4. Понятие «Геологический круговорот воды»

В отличие от гидрологического круговорота воды, совершаемого в приповерхностной части Земли и характеризующегося геологически мгновенным временем, геологический круговорот обусловлен непрерывным движением земной коры в вертикальном и горизонтальном направлениях. Он совершается в более глубоких оболочках земной коры и верхней мантии (различные термодинамические зоны). Поэтому В.И. Вернадский отождествлял геологический круговорот воды с первичными круговыми процессами земной коры. Выделяют 3 этапа геологического круговорота: седиментационный, метаморфический и магматический.

4.1 Геологическая форма движения воды и ее разновидности

Геологическая форма движения воды – важнейшая составляющая геологической формы движения материи. Выделяют 3 разновидности геологической формы движения воды:

1) метеогенная;

2) литогенная;

3) магматогенная.

Метеогенная характерна для приповерхностной части земной коры. Она характеризуется свободной фильтрацией воды за счет разности гидростатических напоров с подчиненным значением других видов движений. Пластовые давления находятся в пределах условного гидростатического.

Литогенная связана с переносом воды в процессе литогенеза осадочных пород. Важными процессами здесь являются отжатие части воды при уплотнении осадков, связывание воды горными породами и последующее ее возрождение при их перекристаллизации. Пластовые давления обычно выше гидростатических. Такая форма движения имеет место в субмаринных областях земной коры (бассейны осадконакопления) и нижних горизонтах осадочного чехла на глубинах не менее 1-3 км.

Магматогенная – имеет место в глубоких частях подземной гидросферы и связана с воздействием высоких температур и давлений, отделением воды от магматического расплава или выделением из метаморфиризующихся пород в условиях высокой газонасыщенности. Здесь формируются долгоживущие гидротермальные системы, содержащие жидкую воду, паро-водяную смесь и горячий пар.

4.2 Этапы геологического круговорота

4.2.1 Седиментационный этап геологического круговорота воды

В геологическом (структурном) развитии земной коры начальный этап характеризуется наличием бассейнов осадконакопления на стадии геосинклинального прогиба, с накоплением огромных толщ осадочных пород преимущественно морского происхождения. По мере погружения зоны осадконакопления происходит уплотнение илов, превращение их в породы с постоянным отжатием воды (рис. 2). Вначале отжимается свободная вода и частично физически связанная (глубина около 1 км). В дальнейшем за счет термобарических факторов начинает выделяться из осадочных пород (глины) прочно связанная и химически связанная вода, то есть происходит дегидратация глинистых пород, возрождение вод, которые пополняют емкости ближайших коллекторов, увеличивая величины пластовых давлений. Наиболее интенсивно процессы дегидратации происходят на глубинах 2-3 км при температуре более 80⁰С. Выделение межслоевой воды монтмориллонита в свободное состояние (плотность 1,0 г/см³) из плотности связанной воды (1,4 г/см³) связано с увеличением объема воды, ее прорывами (гидроразрыв) из глин в песчаные пласты, то есть в области пониженных давлений – на положительные структуры (своды) и в периферические части бассейна. В этом и заключается седиментационный (элизионный) водообмен (от «элизио» - выжимаю, выдавливаю). Таким путем в пластах – коллекторах формируются сверхгидростатические пластовые давления (СГПД). В случае поднятия территории отложения снова могут войти в гидрологический круговорот и тогда геологический круговорот окажется одноэтапным.

4.2.2 Метаморфический этап геологического круговорота воды

После завершения седиментационного этапа в геосинклинальных условиях дальнейшего прогибания, геологический круговорот входит в метаморфический этап. Здесь после уплотнения и литификации, оставшиеся физически связанные воды составляют около 5 % объема пород. Они вместе с химически связанной водой выделяются в процессе перекристаллизации пород при метаморфизме. Здесь наряду с дегидратацией пород происходит синтез молекул воды (Н⁺+ОН^-), делающий зону метаморфизма качественно новым этапом геологического круговорота воды. Количество выделяющейся здесь воды может достигать 15-25 вес. %, движение подземных вод меняется с латерального на вертикальное (преимущественно снизу вверх).

4.2.3 Магматический этап геологического круговорота воды

Предыдущий, метаморфический этап, обычно завершается поднятием территории, созданием горно-складчатых систем, возникновением магматических систем с вулканическими проявлениями. В результате седиментогенные воды вступают во взаимодействие с глубинными растворами и магматическими газами. При этом часть воды поглощается магмой и приобретает девственные черты. Эти растворы – коровые, а не мантийные образования, но связаны они уже с магматическим этапом геологического круговорота. Для него характерно образование открытых (зияющих) разломов, которые являются проводящими каналами в сферу гидрологического круговорота. Происходит старение и закрытие одних трещинных систем и, наоборот, омоложение других в соответствии с циклами и фазами тектогенеза.

Рис. 2. График уплотнения песков и глин с глубиной (по Г. Мильде)

Условные обозначения: 1- глины и глинистые сланцы; 2-пески и песчаники.