§ 3. Межпластовые подземные воды. Артезианские воды и бассейны

Межпластовыми водами называют водоносные горизонты, за­легающие между двумя водоупорными слоями. В зависимости от условий залегания они могут иметь свободную поверхность или об­ладать напором.

Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно ред­ко. Уровень этих вод располагается ниже кровли первого водоупора, т. е. водопроницаемый слой не имеет полного заполнения. По усло­виям передвижения и характеру напоров эти воды аналогичны грун­товым водам. Однако область питания межпластовых вод не совпада­ет с областью их распространения. Питание вод происходит на участ­ках выхода водоносного пласта на дневную поверхность или путем фильтрации из рек и других поверхностных водотоков и водоемов.

Межпластовыми напорными или артезианскими называют воды, залегающие между двумя водоупорными слоями и обладаю­щие гидростатическим напором. В отличие от межпластовых нена­порных вод артезианские воды полностью насыщают водопроницае­мый слой от подошвы до кровли. При вскрытии напорного водонос­ного пласта скважинами вода поднимается выше его водоупорной кровли, а при сильном напоре и низких абсолютных отметках зем­ной поверхности может самоизливаться на поверхность (рис. 11.7) с высотой фонтанирования до нескольких десятков метров.

Артезианские воды обычно залегают на большой глубине и при­урочены к синклинальным (прогнутым) геологическим структурам. При синклинальном залегании пластов создаются наиболее благо­приятные условия для образования гидростатического напора. На­порные воды встречаются и при моноклинальном (односклоновом) залегании водоносых пластов, если последние резко изменяют свою водопроницаемость или выклиниваются. Они могут быть приуро­чены также и к зонам тектонических нарушений и разломов.

Геологические структуры синклинального типа, содержащие один или несколько напорных водоносных горизонтов и занимающие зна­чительные площади (до нескольких сотен тысяч квадратных кило­метров), называют артезианскими бассейнами. При моноклиналь­ном залегании слоев образуется артезианский склон (рис. 11.8).

Основные элементы артезианского бассейна. В ар­тезианских бассейнах выделяют три области: питания, напора (рас­пространения) и разгрузки (см. рис. 11.7).

Область питания распространена в приподнятой части артезиан­ского бассейна, в месте выхода водопроницаемых слоев на поверх­ность. На ее территории происходит инфильтрационное питание на­порных вод и переход поверхностного потока в подземный. Подзем­ные воды в этой области не обладают напором и относятся к типу грунтовых. В местах с низкими отметками рельефа (долины крупных рек, озерные впадины, побережья морей) обычно располагают­ся области разгрузки артезианских вод. Напорные воды разгружа­ются непосредственно в реки или отложения рек, под уровень моря или выходят на дневную поверхность, образуя родники и заболо­ченности. В области разгрузки напорные воды смешиваются с грун­товыми и становятся ненапорными. Общее направление движения артезианских вод — от области питания к области разгрузки.

Основную площадь артезианского бассейна занимает область на­пора (распространения). На ее территории подземные воды находят­ся под постоянным напором, который возрастает по мере прибли­жения к осевой части синклинального прогиба. Величина напора вод характеризуется пьезометрическим уровнем, т. е. уровнем, ко­торый устанавливается в скважинах при вскрытии напорных вод. Если пьезометрический уровень расположен выше поверхности зем­ли, высоту столба воды над устьем (началом) скважин, т. е. высоту самоизлива, определяют наращиванием обсадных труб.

В ысота столба воды в метрах, отсчитываемая от кровли водного пласта, называется напором над кровлей h (рис. 11.9). Истинное зна­чение напорности выражает пьезометричес­кий напор Н, который отсчитывается от плос­кости сравнения 0—0 (уровень моря) до пье­зометрического уровня. Высота пьезометри­ческого напора отсчитывается иногда не от плоскости сравнения, а от подошвы напор­ного водоносного пласта (Н).

Напор воды создается благодаря пере­паду отметок высот областей питания и разгрузки, т. е. обусловлен законом сооб­щающихся сосудов. Напорность связана также с упругими свойствами воды и вме­щающих ее горных пород.

Карты пьезометрической поверхности напорных вод (карты гидроизопьез). Ли­нии, соединяющие точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня, на­зывают гидроизопьезами (или пьезогипсами). Карта гидроизопьез — совокупность таких линий и строится она методом интерполяции отметок, т. е. аналогично карте гидроизогипс. Если напорных водоносных гори­зонтов несколько, для каждого из них на карте наносится своя си­стема гидроизопьез.

С помощью карты гидроизопьез решают ряд практических за­дач, связанных с использованием артезианских вод для водоснаб­жения, с организацией защиты от них при вскрытии строительны­ми котлованами кровли напорного пласта и т. д. По карте гидро­изопьез изучают условия формирования потоков артезианских вод, определяют направление их движения (по нормали к гидропьезам в сторону меньших отметок), выделяют участки возможного самоизлива (при совмещении гидроизопьез с горизонталями), устанав­ливают гидравлическую связь напорных вод с реками и пр.

При использовании артезианских вод для водоснабжения наибо­лее перспективным считается самый верхний напорный горизонт, где обычно залегают слабоминерализованные (пресные) воды.

Артезианские воды практически не загрязнены и, как правило, обладают значительной водообильностью. К недостаткам следует от­нести необходимость в ряде случаев проходки очень глубоких сква­жин для вскрытия напорного водоносного горизонта.