.

Учитывая разработки многих иностранных ученых, особенно Г. Юри, И.Вуда, Д. Ларимера, М. Бландера, Д. Катца и др., можно полагать, что происхождение воды и образование гидросферы по своей сути являются вадозными, т.е. вода в момент образования не была ювенильной, а являлась поверхностным образованием. В глубины Земли она проникла позже в процессе ее круговорота.

Следует отметить, что, по данной гипотезе, время между завершением конденсации минеральной части Земли и началом конденсации воды должно быть весьма значительным, учитывая разницу в температурах их конденсации.

Этот интервал времени, по В.И. Фер-ронскому, мог значительно возрасти за счет парникового эффекта, который вызывали углекислый газ и вода до ее конденсации, подобно тому, что мы наблюдаем сейчас на Венере. В связи с этим есть основание полагать, что гидросфера Земли является достаточно молодым образованием среди других ее оболочек, а наблюдаемая стабильность химического и изотопного состава океана во времени является результатом унаследованного равновесия в системе вода — раствор, которое было приобретено ею в газовой фазе.

Идею конденсационного генезиса гидросферы Земли поддерживает и развивает А.Н. Павлов [14], который, опираясь на идеи американских исследователей С.П. Кларка младшего, К.К. Турекьяна и И.Л.Гроссмана, полагает, что возникшая на последней стадии конденсации туманности водная оболочка Земли взаимодействовала только с наружным слоем, который имел достаточно развитую пористость и высокую трещиноватость, формирующуюся под действием температурных и гравитационных напряжений.

В процессе эволюции тектонических режимов изменялись и формы круговорота воды. Климатический круговорот, очевидно, возник только с момента появления суши и океана. В современном виде он сформировался, вероятно, недавно — с момента появления и становления океанов и континентов. Геологический круговорот появился вместе с осадочными породами, начиная с протерозоя. Мантийно-океанический круговорот оформляется вместе с началом действия тектоники плит.

Исходя из сказанного, А.Н. Павлов предлагает следующую схему формирования подземных вод.

1. На догеологическом этапе истории Земли (ранее 3,6 млрд. лет) на завершающей стадии конденсации газовой туманности возникла первичная гидросфера. Появление ее началось с накопления различных форм воды в 20% по мощности слое, имевшем к тому времени развитую пористость и трещиноватость.

2. Насыщение приповерхностного слоя водой определило его дальнейшую геологическую историю. Переход приповерхностного слоя из твердого в вязкопластичное состояние обусловил развитие пангеосинклинального режима, с которого начался процесс обезвоживания мантии, продолжающийся и в современную геологическую эпоху.

3. Появление и развитие жизни на Земле предопределило характер протекания физико-геологических процессов на поверхности и в недрах Земли.

4. На всех стадиях геологического развития Земли существо вали основные известные нам формы круговорота воды, а зна чит, и все генетические типы воды, о которых речь впереди. Однако роль различных типов круговорота в формировании подземных вод менялась.

В настоящее время появляется все больше данных, подтверждающих конденсационную гипотезу происхождения гидросферы. В частности, обращает на себя внимание исключительная агрессивность воды относительно эндогенных алюмосиликатов, с которыми, как было доказано в последнее время [13], вода никогда не бывает в равновесии и всегда на всех участках земной коры их растворяет. Такая несовместимость воды и горных пород мантийного генезиса безусловно имеет свою историю и должна отражать глубинные генетические корни, свидетельствующие об отсутствии генетического "родства" воды с эндогенными породами. Наоборот, имеющее место противоречие между водой и породой является источником развития подавляющей части процессов и явлений в неживой природе, в том числе геологических. На базе этого всеобъемлющего противоречия должна быть создана новая философская концепция развития и самоорганизации в неживой природе. Частично этот вопрос рассмотрен в гл. 8.

3.4.2. Генетические типы подземных вод Независимо от того, как произошло зарождение гидросферы на земле, возникшая вода включилась в разнообразные круговороты, которые привели к формированию разных генетических типов подземных вод, под которыми понимаются типы воды, объединенные единым источником питания, механизмом проникновения в земные недра и общей направленностью круговых процессов.

Следует подчеркнуть, что проблема образования именно подземных вод — одна из самых древних в гидрогеологии. Эти вопросы рассматривались еще древними мыслителями Платоном, Аристотелем, М. Витрувием Поллио, Плинием Старшим и многими другими (см. раздел 1.3). В современное время разработкой генетической классификации подземных вод занимались Э.

Зюсс, Р.А. Дели, А.А. Козырев, А. Жирмунский, Г.Н. Каменский, Н.И.

Толстихин, A.M. Овчинников, Э.Т. Дегенс, А. Шллер, Д.Е. Уайт и многие другие. В последнее время свою генетическую классификацию подземных вод разработал Е.В. Пиннекер (рис. 3.15), в которой Рис. 3.15. Генетическая классификация под земных вод. По Е.В.Пиннекеру учтены два генетических признака: пути попадания воды в недра земли и их первоисточник. И все же базой учения о генетических типах подземных вод должен служить в первую очередь их круговорот, включающий и первоисточники воды, и механизм попадания в недра.

В соответствии с климатическим круговоротом значительная часть подземной воды образуется путем проникновения атмосферных осадков в недра земли, которые образуют генетический тип метеорных вод. Такая точка зрения на происхождение подземных вод существует с древних времен и была высказана впервые римлянином Марком Витрувио Поллия. Он считал, что подземные воды образуются при инфильтрации атмосферных осадков до водопроницаемых пластов земли, где, задерживаясь, образуют водоносные горизонты, или, вытекая на поверхность земли, дают начало ключам и родникам. Вместе с тем, даже в середине XIX в.среди ученых существовали разногласия о механизме питания подземных вод и их источниках. Одна группа ученых во главе с немецким инженером О.

Фольгером пыталась обосновать точку зрения, согласно которой не атмосферные осадки питают грунтовые воды, а водяные пары воздуха, проникающие на некоторую глубину и образующие подземные воды путем конденсации. Другая группа ученых, особенно французской школы, доказывала, что решающим механизмом является инфильтрация дождевых вод.

С целью подтверждения или опровержения той или иной точки зрения русский ученый А.Ф. Лебедев в период 1907-1919 гг. провел ряд весьма интересных и очень тщательно выполненных экспериментов, в результате которых разработал многие вопросы механизма перемещения воды в почве, осветил истинную роль инфильтрации и конденсации водяных паров в питании подземных вод и выделил различные виды воды.


Он весьма убедительно показал, что грунтовые воды формируются благодаря: 1) конденсации парообразных вод почвы, грунта и, возможно, глубинных вод и 2) инфильтрации жидких вод (атмосферных осадков).

Чаще всего эти процессы происходят одновременно, накладываясь один на другой. Бывают случаи, когда грунтовые воды образуются только конденсационным путем, а иногда только инфильтрационным. Причем последний путь является решающим не только в районах с гумидным климатом, но и аридным. Инфильтрационные воды во всех без исключения случаях резко доминируют над конденсационными.

Таким образом, и здесь, как это бывает часто в науке, обе точки зрения оказались в какой-то мере приемлемыми. Работы А.Ф. Лебедева настолько убедительны, что они были признаны всеми и до сих пор возражений не вызывают. Споры идут лишь о степени участия конденсационных и инфильтрационных вод в питании подземных вод того или иного конкретного района.

Следовательно, метеогенные воды по механизму проникновения в земные недра через зону аэрации следует разделить на инфильтрационные, проникающие путем свободного течения (инфильтрации) жидкой воды по свободным порам, и конденсационные, проникающие в форме водяного пара, а затем уже в порах горных пород путем конденсации, образующие жидкую фазу. Инфильтрационные воды резко доминируют над конденсационными и составляют основу всех вод метеогенного происхождения.

Метеогенные воды широко развиты в верхних водоносных горизонтах, в зоне активного водообмена. Всегда, когда мы встречаем пресную воду в колодцах, неглубоких скважинах, родниках, она является метеогенного происхождения. Такие воды в основном питают реки, озера, используются корнями растений, формируют родники. Мощность зоны таких вод на платформах составляет 1-2 км, а в горноскладчатых областях значительно больше — до 2-3 км. Эти же воды, проникая на большие глубины, нагреваются и в горных районах формируют родники горячих (термальных) вод.

Вторую генетическую группу подземных вод образуют воды, участвующие в геологическом круговороте и получившие название седиментационных, т.е. формирующихся в процессе седиментации или образования осадочных пород. Такие воды еще называют погребенными (ископаемыми) или захороненными морскими, а в зарубежных странах еще и формационными (formation water).

Идея ископаемых (седиментационных) вод наиболее полно развита в России А.Д. Архангельским, А.Н. Бунеевым, К.И. Маковым, В.А. Сулиным, A.M. Овчинниковым и другими авторами. Они показали, что многие типы соленых глубоких подземных вод представляют собой сильноизмененные остатки древних морских или реже озерных бассейнов, в которых формировались сами осадочные породы.

Среди седиментационных вод в соответствии с механизмом попадания их в водоносный горизонт следует различать погребенные, элизионные и возрожденные.

Погребенные — это свободные воды, которые, находясь в порах горных пород с момента формирования донного осадка, опустились на некоторую глубину и образовали водоносный горизонт. Элизионные (элизия — выдавливание) — это воды, выдавленные под действием веса вышележащих пород из глинистых образований и перешедшие в коллектор. Другими словами, — это физически связанные с осадком на дне водоема воды, которые переместились на некоторую глубину и перешли в свободное состояние. Такие элизионные воды преобладают в осадочных бассейнах морского генезиса. И, наконец., возрожденные воды — это те, которые перенесены на большую глубину непосредственно кристаллической решеткой в форме конституционных, кристаллизационных или цеолитных и перешли в свобод ное состояние в результате разрушения структуры минерала. Многие из таких +возрожденных +вод по своей сути являются синтезированными из ионов Н и ОН- или 2Н и О2-.

Поэтому среди возрожденных вод следовало бы выделять самостоятель ный тип химически синтезированных. К сожалению, в настоящее время отсутствуют критерии для такого разделения этих вод, но в перспективе это будет возможным.

Седиментационные воды широко распространены в нижних горизонтах артезианских бассейнов платформенного типа. С этими водами сталкиваются особенно часто нефтяники, так как образование нефтяных месторождений непосредственно связано с ними. В отдельных случаях рассолы седиментационного происхождения встречаются и в кристаллических породах щитов, куда они проникли под давлением со стороны платформенных образований. Еще более широко развиты седиментационные воды на дне морей и океанов, где они заполняют все осадочные образования, развитые в структурах впадин и прогибов, а также донные (иловые) осадки.

Встречаются седиментационные воды и в горноскладчатых областях, особенно молодого возраста, например на Кавказе, где они не вытеснены пока еще инфильтрационными водами в процессе климатического круговорота.

Возрожденные воды также развиты в горноскладчатых областях по зонам тектонических нарушений. Они отличаются высокой температурой, относительно низкой соленостью, высоким содержанием углекислого газа и многих специфических компонентов.

Как уже отмечалось, в начале XIX в широкое распространение получила ювенильная гипотеза образования подземных вод, предложенная австрийским геологом Э. Зюссом. Согласно этой гипотезе все подземные воды образуются за счет выделения паров из магмы, которые, концентрируясь в более холодных верхних сферах, под нимаются по глубоким тектоническим зонам и разломам, а затем, растекаясь в осадочных породах, образуют целые бассейны ювенильных (в переводе первозданных) вод.

Все воды, поступающие в земную кору из атмосферы, с которой они связаны постоянным круговоротом, в отличие от ювенильных, Э. Зюссом названы вадозными.

Гипотеза ювенильных вод до настоящего времени остается весьма слабо обоснованной фактическими данными. Э. Зюсс свою точку зрения обосновывал главным образом данными, собранными по районам вулканической деятельности, при которой происходит выделение большого количества воды.

Однако более поздние работы по изучению гидрогеологических условий районов вулканической деятельности показали, что основная масса выделяемой воды захватывается магмой на пути ее движения из глубоких водоносных горизонтов, т.е. происходит смешение ювенильных и вадозных, включая седиментационные, вод, хотя доля первых даже в районах активной вулканической деятельности, по последним данным, не превышает 5% [13].

Среди ювенильных вод следует различать воды магматоген-ные, т.е.

поступившие в земную кору вместе с магмой и.выделившиеся из нее при остывании, и интрателлурические — образовавшиеся в результате дегазации вещества мантии и поступающие в земную кору по зонам глубинных разломов или риф-товым зонам срединно-океанических хребтов.

Следовательно, ювенильные воды наиболее вероятно можно ожидать в районах активного вулканизма, например, в Японии, и рифтовых зонах континентов и океанов. Но возможно также, что ювенильные воды в природе не существуют, и то, что под ними понимается — это вадозные воды, проникшие глубоко в земные недра в процессе геологического круговорота.

Проводимое активно в последние десятилетия американскими геологами бурение дна Мирового океана вскрывает любопытные факты высокой проницаемости кристаллических пород океанической коры и широкого развития в них измененных океанических вод. Механизм проникновения таких вод в глубокие горизонты океанической коры в настоящее время не совсем ясен, однако, несомненно, он связан с мантийно-океаническйм круговоротом, движением литосферных плит. Большая их часть образуется за счет океанической воды. Поэтому свободные воды, образующиеся в процессе этого круговорота, целесообразно называть общим термином талассогенные, в отличие от седиментационных, формирующихся на континентах и их окраинах (шельфовые зоны).

Среди талассогенных вод имеются, безусловно, такие, которые проникли в глубокие горизонты путем сложных перетоков при изменении в отдельных зонах океанического дна давления, удельного веса воды при нагревании, газонасыщении и т.д. Значительная часть воды захоронена вместе с донными осадками (иловые воды). Однако основная часть воды формируется в процессе движения литосферных плит. В опускающихся блоках происходит освобождение физически связанных вод и дегидратация минералов, т.е. воз никает поток воды снизу вверх. В поднимающиеся блоки в силу их разуплотнения и уменьшения давления проникает океаническая вода.

Формирующиеся таким путем воды целесообразно называть литификационными.

Большая же часть воды выделяется из пород литосферных плит при их столкновении и погружении одна под' другую в результате сложных механических и физико-химических процессов. Такие воды называть ювенильными, как это предлагает Е.В. Пиннекер, пока нет оснований. Основная их часть проникает в земные недра, вероятно, по зонам крупных разломов рифтовых структур срединно-океанических хребтов. Масштабы этого явления, по оценкам Д.М. Эдмонда и К. фон Дамма, чрезвычайно высоки, так как через основные части подвижных областей каждые 8 млн. лет должна проходить масса воды, равная объему Мирового океана. Такая оценка, видимо, сильно завышена, тем не менее она показывает важную роль рифтовых зон в геологическом круговороте воды. Эти огромные массы воды следует относить по генезису к рифтогенным. Наконец, основные потоки восходящей воды из литосферных плит должны быть связаны с зонами субдукции — линейными зонами, вдоль которых происходит погружение одной литосферной плиты под другую. Такие воды целесообразно называть субдукционными.

В последние годы А.А. Карцев широко использует понятие о литосферных водных растворах как системе, состоящей из воды и растворенных в ней солей. При таком понимании термин "литосфер-ные растворы" нe несет в себе генетического смысла.


Общая схема круговорота воды в недрах Земли представлена на рис. 3.16, а подразделения генетических типов вод в табл.3.2.

К сказанному следует добавить, что во многих классификациях среди генетических типов вод выделяются такие, как метаморфические, вулканогенные и др. Однако под этими терминами фактически кроются не генетические, а смешанные воды разного генезиса. Ведь не секрет, что вулканогенными могут быть и инфильтрационные, и седиментационные, и ювенильные, и литификационные воды. Доля каждой из этих групп воды в каждом вулкане своя, так как это зависит от многих факторов. Поэтому эти названия лучше употреблять для вод, когда речь идет не о генезисе воды, а о геологических процессах и месте ее образования.

Та б л и ца 3. Генетические типы подземных вод Круговорот Генетическая группа Генетический тип воды воды подземных вод Климатический М етеорные Инфильтрационные Конденсационные Геологический Седиментационные Погребенные Элиз ионные Возрожденные (синтез ированные) М антийный Ювенильные М агматогенные Интрателлурические (сквозь магматические) М антийно- Талассогенные Литиф икационные океанический Рифтогенные Субдукционные Рис. 3.16. Схема взаимодействия круговоротов и распределения гене тиче ских типов воды.

Кру го воро т ы во ды: 1 — климат ический, 2 — гео лог ич еский, 3 — мант ийный, 4 — ман тий но-о ке анич ес ки й;

5 — о садки о кеанического дна;

6 — осадочные поро ды;

7 — фу н да ме н т п ла т фор мы;

8 — гр анит ы;

9 — б азальто вая маг ма;

10 — о кеанич еская кор а;

1 1 — ли то с фер а ;

1 2 — аст ено сфер а;

13 — зо на разломов ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1. Назовите источники энергии, определяющие круговорот воды вземной коре.

2. Почему не исчезаю т реки на Земле? Почему вода рек не проса чивается в недра Зем ли?

3. Расскажите о значении климатическо го круго воро та в жизни лю дей.

4. Что означаю т во зобновляемые ресурсы во ды?

5. Рассчитайте во дный баланс района, где Вы живете или жили.

6. Чем отличаются естественные ресурсы воды от естественных их запасо в?

7. Почему в горах реки быстро вздуваю тся после дождя, а на рав нинах нет?

8. Расскажите, что означает понятие "водообменная система". Приведите примеры таких систем.

9. Можно ли остано вить климатический круго ворот во ды?

10. Чем о тличается гео ло гический круго воро т во ды о т климати ческого?

11. Почему на бо льших глуб инах встреч аю тся гор ные поро ды с высокой пористостью?

12. Как о кеанич еская во да по падает в недр а З емли?

13. Каким обр азом на Зем ле по явилась во да?

14. Нарисуйте схему взаимосвязи геологического и климатического круговоротов.

15. Приведите примеры минералов, из которых могут образоваться возрожденные во ды.

16. Объясните разницу между горячим и холо дным началом развития Зем ли.

17. Како в возраст гидро сферы З емли?

18. Зачем гидрогеоло гу знать о серпентинизации перидо титов?

19. Какие типы подземных вод по генезису развиты в недрах дна Мирового океана?

20. Ско лько ювенильных во д на Зем ле?

21. Назо вите механизмы пр оникно вения мор ской во ды в недра Земли.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Богомолов Г. В. Гидрогеология с основами инженерной геологии. - М.:

Высш. шко ла, 1975.

2. Виноградов А. П. Химическая э волю ция зем ли. - М.: Изд-во АН СССР, 1959.

3. Добрецов Н.Л., Кирдяшкин А. Г. Г лубинная гео динамика. – Но восиб ирск:

Изд-во СО РАН, 1994.

4. Зекц ер И.С, Джа ма лов P.M., Месхетели А.В. По дзем ный во дообмен суши и моря:

- Л.: Тидрометеоиздат, 1984.

5. Кислотные дожди/ Ю.А. Израэль, И.М. Назаров, А.Я. Прессман и др. Л.: Г идрометеоиздат, 1983.

6. Ковалевский B.C. Мно го летние ко лебания уровней по дземных во д и по дземно го стока. - М.: Нау ка, 1976.

7. Кудели н Б.И. По дземный сто к на территории СССР. - М.: Изд.,МГУ, 1966.

8. Летников Ф.А., Жатнуев Н.С., Лашкеви ч В.В. Флюидный режим термоградиентных систем. - Новосибирск: Наука, 1985.

9. Личков Б.Л. О значении теор ии Земли и необ хо димости ее со здания/ /Гео гр аф, сб. Т. XV. Астр о гео ло гия. - Л.: Изд-во АН СССР, 1962. - С.

7-28.

10. Львови ч М.И. М ировые во дные ресурсы и их бу дущее. - М.: Мысль, 1974.

11. Магара Н. Уплотнение пород и миграция ф люидов. Пер. с анг. - М.:

Недра, 1982.

12. Мухи н Ю.В. Про цессы у пло тнения глинистых осадко в. - М.: Недра, 1965.

13. Основы гидрогеологии. Гидрогео химия. - Новосибирск: Наука, 1982.

14. Павлов А.Н. Геоло гический круго воро т во ды на Зем ле. - Л.: Недра, 1977.

15. Посохов Е.В. Химическая эво лю ция гидросферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981.

16. Природные изо топы гидросферы/В. И. Ферронский, В.Т. Ду б инчу к, Б.А. По ляко в и др. - М.: Недр а, 1975 г.

17. Пущаровский Ю.М. Парадигмы в гео ло гии// Приро да. - 1995. - №1. - С.

33- 42.

18. Сорохтин О.Г. Глобальная эво люция Земли. - М.: Недра, 1974.

19. Стра хов Н.М. Осно вы теор ии лито генеза. Т. 1. - М.: Изд-во АН СССР, 1962.

20. Федосеев И.А. Развитие знаний о происхождении, количестве и кру говоро те во ды на З ем ле. - М.: Нау ка, 1967.

21. Хаи н В.Е. От текто ники плит к глоб альной гео динам ике/ / Пр ир о да. - 1 99 5. - № 1. - С. 4 2- 51.

Глава ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ И ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В НЕДРАХ ЗЕМЛИ Взаконы движениядовольно прочновод, которая, впредметочередь,основные гидрогеологии укоренилось мнение, что подземных вод составляют особой научной дисциплины — динамики подземных свою является частью подземной гидравлики, изучающей общие законы движения флюидов, т.е. жидких и газообразных тел, распространенных в земной коре (вода, нефть, газ и др.). Однако с таким подходом к основам движения подземных вод трудно согласиться, ибо в лучшем случае подземная гидравлика охватывает только небольшую (капельно-жидкую) часть всего многообразия движения подземных вод и поэтому не может дать полной картины. На это обращали внимание Д.И. Гордеев, A.M. Овчинников, Г.Ю.

Валуконис, А.Е. Ходьков, А.Н. Павлов и др., отметившие, что классическая гидродинамика не учитывает движение других форм воды, а также ее изменения при движении. Согласно ее законам, вода движется, но не изменяется.

Если базироваться только на законах подземной гидравлики, невозможно объяснить причины попадания морских вод на боль шие глубины, условия и природу возникновения аномально вы соких пластовых давлений, механизм образования возрожденных вод, природу рудообразующих растворов, условия формирования рассолов и многих других типов воды. Поэтому нельзя признать правильным отождествление основных законов движения подземных вод с фильтрацией воды в перистой среде, хотя это делается в самых авторитетных учебниках и монографиях по динамике подземных вод.

Исторически сложилось так, что ученые, наблюдая в основном климатический круговорот воды в природе, констатировали факты свободной фильтрации воды через поры горных пород и, изучая это явление, достигли в этом направлении выдающихся успехов, что выразилось в открытии основных законов фильтрации, которые не совсем обоснованно стали приниматься за основные законы движении подземных вод [14].

Основная часть воды в земной коре перемещается в связанном состоянии вместе с частицами горных пород внутри кристаллической решетки или на ее поверхности в виде целых молекул воды или отдельных их составляющих. В определенных геологических условиях эта вода либо покидает горную породу, либо, наоборот, поглощается породой.

Масштабы этих явлений весьма широки. Достаточно сказать, что все седиментационные воды образовались не путем инфильтрации, а путем захоронения вместе с осадком горной породы. Поэтому наряду с фильтрацией перемещение воды вместе с осадком, т.е. вместе с геологической средой, которая вмещает эту воду, играет важнейшую роль в геологической истории земной коры.

Разнообразие форм движения подземных вод, многие из которых не укладываются в рамки законов классической гидродинамики, позволило Г.Ю.

Валуконису и А.Е. Ходькову предположить геологическую теорию движения подземных вод, под которой они понимают "синтетическую дисциплину, возникшую из специальных разделов геотектоники, учения о формировании месторождений полезных ископаемых, литологии, геохимии, исторической геологии, классической подземной газогидродинамики и палеогидродинамики и изучающую основные закономерности равновесия и динамики подземных флюидов в геологически длительные промежутки времени" [18, с. 5]. Эту научную дисциплину они предлагают называть флюидогеодинам икой.

Значительно шире к проблеме движения воды в недрах Земли подходят Е.В. Пиннекер и С.Л. Шварцев, предложившие выделять в качестве самостоятельного геологическое движение воды, под которым следует понимать движение воды как геологического тела, занимающего строго определенные объемы и положение в геологической структуре. Такое движение часто происходит вместе с горными породами, т.е. движется не флюид через поры горной породы, а целая геологическая система вместе с заключенными в ней разнообразными по структуре и составу водами.

Следовательно, необходимо различать движение воды, во-первых, как самостоятельного физического тела в разных фазовых состояниях (жидком, газообразном, твердом), во-вторых, как тела, физически или химически связанного с горными породами, под влиянием которых движение воды приобретает новые формы и, в-третьих, как геологического тела.

Как видим, формы движения воды в недрах Земли разнообразны.

Вместе с тем было бы неправильно за многообразием движения не видеть единства взаимосвязи и взаимообусловленности его форм. Совершенно очевидно, что, например, связанные воды, становясь свободными, строго закономерно меняют характер своего движения. То же самое происходит при переходе жидкой фазы в пар, гигроскопической воды в пленочную и т.д. Поэтому целесообразно говорить о единой геологической форме движения воды в земных недрах как о важнейшей составляющей геологической формы движения материи, обоснованной академиком Б.М.

Кедровым.

4.1. ДВИЖЕНИЕ ВОДЫ КАК ФИЗИЧЕСКОГО ТЕЛА Свободная вода, когда она не связана никакими силами с горными породами, ведет себя как самостоятельное физическое тело, подчиняясь только законам гравитационного, теплового, геофизического полей.

Главным в этом случае выступает гравитационное поле, под действием сил которого вода стремится занимать наиболее низкое положение на Земле или в ее недрах. Если бы вся вода когда-либо смогла занять наиболее низкое положение на Земле, ее движение как физического тела полностью прекратилось. Но этого не происходит благодаря развитой на Земле системе кругооборотов.

В тепловом поле Земли вода меняет свое фазовое состояние и соответственно законы движения. Пар движется преимущественно от участков большего давления и температуры к участкам меньшего их значения [21]. Лед может перемещаться как обычное твердое тело, но применительно к зоне криогенеза движется сложным способом, постоянно меняя фазовые состояния даже при отрицательных температурах [19].

Движение жидкой воды, которое мы рассмотрим более подробно, происходит в результате передачи гидростатического давления от участков более высокого напора к участкам его более низких значений. Поэтому прежде чем переходить к рассмотрению вопроса о движении жидкой воды необходимо разобраться с характером пластовых давлений, формирующихся в водоносном горизонте.

4.1. 1. Пластовое давление в водоносных горизонтах Свободная вода в водоносном пласте, если она его заполнила после образования самой породы, т.е. в процессе климатического круговорота, располагается между частицами отдельных минералов и поэтому непосредственно не подвержена давлению горной породы, а находится под влиянием только гидростатического давления, т.е. веса вышележащего столба воды. Гидростатическое давление Рг определяется по формуле Рг = в Н /10 (4.1) где в — плотность воды;

Н — глубина залегания измеряемой точки от уровня первого от поверхности земли водоносного горизонта. В этом случае Рг измеряется в кг/см 2 или атмосферах, поскольку давление 1 кг/см примерно соответствует 1 атм, или 104 Па.

Накопленные к настоящему времени опытные данные действительно подтверждают, что в водоносных горизонтах верхней гидродинамической зоны пластовые давления совпадают с расчетными;

т.е. равны гидростатическим. Иначе и не должно быть, так как в природе нет сил, которые заставили бы воду мигрировать в зону давлений, превышающих ее собственную массу.

В течение долгого времени к гидродинамике земной коры и подходили с позиций существования в подземных водах только гидростатических давлений. Классические работы Б.Л. Личкова, Ф.А. Макаренко, Н.К.

Игнатовича, З.А.Макеева, Г.Н. Каменского и многих других, в которых обосновывается выделение двух или трех гидродинамических зон — активного, затрудненного и застойного водного режимов — базировались на учете соотношения областей питания и разгрузки, влияния рельефа, местного и регионального базисов эрозии, имея в виду гидростатическую природу напоров.

Углубление скважин в нефтегазоносных районах и более точные замеры пластовых давлений, т.е, давлений, наблюдаемых в реальном пласте, показали, что начиная с глубины первых километров пластовые давления в водоносных горизонтах становятся выше расчетных гидростатических в 1,3 1,6 раза. Такие давления стали называть аномально высокими. В ряде случаев аномальное давление достигает значений геостатического или литостатического (Рл ), создаваемого весом вышележащих пород. Последнее соответственно определяется по формуле Рл = п Н /10, (4.2) где п — плотность породы;

Н—глубина залегания горных пород.

Так как плотность осадочных горных пород в среднем составляет 2,3 г/см 3, а плотность даже соленой воды не превышает 1,4 г/см 3, геостатическое давление на одних и тех же глубинах больше гидростатического в 2,0-2,5 раза.

Аномально высокие пластовые давления установлены при бурении глубоких нефтяных скважин в районах с большой мощностью сравнительно молодых (кайнозойских и мезозойских) неметаморфи-зованных осадочных отложений, располагающихся вдоль альпийских геосинклиналей, характеризующихся активной тектонической жизнью, наличием грязевого вулканизма и других тектонических явлений. В отдельных случаях, например в районах Предкавказья [8], на Туранской плите и других бассейнах [5] аномальные давления установлены на глубинах от 0,5 км.

Причины указанных высоких давлений вызвали споры среди исследователей. Поэтому существует несколько точек зрения, объясняющих природу этих аномалий [10]. Одной из наиболее распространенных гипотез, объясняющих указанное явление, является литификационная гипотеза.

Сущность этой гипотезы, наиболее полно развитой Ю.В. Мухиным, А.Е.

Ходьковым, Г.Ю. Валукони-сом, И.Г. Кисейным, Ю.А. Ежовым, Ю.П.

Вдовиным и др., заключается в том, что уплотнение глинистых осадков, происходящее под влиянием массы вышележащих пород, а также в процессе их диагенеза и катагенеза, обусловливающих отжатие седиментацион-ной свободной, полусвязанной и связанной воды, приводит к созданию избыточного давления, которое благодаря плохой проницаемости глинистых и эвапоритовых осадков, сохраняется в течение геологически длительного времени. Основным возражением против этой гипотезы является то обстоятельство, что наиболее интенсивное уплотнение глинистых осадков происходит на глубинах нескольких сот метров от дневной поверхности, тогда как аномальные пластовые давления наблюдаются обычно на больших глубинах, достигающих 5-7 км. Однако это возражение не правомочно и легко снимается, если учесть, что на больших глубинах отжимается не свободная, а связанная вода в условиях резко уменьшающейся проницаемости и гидравлической изолированности горных пород. Связанная вода относительно свободной для своего выделения требует больших давлений, а высокая гидравлическая изолированность пород способствует сохранению этих давлений в течение довольно длительного даже геологически времени.

Другие предложенные гипотезы для объяснения аномально высокого пластового давления привлекают такие природные явления, как восходящая миграция флюидов через глинистые, эвапори-товые и другие толщи под воздействием сжимающих неотектонических сил (К.А. Аникиев), выжимание растворов из горных пород под воздействием геостатических и тектонических сил, в результате которых происходит растворение зерен скелета минералов или це ментация пор выпадающими из раствора минералами (И.Г. Киссин), поступление в чехол осадочных пород глубинных флюидов, выделяющихся в процессе дифференциации и дегазации вещества мантии Земли (П.Н. Кропоткин, Б.М. Валяев), создание гидродинамических напоров в областях с высокими гипсометрическими отметками (М.Ф.

Мирчинк, Б.С. Воробьев) и др. Все эти гипотезы, однако, вызывают различные возражения и не пользуются признанием.

Литификационная гипотеза учитывает, что вода в недра земли попадает в результате геологического круговорота и вытесняется из горных пород все более усиливающимся с глубиной литостатическим давлением. Поэтому она наиболее полно укладывается в схему геологического движения воды на значительных глубинах и является, на наш взгляд, бесспорной.

Лучшим доказательством реальности литификационной гипотезы является тот факт, что аномально высокие пластовые давления обычно связаны с молодыми мезо-кайнозойскими образованиями, содержащими большое количество глин, затрудняющих свободное перемещение воды не только по вертикали, но и по горизонтали. Совершенно естественно, что после того, когда ранее увеличивающаяся литостатическая нагрузка стабилизируется, в течение некоторого времени аномальное давление будет сохраняться, но абсолютное его значение должно уменьшаться в силу неполной изолированности реальных природных обстановок.

Находящиеся под высоким пластовым давлением жидкость или газ будут стремиться освободиться от избыточного давления. И это их стремление может быть реализовано в течение определенного геологического времени.

Дело в том, что аномальные давления наблюдаются в породах, которые не полностью уплотнены и кон солидированы. А если это так, то с течением времени уплотнение пород будет возрастать, что в условиях отсутствия внешней нагрузки должно приводить к увеличению их пористости, а значит и снятию определенной части литостатического давления. Так, в условиях значительных, глубин при определенном сочетании геологических факторов могут возникнуть горные породы повышенной пористости, и это подтверждается данными глубокого бурения, включая сверхглубокую Кольскую скважину [11].

Нельзя не учитывать и возможность того, что с течением времени вода может покинуть систему с аномально пластовым давлением. Ведь высокое давление обеспечивает мгновенное заполнение каждой вновь возникающей даже малейшей трещинки, пустоты, каверны. Поэтому постепенно по мере консолидации и уплотнения пород и связанного с этим образования трещин должно наблюдаться как бы растекание воды от мест с большим давлением к местам с меньшим их значением, что будет приводить к выравниванию, а значит и уменьшению давления (с учетом частичной миграции воды из систе мы аномального давления). Как показывают фактические данные по замерам реальных пластовых давлений, последние на той или иной глубине начинают приближаться к литостатическим (рис. 4.1). Все это позволяет в разрезе земной коры выделить три гидродинамические зоны, различающиеся характером пластовых давлений.

1. Зону гидростатических пластовых давлений, распространяющуюся до глубины 2-3 км, с преобладанием нисходящего и горизонтального движения подземных вод инфильтрационного генезиса.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.