Гидрогеология

 

 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.

Свежесформированный осадок в бассейнах седиментации пред­ставляет собой в подавляющем большинстве случаев рыхлое или текучее тело, резко обводненное, богатое микроорганизмами и со­стоящее из весьма разнородного химико-минералогического матери­ала. Важ­нейшей чертой этого осадка является наличие большого количества воды. По мере того, как происходит погружение зоны осадконакопле­ния в результате давления перекрывающих слоев и уплотнения илов, ведущего к превращению их в породы, содержание воды в илах начинает уменьшаться. Уплотнению подвергаются и образую­щиеся из илов глины вплоть до превращения их в сланцы. При этом идет снижение пористости и выжимание воды. Последнее особенно характерно для глинистых осадков.

Несмотря на то, что пористость горных пород с глубиной неуклонно уменьшается, но даже на значительных глубинах (6-10 км) встречаются зоны с высокой пористостью и проницаемостью.

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 2 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.

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.

Следовательно, первый этап геологического круговорота воды, связанный с захоронением осадков на большие глубины, может быть назван седиментационным. Его формирование происходит в услови­ях отжатая воды из захороняющихся горных пород, т.е. в условиях элизионного режима.

Геологический круговорот воды седиментационным этапом не заканчивается, так как продолжающе­еся прогибание территории приводит к дальнейшему погружению осадочных пород и связанных с ними подземных вод.

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 формируются вновь синтезированные, или возрожденные воды. Синтез воды делает зону метаморфизма качественно новым этапом геологического круговорота, который предлагается называть метаморфогенным.

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.

Третий этап геологического круговорота – магматический связан с тем, что 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.

Геологический круговорот воды, в отличие от климатического, совершается в различных термодинамических оболочках 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.

Геологический круговорот воды 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.