Програма для студентів спеціальності 040103 геологія Затверджено



Сторінка1/2
Дата конвертації09.04.2017
Розмір0.57 Mb.
  1   2





Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Геологічний факультет

Кафедра гідрогеології та інженерної геології
Укладач: доцент Чомко Д.Ф.

ГІДРОГЕОЛОГІЯ


РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА

для студентів спеціальності 6.040103 – геологія

Затверджено

на засіданні кафедри

Протокол №18

Від 17 травня 2007року

Зав. кафедри

_____________Кошляков О.Є.

Декан факультету

_____________Вижва С.А.

Київ – 2007

Робоча навчальна програма з дисципліни «Гідрогеологія»

Укладач: кандидат геологічних наук, доцент Чомко Дмитро Федорович.

Лектор: кандидат геологічних наук, доцент Чомко Дмитро Федорович.

Викладач: асистент Аксьом Олексій Сергійович

Погоджено

з науково-методичною комісією

«15» червня 2007р.
__________________________

ВСТУП

Дисципліна “Гідрогеологія” є нормативною дисципліною, орієнтованою на підготовку бакалаврів геології. Дисципліна викладається на ІІ курсі у ІІІ-му семестрі в обсязі 108 годин, з них лекції 36 годин, лабораторні роботи – 18 годин, самостійна робота – 54 години. Форма підсумкового контролю – іспит у ІІІ-му семестрі.


Метою викладання дисципліни “Гідрогеологія” є ознайомлення студентів, що навчаються за ОКР бакалавр геології з основними уявленнями про гідрогеологічну стратифікацію та класифікацію підземних вод, з основними типами підземних вод (водами зони аерації, ґрунтовими та артезіанськими водами), а також з особливими типами підземних вод. Наприкінці курсу студенти будуть ознайомлені з деякими відомостями з динаміки підземних вод, а також оцінки запасів підземних вод, що базуються на фундаментальних розробках циклу природничих наук: географії, фізики, хімії, основ гідрології. До завдань курсу належить розгляд початкових теоретичних передумов поведінки підземних вод в конкретних умовах, що залежать від глибини залягання, літологічного складу водовміщуючих порід, гідравлічного нахилу та ін. Студенти отримають уявлення про забруднення підземних вод та варіанти його унеможливлення.
Предметом вивчення є ресурси підземних вод країни, які змінюють свій хімічний склад в залежності від конкретних умов транзиту та місця розташування, а також можливості використання підземних вод в різних галузях господарства (питні води, в т.ч. мінеральні; промислові води, термальні води та ін.).
Вимоги до знань та вмінь – після вивчення навчальної дисципліни „Гідрогеологія” студенти повинні:

знати:

  • гідрогеологічну стратифікацію та класифікацію підземних вод;

  • основні та особливі типи підземних вод;

  • відомості з динаміки підземних вод;

  • відомості з оцінки запасів підземних вод.


вміти:

  • будувати та читати карти гідроізогіпс та гідроізоп‘єз;

  • читати гідрогеологічні розрізи;

  • визначати притік вод (ґрунтових або артезіанських) до водозабірних споруд.


Місце навчальної дисципліни в структурно-логічній схемі.

Нормативна навчальна дисципліна „Гідрогеологія” є складовою циклу професійної підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня підготовки бакалавра геології. Ця дисципліна є базовою для вивчення в подальшому таких дисциплін, як „Регіональна гідрогеологія”, „Методика гідрогеологічних досліджень”, „Динаміка підземних вод”, „Оцінка запасів підземних вод”, „Геохімія”.


Система контролю знань та умови складання іспиту. Навчальна дисципліна „Гідрогеологія” оцінюється за модульно-рейтинговою системою. Вона складається з 2 модулів.

Результати навчальної діяльності студентів оцінюються за 100-бальною шкалою.



Форми поточного контролю:

  • класні самостійні письмові роботи на протязі семестру - 20 балів;

  • модульні контрольні роботи (на семестр 2 контрольні роботи по 20 балів) - 40 балів;


Підсумковий контроль: іспит – 40 балів.

За результатами семестру студент отримує підсумкову оцінку за 100-бальною системою, яка розраховується за наступною формулою.






Змістовий модуль 1 (ЗМ1)

Змістовий модуль 2 (ЗМ2)

Комплексний підсумковий модуль

(КПМ) - іспит

Підсумкова

оцінка

(ПО)

Вагові коефіцієнти (%)


30%

k1=0,3


30%

k2=0,3


40%

kісп.=0,4


100%

Максималь-на кількість балів


100


100



100


100

Оцінка(бали)

30

30

40

100

(60 + 40)

При цьому, кількість балів відповідає оцінці:

1-34 - «незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням дисципліни;

35-59 - «незадовільно» з можливістю повторного складання;

60-64 - «задовільно» («достатньо);

65-74 - «задовільно»;

75-84 - «добре»;

85-89 - «добре» («дуже добре»);

90-100 - «відмінно».
Шкала відповідності

За 100-бальною шкалою

Оцінка за національною шкалою

90 – 100

5

відмінно

85 – 89

4

добре

75 – 84

65 – 74

3

задовільно

60 – 64

35 – 59

2

незадовільно

1 – 34

Якщо за результатами модульно-рейтингового контролю студент отримав середнє арифметичне за два змістовні модуля, яке менше ніж 60 балів (тобто в сумі менше 36 підсумкових балів), то студент не допускається до іспиту і вважається таким, що не виконав всі види робіт, які передбачаються навчальним планом на семестр з дисципліни „Гідрогеологія”.


Навчально-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ


теми

Назва теми

Кількість годин

лекції

лабораторні

самост. робота

Змістовий модуль І

Основні типи підземних вод”



1

Вступ. Історія розвитку та сучасний стан гідрогеології.

2







2

Гідрогеологічна стратифікація та класифікація підземної гідросфери.

2

2

4

3

Води зони аерації та ґрунтові води.

4

2

4

4

Артезіанські води. Основні типи артезіанських басейнів.

4

2

4

5

Умови виходу підземних вод на поверхню землі. Класифікація джерел.

2

2

4

6

Види тріщинуватості гірських порід за походженням. Режим та хімічний склад тріщинних вод.

2




4

7

Карст та його розвиток. Зональність карстових вод.

2

2

4

Модульна контрольна робота 1 (1-ша декада квітня)

2







Разом

20

10

24

Змістовий модуль ІІ

Особливі типи підземних вод. Рух підземних вод”



8

Визначення мінеральних вод. Класифікація мінеральних вод.

2

2

2

9

Поняття про промислові води. Використання промислових вод.

2




2

10

Поняття про термальні води. Практичне використання термальних вод.

2

2

2

11

Підземні води районів багаторічної мерзлоти.







6

12

Підземні води під морями та океанами.




2

8

13

Режими руху підземних вод. Закони фільтрації.

2




2

14

Розрахунок витрати потоку при різних видах руху підземних вод.

4

2

2

15

Поняття про водозабори.

2




4

Модульна контрольна робота 2 (3-тя декада травня)

2







Разом

16

8

30

Всього

36

18

54

Загальний обсяг 108 год, у тому числі –

Лекцій – 36 год,

Лабораторні роботи – 18 год,

Самостійна робота54 год.

Змістовий модуль 1. „Основні типи підземних вод”
Тема 1 Вступ. Історія розвитку та сучасний стан гідрогеології. (2 год.)

Лекція 1. Хімічний аналіз води як частина гідрогеологічних знань. Історія розвитку. – 2 години.

План лекції:



  • Історія розвитку;

  • Сучасний стан гідрогеології.

Гідрогеологія як наука виникла порівняно недавно, але цьому передувала багатовікова практика використання підземних вод, і тому в історії її розвитку виділяється декілька етапів: 1) накопичення досвіду використання результатів аналізу підземних вод (до ХVII ст.); 2) перших наукових узагальнень (ХVIII – сер. ХIХ ст.); 3) сучасний стан. Гідрогеологія стала комплексною наукою в якій виділилося три самостійних напрямки: прикладний, методичний і теоретичний. Прикладний напрямок вирішує практичні задачі народного господарства, методичний - розробляє методики гідрогеологічних досліджень, теоретичний - розробляє теоретичні проблеми, пов'язані з підземною гідросферою.

У відповідності до цих напрямків сучасна гідрогеологія вирішує наступні задачі:

- пошуки та розвідка підземних вод як джерела водопостачання, зрошення, теплоенергетики, видобутку цінних компонентів і для цілей бальнеології;

- вивчення гідрогеологічних умов родовищ корисних копалин у зв'язку з їх промисловим освоєнням;

- гідрогеологічне обґрунтування меліоративних заходів;

- вивчення гідрогеологічних умов у зв'язку з розшуками родовищ нафти та газу;

- пошуки корисних копалин гідрогеохімічними методами;

- випереджуюче вивчення регіональних гідрогеологічних умов територій для наукового обґрунтування перспектив господарювання;

- розробка сучасних методик виконання гідрогеологічних досліджень;

- вивчення спеціальних питань, пов'язаних з організацією спостережень за гідрогеологічними передвісниками землетрусів;

- обґрунтування та розробка ефективних технологічних систем підземного вилуговування корисних копалин;

- вивчення ролі підземних вод у формуванні родовищ корисних копалин та їх збереженні (металогенічний напрямок у гідрогеології);

- оцінка еколого-геологічних умов територій у зв'язку з технічною дією людини та розробка засобів з запобігання її негативного впливу;

- розробка теорії управління режимом підземної гідросфери.

Як бачимо, сучасна гідрогеологія вирішує не тільки питання використання ресурсів підземної гідросфери, але й спрямованого втручання людини в життя підземної гідросфери з метою раціонального управління процесами.

Таким чином, сучасна гідрогеологія – це наука, що поряд з іншими науками геологічного циклу, в першу чергу забезпечує науково-технічний прогрес у гідротехнічному, громадському та інших видах будівництва, а також у раціональному веденні водного господарства, охороні підземної гідросфери від негативного впливу людської діяльності.
Література [2]
Тема 2 Гідрогеологічна стратифікація та класифікація підземної гідросфери (2 год.)

Лекція 2. Гідрогеологічна стратифікація та класифікація підземної гідросфери. – 2 години.

План лекції:



      • Гідрогеологічна стратифікація;

      • Класифікація підземної гідросфери.

Від поверхні землі до глибин з критичними температурами води (374 – 450оС) всі пустоти та пори гірських порід заповнені (насичені ) вільною та зв’язаною водою.

З точки зору акумуляції підземних вод, їх просочування через товщу порід, а також віддачі породами води при експлуатації, виділяються водоносні і водотривкі породи. Водоносними називаються такі породи, які містять у собі вільну (гравітаційну) воду, здатні пропускати її через свою товщу і досить легко віддавати під дією сили тяжіння. До таких порід відносяться: галечники, гравеліти, піски, тріщинуваті скельні породи осадового, метаморфічного та магматичного походження. До водотривких (водонепроникних) відносяться такі породи, які дуже слабо пропускають воду або зовсім нездатні пропускати і віддавати її в природних умовах. Такими породами є глини, важкі суглинки, глинисті сланці, аргіліти, кам`яна сіль, мергелі, а також нетріщинуваті скельні породи.

Чергування по вертикалі в геологічному розрізі порід, різних за літологічними особливостями, дає можливість провести його розчленування на водоносні і водотривкі товщі (пласти, шари).



Гідрогеологічна стратифікація полягає в розчленуванні геологічного розрізу на товщі гірських порід або окремі зони, які розрізняються за характером та ступенем водоносності.

Принципи гідрогеологічної стратифікації - дискурсивне питання. При державній гідрогеологічній зйомці гідрогеологічну стратифікацію прийнято було основувати на принципі, який був названий М.Є. Альтовським стратиграфо-гідрогеологічним.



Водоносними горизонтами називають відносно витриману по площі і в розрізі, насичену вільною гравітаційною водою одно- чи різновікову товщу гірських порід, яка представляє в гідродинамічному відношенні єдине ціле. Водоносні горизонти обмежені зверху та знизу або тільки знизу (ґрунтовий водоносний горизонт) водотривкими пластами.

Водоносний комплекс представляє собою регіонально розповсюджену водоносну товщу порід, яка складається з декількох одно- чи різновікових шарів водонасичених порід, різнорідних за складом, які мають між собою гідравлічний зв`язок. Водоносний комплекс відділяється від інших водоносних комплексів чи горизонтів регіональними водотривкими породами, які утруднюють їх гідравлічний зв`язок.

Гідрогеологічні поверхи виділяються в межах великих тектонічних западин. Це сукупність водоносних комплексів та горизонтів, обмежених знизу або зверху та знизу потужними регіонально витриманими в межах гідрогеологічної системи (наприклад, артезіанського басейну) товщами водотривких порід. Гідрогеологічні поверхи визначаються найчастіше структурними поверхами і відрізняються один від одного ступенем водообміну, різними умовами формування та розповсюдження підземних вод. Потужність гідрогеологічних поверхів визначається переважно такими геологічними стратиграфічними підрозділами, як система, сукупність систем, або навіть група.

Водотривкими товщами порід називають товщі водонепроникних або слабопроникних порід, які відокремлюють один від іншого водоносні горизонти, комплекси, гідрогеологічні поверхи.

Класифікацій підземних вод існує багато. Це пояснюється складністю і великою різноманітністю природних умов знаходження підземних вод, а також різними вимогами, які пред`являються при експлуатації тих чи інших типів підземних вод. Існують класифікації підземних вод за: температурою, мінералізацією, хімічним складом; є класифікації: мінеральних вод за бальнеологічними властивостями, термальних - за їх використанням, промислових - за корисними компонентами тощо.

Питанню класифікації підземних вод присвячено багато наукових праць. Вони побудовані за різними ознаками.

Відома класифікація Г.М. Каменського за походженням підземних вод. Він виділяє три типи підземних вод: інфільтраційні, які утворилися внаслідок просочування в гірські породи атмосферних опадів; морські, які утворилися в результаті проникнення древніх морів у процесі осадонакопичення чи пізніше при трансгресії моря; метаморфічні, які пов`язані з термальним та динамічним метаморфізмом і магматичними процесами.

Є класифікації підземних вод за умовами залягання, які враховують і деякі інші ознаки особливостей водовмісної породи , гідравлічних ознак тощо.

За умовами залягання і циркуляції виділяють підземні води в поверхневих водоносних горизонтах і підземні води, які залягають глибоко.

О.М. Овчинніков залежно від умов залягання виділив три основні типи підземних вод: верховодку, ґрунтові та артезіанські води. Залежно від характеру водовмісних порід (пористі або тріщинуваті породи) він поділив основні типи на ряд підтипів підземних вод. В особливі типи були виділені підземні води районів багаторічної мерзлоти та районів молодого вулканізму.

Розроблено рід класифікацій підземних вод, які ґрунтуються на особливостях земної кори (Б.В. Лічков), на гідравлічних ознаках і умовах залягання підземних вод (О.К. Ланге), є класифікації за хімічним складом підземних вод (В.І. Вернадський, В.О. Александров, С.О. Щукарев, Н.І. Толстіхін, О.О. Альохін).

У відповідності з останніми уявленнями про умови формування, розповсюдження, особливості гідродинамічного режиму, можливості використання, виділяють 3 основні типи підземних вод і 7 особливих типів.



Основні типи включають: 1) води зони аерації; 2) ґрунтові води; 3) артезіанські води.

Особливі типи: 1) тріщинні води; 2) карстові води; 3) мінеральні води; 4) промислові води; 5) термальні води; 6) води районів багаторічної мерзлоти, 7) субмаринні води, або води морського та океанічного дна.

Література [1, 2, 10]
Завдання для самостійної роботи (4 год.):

1.Які основні ознаки водоносних та водотривких порід?

2.Дайте визначення водоносного шару, горизонту, комплексу .

3.Які класифікації підземних вод за їх умовами формування та розповсюдження ви знаєте?

Література [1, 2, 9]

Практична робота №1 (2 год.)

Тема

Хімічний склад підземних вод і форми вираження результатів хімічного аналізу.

План

  1. Ознайомлення з показниками, що характеризують хімічні властивості та стан води.

  2. Види хімічних аналізів та зображення води у вигляді формули хімічного складу.

  3. Перерахунок результатів хімічних аналізів з однієї форми в іншу та побудова формули Курлова.


Тема 3 Води зони аерації та ґрунтові води. (4 год.)

Лекція 3. Води зони аерації – 2 години.

План лекції:



  • Розподіл зони аерації;

  • Води зони аерації.

У верхній частині земної кори найбільше розповсюдження мають дві гідрофізичні зони, які розрізняються станом, умовами формування та циркуляції в них води. Це – зона аерації та зона повного насичення водою.

Зона аерації знаходиться в самій верхній частині земної кори, від поверхні землі до рівня ґрунтових вод. У цій зоні значна частина пор заповнена повітрям із парами води. Деякий об`єм пор зайнятий фізично зв`язаною та капілярною водою. Під час атмосферних опадів та сніготанення через цю зону фільтруються гравітаційні води зверху вниз у вигляді окремих крапель та струминок.

За ступенем насиченості водою в розрізі зони аерації виділяються: рослинний шар, шар капілярної кайми, проміжний шар.

Рослинний шар знаходиться в самій верхній частині зони аерації. Води, які тут знаходяться, переважно капілярні (капілярно-підвішений тип). Вони тісно пов`язані з атмосферою, містять у собі велику кількість органічної речовини і мікроорганізмів та є джерелом живлення кореневої системи рослин.

Шар капілярної кайми розміщується над горизонтом ґрунтових вод. Утворюється цей шар внаслідок підйому вільної води з насиченої зони капілярними порами. Потужність капілярної кайми залежить від розмірів пор і визначається висотою капілярного підняття для даних порід. Положення капілярної кайми змінюється в часі в залежності від коливання рівня ґрунтових вод.

Проміжний шар знаходиться між шаром капілярної кайми та рослинним шаром. Тут значний об`єм пор та тріщин гірських порід заповнений повітрям із водяною парою.

У проміжному шарі можуть існувати ділянки, де гірські породи повністю насичені водою. Це специфічне гідрогеологічне утворення називається верховодкою. Вона являє собою перший від поверхні тимчасово існуючий горизонт безнапірних вод, який має вільну поверхню. Найчастіше вона утворюється на лінзах водотривких порід, що мають у плані обмежене розповсюдження. Іноді верховодка може утворюватися на шарах порід із меншою водопроникністю, ніж породи, які її оточують. Тривалість верховодки залежить від розмірів та потужності водотривких порід, які її підстеляють.

Основним джерелом живлення верховодки є атмосферні опади, а в районах інтенсивної діяльності людини – води антропогенного походження. Витрачається вона на випарування і транспірацію рослинами, частково – на розтікання до країв слабопроникних лінз. Якщо породи, які підстеляють верховодку, відносно водотривкі, деяка кількість води може просочуватися крізь них і йти на живлення ґрунтових вод.

Залягаючи неглибоко від денної поверхні, верховодка дуже часто несе сліди забруднення, особливо в районах населених пунктів та підприємств.
Література [1, 2, 9]
Лекція 4. Ґрунтові води – 2 години.

План лекції:



  • Ґрунтові води;

  • Основні типи ґрунтових вод.

Ґрунтовими називаються підземні води, які залягають на першому від поверхні землі досить витриманому по площі водотривкому шарі і утворюють постійно існуючий водоносний горизонт.

Містяться ґрунтові води, головним чином, у четвертинних відкладах і значно рідше в дочетвертинних. Вмісні породи можуть бути найрізноманітнішого літологічного складу (гравій, пісок, суглинок, тріщинуваті скельні породи, закарстовані вапняки тощо).

Відносно однорідні за літологічним складом і фільтраційними властивостями пласти гірських порід, які містять у собі ґрунтові води, називаються ґрунтовими водоносними горизонтами.

Пласт, який вміщує ґрунтові води, насичений не на всю потужність і не перекривається водотривкими шарами. Рівнева поверхня такого водоносного горизонту називається дзеркалом ґрунтових вод. Водонепроникний шар, який підстеляє водоносний горизонт, називається нижнім водотривом. Відстань між дзеркалом ґрунтових вод і нижнім водотривом – потужність горизонту.

Ґрунтові водоносні горизонти є безнапірними, з відкритою, вільною поверхнею.

Живлення ґрунтових вод відбувається, в основному, за рахунок інфільтрації атмосферних опадів. Область живлення їх співпадає з площею розповсюдження горизонтів.

Розвантажуються ґрунтові водоносні горизонти в різні поверхневі водотоки та водоймища. При цьому вони також виходять на денну поверхню у вигляді джерел.

Режим ґрунтових вод непостійний. Положення їх рівнів залежить від кількості атмосферних опадів.

Дзеркало ґрунтових вод у плані (на карті) відображається гідроізогіпсами – лініями, які з`єднують точки з однаковими відмітками рівнів води. Карта гідроізогіпс будується на основі лише одночасних вимірювань рівнів води у всіх точках спостережень.

Ґрунтові води звичайно мають гідравлічний зв`язок із водами поверхневих водотоків та водоймищ. Цей зв`язок може бути різним, що встановлюється за характером гідроізогіпс. У районах із вологим і помірним кліматом річкові долини, як правило, дренують ґрунтові води, тобто дзеркало ґрунтових вод має похил до річки, і річкові води живляться за рахунок ґрунтових.

Завдяки майже повсюдному поширенню ґрунтових вод та їх неглибокому заляганню, вони широко використовуються для водопостачання як окремих споживачів, так і великих міст.

У залежності від умов залягання, розповсюдження та формування ґрунтові води, за класифікацією О.М. Овчиннікова, поділяються на види: 1) річкових долин; 2) льодовикових відкладів; 3) степів, напівпустель та пустель; 4) конусів виносу передгірних похилих рівнин; 5) гірських областей; 6) морських узбереж.


Література [1, 2, 5]
Завдання для самостійної роботи (4 год.):

  1. Що таке зона аерації?

  2. Чим верховодка відрізняється від ґрунтових вод?

  3. Дайте порівнювальну характеристику ґрунтових вод річкових долин у рівнинних та гірських регіонах.

  4. Чим пояснюється існування лінз прісних ґрунтових вод у постелях та піщаних морських островах.


Література [1, 2, 5]

Практична робота №2 (2 год.)

Тема

Вивчення водних властивостей гірських порід. Визначення вологості, коефіцієнта пористості, максимальної молекулярної вологоємності

План

  1. Визначення вологості в лабораторних умовах.

  2. Визначення молекулярної вологоємності в лабораторних умовах.

Тема 4 Артезіанські води. Основні типи артезіанських басейнів. (4 год.)

Лекція 5. Артезіанські води – 2 години.

План лекції:



  • Артезіанські води.

  • Області артезіанських басейнів.

Артезіанськими водами називаються підземні води, що знаходяться у водоносних горизонтах (комплексах), які перекриті водотривкими пластами та мають гідростатичний напір. Цей напір проявляється в підйомі рівня води над покрівлею пласта при розкритті його свердловинами чи іншими видами виробок. При сприятливих геоструктурних та гідрогеологічних умовах свердловини можуть фонтанувати.

Артезіанські води отримали свою назву від провінції Артуа в південній Франції, де в 1126 р. вперше був викопаний колодязь, який дав самовиливну воду. Такі колодязі отримали назву артезіанських. Потім артезіанськими стали називати підземні води, які самовиливаються на поверхню з колодязів і свердловин, а також водоносні горизонти, в яких вода знаходиться під надлишковим тиском і при розкритті виливається на поверхню землі.

Мульдоподібні геологічні структури (типу Паризької), де поширені артезіанські водоносні горизонти, стали називати артезіанськими басейнами. (АБ).

Характерними особливостями артезіанських вод є те, що:

1) вони залягають у водоносних пластах, які підстеляються і перекриваються водотривкими (або відносно водотривкими) шарами;

2) при розкритті артезіанських водоносних горизонтів свердловинами рівень води в них піднімається вище покрівлі горизонту.

Приурочені артезіанські води переважно до так званих артезіанських гідрогеологічних структур.

У кожному артезіанському басейні прийнято виділяти три області: 1) область сучасного живлення; 2) область розвантаження; 3) область розповсюдження напору.

Характер п`єзометричної поверхні водоносного горизонту на гідрогеологічних картах відображається п`єзоізогіпсами (гідроізоп’єзами). Це лінії, які з`єднують точки з однаковими відмітками рівнів підземних вод.
Література [1, 2]
Лекція 6. Основні типи артезіанських басейнів – 2 години.

План лекції:



  • Основні типи артезіанських басейнів.

  • Зональність артезіанських басейнів.

За умовами залягання водоносних горизонтів та формування артезіанських вод виділяються такі артезіанські гідрогеологічні структури: артезіанські басейни, артезіанські схили, субартезіанські басейни.

Артезіанські басейни. Під артезіанськими басейнами розуміють сукупність артезіанських водоносних горизонтів та комплексів, які залягають у синклінальних структурах.

Артезіанський схил, за А.М. Овчинніковим – це своєрідний асиметричний басейн артезіанських вод із моноклінально залягаючими водоносними горизонтами, які виклинюються у міру занурення. Геологічні умови їх визначають гідродинамічні особливості таких басейнів. Області сучасного живлення (А) і розвантаження (В) розташовані в безпосередній близькості одна від одної, а область розповсюдження напорів (Б) знаходиться збоку, на більш низьких відмітках. У природних умовах артезіанські схили, мають широке розповсюдження в крайових частинах передгірних прогинів, міжгірних западинах, на схилах морських і океанічних западин. Крім того, вони знаходяться в межах схилів синекліз і западин на платформах, особливо в глибоко залягаючих товщах порід.

Субартезіанські басейни. За Ф.П. Саваренським, до субартезіанських вод відносяться підземні води, що не мають постійного напору, який змінюється як за площею, так і з часом. Сукупність водоносних горизонтів, які містять субартезіанські води в межах якоїсь гідрогеологічної структури, прийнято називати субартезіанським басейном. Прикладом басейнів можуть служити підземні води водоносних горизонтів, які розташовані на древніх кристалічних щитах. Тут в зниженнях кристалічного фундаменту водоносні горизонти перекриті водотривкими шарами і тому характеризуються напорами, а на підвищеннях вони виходять на денну поверхню і містять у собі ґрунтові води (безнапірні). З часом рівні підземних вод можуть змінюватися, і напірні горизонти змінюватися на безнапірні і навпаки.

До субартезіанських відносять також басейни з відносно горизонтально залягаючими водоносними горизонтами осадових порід верхньої частини великих межирічкових просторів, де на деяких ділянках відмічаються безнапірні ґрунтові води, а на інших – напірні.

Зональне розповсюдження напірних підземних вод є загальним майже для всіх великих артезіанських структур, де спостерігається певна закономірність в особливостях циркуляції та зміні хімічного складу підземних вод як в горизонтальному, так і в вертикальному розрізі.

Горизонтальна зональність виражається в зміні загальної мінералізації (від прісних до солоних і розсолів) і хімічного складу підземних вод від областей живлення до найбільш прогнутих частин водонапірних систем.

Питання вертикальної гідродинамічної та гідрохімічної зональності басейнів підземних вод розроблялися багатьма вченими (В.І. Вернадський, Ф.А. Макаренко, М.І. Толстіхін, М.К. Ігнатович та ін). Важливішою закономірністю визначається поступове уповільнення швидкості руху води з глибиною.

За М.К. Ігнатовичем, ідеї якого в цьому питанні найбільш обґрунтовані, в артезіанських басейнах виділяються три вертикальні гідродинамічні зони (зверху вниз): активного, відносно уповільненого і дуже уповільненого водообмінів.

Слід відмітити, що положення гідрохімічних зон в вертикальному розрізі різних артезіанських басейнів або на різних ділянках одного і того ж басейну може бути різним.

В цілому ж, у вертикальному розрізі артезіанських басейнів найчастіше існує пряма гідрохімічна зональність (зверху вниз):

а) зона гідрокарбонатних вод;

б) зона сульфатних вод;

в) зона хлоридних вод.
Завдання для самостійної роботи (4 год.):


  1. Які основні ознаки напірних вод?

  2. Чим відрізняються ґрунтові та артезіанські води?

  3. Що відображає карта гідроізоп’єз?

  4. Які особливості артезіанського басейну?

  5. В чому проявляється гідродинамічна зональність артезіанських басейнів?


Література [1, 2]

Практична робота №3 (2 год.)

Тема

Визначення висоти капілярного підняття.

План

  1. Фізична суть процесу капілярного підняття.

  2. Визначення капілярного підняття в піщаних породах в лабораторних умовах.



Тема 5 Умови виходу підземних вод на поверхню землі. Класифікація джерел. (2 год.)

Лекція 7. Умови виходу підземних вод на поверхню землі. Класифікація джерел. – 2 години.

План лекції:



  • Умови виходу підземних вод на поверхню землі.

  • Класифікація джерел.

Природний вихід підземних вод на поверхню землі називається джерелом.

Закономірності виходу джерел на поверхню землі зумовлені геологічною будовою території, гідрогеологічними умовами, рельєфом, геоструктурними особливостями району тощо.

Наразі зведеної класифікації джерел, яка б відображала умови їх виходу, зв’язок з різними типами підземних вод, їх режим, склад води, практичне використання, не існує. Окремі класифікації та схеми побудовані або за характерними гірськими породами, з якими пов’язані джерела (А. Гейм), або за гідравлічними ознаками (Е. Принц, Р. Кампе, Ф.П. Савренський, О.К. Ланге та ін.), за характером гірських порід в сполученні з типами підземних вод (А.М. Овчинніков), за режимом джерел (М.Е. Альтовський), за дебітом (Н.А. Марінов, М.І. Толстіхін) та ін.

Як видно, більшість класифікацій ґрунтується на формальних ознаках. Так, за дуже поширеною схемою К. Кейльгака, джерела поділяються на дві групи за фізичними ознаками: висхідні та низхідні. Висхідні джерела утворюються в місцях виходу на денну поверхню напірних вод. Низхідні джерела – це виходи безнапірних (ґрунтових) вод. І ті і інші можуть бути приурочені як до пухких, так і до скельних тріщинуватих та закарстованих порід.

В залежності від виду підземних вод, що їх живлять та гірських порід, з яких вони витікають можуть бути виділені таки групи джерел: 1) джерела, що живляться верховодкою; 2) джерела ґрунтових порових вод; 3) джерела напірних вод; 4) джерела тріщинних вод; 5) джерела карстових вод. Окремо виділяють джерела, які утворюються в районах багаторічної мерзлоти та молодого вулканізму.

Ці джерела живляться водою, що надходить із зони аерації та ґрунтових водоносних горизонтів. В зоні аерації гравітаційна вода може накопичуватися на обмежених за площею лінзах водотривких порід, утворюючи так звану „верховодку“. Джерела, які живляться цією водою зустрічаються в ерозійних формах рельєфу, часто на схилах, де вода виходить на поверхню землі шляхом височування з гірських порід.

Ерозійні джерела (а) спостерігаються на всьому протязі долин річок, струмків, балок. Іноді підземні води виходять на поверхню у вигляді зосереджених струмків, іноді вони пробиваються крізь покривний делювіальний пласт у вигляді мочажин, які заболочують схил.

Контактні джерела (б) утворюються на контакті двох шарів різної водопроникності. Звичайною умовою утворення їх є наявність водонепроникної основи, на якій розміщується потік ґрунтових вод.

Переливні джерела (в) дещо нагадують висхідні. Вони утворюються в долинах, де на схилах є водонепроникні делювіальні утворення, або водотривке ложе має нерівну поверхню і це призводить до висхідних рухів води в горизонті.

Джерела напірних вод за характером виходу на поверхню землі є висхідні. Вода витікає під напором у вигляді фонтанчиків (грифонів) завдяки підвищеному внутришньопластовому тиску. Проявляються вони в долинах річок, ярах, озерних котловинах, в зонах тектонічних розломів, в зонах контактів інтрузій та дайок з осадовими гірськими породами, що знаходяться в областях напорів та розвантаження.

За приуроченістю до певних гідрогеологічних артезіанських структур виділяються два типи джерел: джерела артезіанських схилів та джерела артезіанських басейнів.

Джерела артезіанських схилів утворюються біля підніжжя гір при моноклінальному заляганні водовмісних товщ. Напори висхідних джерел цього типу, як правило, не бувають великими.

Джерела артезіанських басейнів поділяються на два підтипи: джерела місцевих (осередкових) структур і джерела лінійних структур.

Джерела місцевих структур (а) з`являються на ізольованих (локальних) ділянках, де напірні водоносні горизонти виходять на денну поверхню через літологічні „вікна” у верхньому водотривкому шарі, по тектонічних зонах розломів тощо.

Джерела лінійних структур (б) знаходяться, в основному, в областях сучасного розвантаження артезіанських басейнів, де напірні водоносні горизонти виходять на поверхню, але не окремими ділянками, а видовженими смугами. Джерела розташовуються вздовж цих ліній чи смуг.

Часто стік ґрунтових і напірних вод у річкових долинах та балках не проявляється виходами джерел. Вода підземним шляхом переливається в алювіальні відклади.


Література [1, 2, 3 ]
Завдання для самостійної роботи (4 год.):

  1. Які особливості джерел підземних вод у зонах у зонах багатолітньої мерзлоти?

  2. Чим відрізняються джерела ґрунтових вод від джерел артезіанських?



Література [1, 2]
Практична робота №4 (2 год.)

Тема

Визначення коефіцієнта фільтрації за даними гранулометричного складу

План

  1. Характеристика гранулометричного складу.

  2. Методи визначення гранулометричного складу.

  3. Аналітичне визначення коефіцієнта фільтрації за допомогою формули Хазена.


Тема 6. Види тріщинуватості гірських порід за походженням. Режим та хімічний склад тріщинних вод. (2 год.)

Лекція 8. Види тріщинуватості гірських порід за походженням. Режим та хімічний склад тріщинних вод. – 2 години.

План лекції:



  • Види тріщинуватості гірських порід за походженням.

  • Режим та хімічний склад тріщинних вод.


Тріщинними водами називаються підземні води, які вміщуюяться в тріщинах скельних порід та рухаються ними.

Тріщини, які обумовлені екзогенними процесами - вивітрюванням, з`являються в результаті температурного, хімічного та фізичного впливу на гірську породу.

Тріщини, які обумовлені ендогенними процесами, виникли внаслідок різних тектонічних рухів у земній корі.

Крім описаних зустрічаються і, так звані, літогенетичні тріщини, обумовлені процесами формування порід. Так, наприклад, в базальтах, що мають характерну стовпчасту структуру, нерідко спостерігаються численні вертикальні тріщини. Важливим є також те, що як базальти, так і деякі інші різності порід (пісковики, конгломерати тощо) характеризуються поряд з тріщинуватістю ще і пористістю.

Води в тріщинуватих породах рухаються лише по відкритих тріщинах, між якими монолітні породи практично водонепроникні, на відміну від пористих порід, де рух води відбувається по всьому об`єму порід.

У залежності від структурно-геологічних умов тріщинні води можуть бути ґрунтовими чи напірними. Ґрунтові тріщинні води з вільною рівневою поверхнею утворюються на ділянках, де тріщинуваті породи виходять на денну поверхню. Вони широко розвинені у верхній частині розрізу гідрогеологічних кристалічних масивів (рис. 16.1) і в бортових частинах басейнів пластових вод. Кристалічні породи тут знаходяться у сфері активного впливу екзогенних процесів (переважно вивітрювання).

За незначним винятком, тріщинні води в зонах екзогенної тріщинуватості – слабко обводнені. Дебіти свердловин складають, в основному, соті та десяті частки літра в секунду.

Напірні тріщинні води пов‘язані з зонами тектонічних розломів. Напір підземних вод обумовлений гідростатичним тиском води у тріщинах, які взаємно пересікаються і частина яких знаходиться в області живлення. Водотривкими породами можуть служити монолітні скельні породи (а), або слабкопроникні осадові (б).

Підземні води в тектонічних зонах розломів формують лінійно витягнуті та відносно неширокі потоки. Глибина розповсюдження обводнених тектонічних зон досягає декількох сот і навіть тисяч метрів (Криворізька зона).

Тектонічні зони обводнені значно більше, ніж зони ендогенної тріщинуватості. Дебіти свердловин тут досягають декількох десятків дм3/с, навіть - м3/с.

Джерела тріщинних вод бувають низхідні та висхідні. Перші пов‘язані з тріщинами зони вивітрювання магматичних, метаморфічних та осадових скельних порід. Від джерел ґрунтових порових вод вони відрізняються більш концентрованими зосередженими виходами.

Зональність підземних вод відносно до кристалічних масивів була встановлена Н.І. Толстіхіним. В залежності від рельєфу та умов циркуляції тріщинних вод він виділяє три зони: І – зона інтенсивної тріщинуватості в підвищеній частині масиву – зона аерації; тут відбувається посилена циркуляція підземних вод, головним чином, у вертикальному напрямку (інфільтрація); ІІ – зона цілковитого заповнення тріщин ґрунтовими водами і постійної циркуляції підземних вод, в основному, в напрямку річкових долин; ІІІ – зона зниженої тріщинуватості і уповільненої циркуляції тріщинних вод до крайових частин масиву.


Література [1, 2, 7]
Завдання для самостійної роботи (4 год.):

  1. В результаті яких процесів формується тріщинуватість скельних порід?

  2. Чим відрізняються тріщинні води від пластово-тріщинних?

  3. У чому особливості руху тріщинних вод?


Література [1, 2, 10]
Тема 7. Карст та його розвиток. Зональність карстових вод. (2 год.)

Лекція 9. Карст та його розвиток. Зональність карстових вод. – 2 години.

План лекції:



  • Карст та його розвиток.

  • Зональність карстових вод.

Термін „карст” походить від назви вапняків крейдового віку, які складають плато в північно-західній частині Динарських гір на межі Югославії та Італії, поблизу Адріатичного моря.



Карст – це явище, яке пов`язане із впливом діяльності рухомої води на розчинні породи з утворенням в них каверн та складних каналів.

Розвивається карст у породах, які вилуговуються та розчинюються: вапняках, доломітах, мармурах, гіпсах, ангідритах, соляних покладах. Найменше зазнають впливу вилуговування карбонатні породи. Але цей процес підсилюється, якщо у воді є агресивна вуглекислота. Значно більшою розчинністю характеризуються гіпси та ангідрити, а найбільшою - соляні поклади.

Форми прояву карсту дуже різноманітні. Це – карстові лійки, „кам`яні ліси”, карстові канали, колодязі, шахти, печери тощо. На окремих ділянках поверхні землі утворюються крупні карстові форми – рови, витягнуті в напрямку пониження рельєфу. Негативні форми карстового рельєфу, з'єднуючись, утворюють великі за площею пониження, які називаються карстовими полями.

У місцях поглинання поверхневого стоку в породах, що підвергаються карсту утворюються понори – розширені вхідні отвори вертикальних та нахилених каналів. При подальшому їх розширенні утворюються карстові лійки, діаметри яких іноді досягають 30…50 м при глибині до 10…25 м. Окремі карстові лійки поглинають до 200 м3/год води. У великих карстових порожнинах трапляються провали склепінь, це призводить до утворення на денній поверхні провальних лійок. На їх місці з часом з`являються болота та озера.

Підземні пустоти, розвиваючись, іноді перетворюються на печери – складні системи з великих порожнин і ходів значної протяжності.

Карстові пустоти бувають сухими, але в більшості випадків вони заповнені водою, яку прийнято називати карстовою.

Умови формування карстових вод обумовлені колекторськими властивостями закарстованих порід. Підземні води циркулюють по каналах, тріщинах і пустотах в гірських породах, що утворені і продовжують розширюватися внаслідок розчинної й агресивної дії води. У великих каналах і пустотах, де підземні води рухаються з великою швидкістю, у розширенні карстових пустот і каналів велику роль відіграє процес механічного руйнування порід водою.

води тут підлягає лінійному закону фільтрації.



Хімічний склад карстових вод різноманітний. Карстові води вапняків, доломитів, мармурів зони інтенсивного водообміну зазвичай прісні гідрокарбонатні кальцієві; у зоні утрудненого водообміну – мінералізовані сульфатні і хлоридні; у зоні дуже утрудненого водообміну – високомінералізовані солоні води і розсоли хлоридного складу.

Підземні води в закарстованих породах значно піддані забрудненню з поверхні землі. В районах розвитку карсту відомі випадки, коли через декілька годин після випадання атмосферних опадів відбувається помутніння води в джерелах та навіть різке збільшення бактеріального забруднення.


Література [1, 2, 7]
Завдання для самостійної роботи (4 год.):

  1. Що таке карст?

  2. Які форми карсту ви знаєте?

  3. В чому особливості руху карстових вод?

  4. Чим відрізняються карстові води від тріщинних?


Література [1, 2, 6]
Практична робота №5

Тема
Визначення напряму, швидкості фільтрації і дійсної швидкості руху підземних вод

План

  1. Побудова схеми для визначення напряму руху підземних вод

  2. Обчислення швидкості фільтрації між двома точками, розташованими за напрямом потоку, з використанням формули Дарсі.


Типове завдання модульної контрольної роботи №1

1. Яка класифікація підземних вод за умовами їх формування використовується в Україні?

2. Які види води зустрічаються у гірських породах? За яким принципом вони поділяються?

3. Що таке водоносні породи?

4. Завдяки чому напірні води піднімаються в свердловинах вище покрівлі горизонту?

Контрольні запитання до змістового модуля I



  1. Принципи гідрогеологічної стратифікації.

  2. Що таке водотривкі породи?

  3. Які гідрогеолого-стратиграфічні підрозділи виділяються в розрізі гірських порід?

  4. Наведіть класифікацію підземних вод за Каменським Г.М.

  5. Що таке водоносний комплекс?

  6. Охарактеризуйте зону аерації? Які види води у гірських породах тут розповсюджені?

  7. Які особливості ґрунтових вод долин річок та льодовикових відкладів?

  8. Що таке артезіанські води? Намалюйте схему.

  9. Генетичні типи підземних вод? Розкрийте суть їх походження та умов формування хімічного складу?

  10. Гідродинамічна та гідрохімічна зональність артезіанських басейнів.

  11. Які артезіанські структури ви знаєте? Охарактеризуйте субартезіанський басейн.

  12. Які артезіанські структури ви знаєте? Коротко їх охарактеризуйте.


Змістовий модуль 2. „Особливі типи підземних вод. Рух підземних вод”
Тема 8 Визначення мінеральних вод. Класифікація мінеральних вод. (2 год.)

Лекція 10. Визначення мінеральних вод. Класифікація мінеральних вод. – 2 години.

План лекції:



  • Визначення мінеральних вод.

  • Класифікація мінеральних вод.

Мінеральними (лікувальними) водами називаються підземні води, які проявляють благотворну фізіологічну дію на організм людини. Це обумовлюється особливостями фізичних властивостей та хімічного складу води: загальною мінералізацією, іонним складом, вмістом у воді газів, наявністю терапевтично активних мікрокомпонентів, вмістом радіоактивних елементів, органічних сполук, лужністю та кислотністю води, підвищеною температурою.

Мінеральні води можуть використовуватися як для внутрішнього, так і зовнішнього вживання.

Класифікуються мінеральні води за багатьма ознаками, до яких більшість бальнеологів та гідрогеологів відносять: 1) загальну мінералізацію, 2) іонний склад, 3) газовий склад та газонасиченість, 4) вміст у водах терапевтично активних мікроелементів та органічних сполук, 5) радіоактивність, 6) реакцію води (pH) і 7) температуру.

Реакція води, за показником pH, є також одним з важливих факторів, що визначає фізіологічну дію води на організм людини.

За значенням pH мінеральні води розділяють на: 1) сильнокислі з pH < 3,5; 2) кислі з pH від 3,5 до 5,5; 3) слабокислі з pH від 5,5 до 6,8; 4) нейтральні з pH від 6,8 до7,2; 5) слабколужні з pH від 7,2 до8,5; 6) лужні з pH > 8,5.

Найбільш поширеною класифікацією мінеральних вод за температурою в бальнеології є класифікація В.О. Олександрова, відповідно до якої мінеральні води поділяються на: 1) холодні з температурою < 200С; 2) теплі - 20 – 370С; 3) гарячі - 37 – 420С; 4) дуже гарячі – температура > 420С.

За газовим складом (О.М. Овчинніков, М.І. Толстіхін, В.В. Іванов та ін.) мінеральні води поділяються на: вуглекислі, сірководнево-вуглекислі, сірководневі (сульфатні), азотні, азотно-метанові, метанові.



Мікроелементи, що можуть міститися в мінеральних водах поділяються на чотири групи: 1) елементи з вираженою терапевтичною дією – Fe, Co, I, Br і B; 2) елементи з точно встановленим значенням в обмінних, головним чином в гормональних і ферментивних, процесах в організмі - Fe, Cu, Mo, Zn, можливо Mn, Ni, Ba, Cl; 3) елементи, токсичні для людини – As, Pb, Se, Hg, V, F; 4) елементи, виявлені в тканинах і рідинах організму, біологічна активність яких ще не встановлена – Ti, Zr, Ir, Cs, Ge і багато інших.

Вміст органічних речовин, що надають підземним водам лікувальних властивостей коливається від мг/дм3 до 400 мг/дм3. У підземних водах з органічних речовин найчастіше зустрічаються гумінові кислоти, бітуми, феноли, жирні кислоти, нафтенати тощо. Джерелами надходження органічних речовин у підземні води є атмосферні і поверхневі води, ґрунти, поклади нафти, вугілля, торфу, тощо.

За іонним складом розроблені класифікації мінеральних вод М.Г. Курлова, Р.О. Олександрова, С.О. Щукарева, М.І. Толстіхіна, О.А. Альохіна та ін. Такі класифікації дуже зручні бо дозволяють за іонним складом визначити умови формування води, за мінералізацією – про придатність її для питного лікування, або ванн.

В Україні наразі існує більше 300 родовищ мінеральних вод різних груп та типів. Найбільш поширеними і відомими є вуглекислі, сірководневі та радіоактивні мінеральні води.

Характеристика основних груп мінеральних показує, що їх розповсюдження визначається складним сполученням геологоструктурних, гідрогеологічних, геохімічних і геотермічних умов їх формування. Основним з них є літологічні особливості і колекторські властивості гірських порід, фаціальні умови і характерні риси геологічної історії району, наявність молодих магматичних процесів і характер неотектонічних рухів, геотермічний режим, наявність мікробіологічних процесів.
Література [1, 2, 9]
Завдання для самостійної роботи (4 год.):


  1. У чому різниця між мінералізованими та мінеральними водами?

  2. З якою мінералізацією використовуються мінеральні води як питні?

  3. З яким хімічним складом мінеральні води відносяться до типу “Боржомі”?

  4. Як формуються вуглекислі мінеральні води?

  5. При яких захворюваннях рекомендується використання радіоактивних мінеральних вод.


Література [1, 2, 9]
Практична робота №6 (2 год)

Тема

Побудова карти гідроізогіпс

План

  1. Визначення особливостей ґрунтових вод.

  2. Нанесення фактичного матеріалу на топооснову.

  3. Визначення абсолютних відміток поверхні ґрунтових вод для кожного водопункту.

  4. Визначення методом інтерполяції проміжних значень відміток поверхні грунтових вод між двома найближчими водопунктами та оформлення отриманої карти у вигляді ізоліній.

  5. Аналіз карти гідроізогіпс


Тема 9 Поняття про промислові води. Використання промислових вод. (2 год.)

Лекція11. Поняття про промислові води. Використання промислових вод. – 2 години.

План лекції:



  • Поняття про промислові води.

  • Використання промислових вод.

Промисловими називаються природні підземні води, які містять у розчині корисні хімічні компоненти або їх сполуки в кількостях, які забезпечують їх рентабельний видобуток та переробку. З промислових вод добувають йод, бром, кухонну та глауберову солі, соду тощо. Промисловий інтерес викликають води, які мають підвищену концентрацію бору, літію, рубідію, германію, урану, вольфраму та інших речовин. У багатьох державах світу промислові підземні води є основним джерелом отримання йоду. Понад 70% виробництва бору забезпечується за рахунок промислових вод.

Промислові води приурочені найчастіше до глибоких частин великих гідрогеологічних структур, переважно до зон уповільненого та дуже уповільненого водообміну.

Глибина залягання промислових вод змінюється в широких межах – від перших десятків метрів до 4 – 5 км і більше, найбільш поширені глибини їх залягання складають 1000…3000 м.

Особливості розподілу і нагромадження промислово цінних компонентів у підземних водах визначаються насамперед величиною їх мінералізації та хімічним складом.

За мінералізацією промислові води відносяться переважно до солоних вод та розсолів із концентрацією солей 250 г/дм3 ібільше.

За хімічним складом вони найчастіше хлоридні натрієві, хлоридні натрієво-кальцієві. Найбільш поширені в природі бромні та йодо-бромні води. Вміст йоду в них змінюється від слідів до 80 г/дм3 і більше, брому – від декількох мг до 10 г/дм3, калію – до 20 г/дм3 і більше.

З розчинених газів у промислових водах зустрічається метан, значно менше – вуглеводи, вуглекислота, сірководень тощо.

Проблема формування розсолів, що містять в собі корисні компоненти, досі не має однозначного вирішення. Найбільш поширеною є гіпотеза седиментаційного їх походження. За цією гіпотезою походження розсолів пов’язане з галогенезом і наступною метаморфізацією води стародавніх морських басейнів під впливом діагенетичних та епігенетичних процесів.

Наразі загальноприйнятої класифікації промислових вод немає, а оцінку підземних вод для промислових цілей прийнято визначати з урахуванням мінімально допустимих концентрацій елементів і відповідно давати назви водам – бромна, йодна, літієва тощо.

Найширше промислові води розвинуто в артезіанських структурах платформенного типу.

В основу існуючих класифікацій промислових вод покладені хімічні, генетичні ознаки та наявність корисних елементів і сполук. За М.І. Плотніковим промислові води, що містять в собі такі корисні компоненти, як I, Br, В, поділяються на типи за їх вмістом:

1) специфічні бромисті, основний компонент – бром; концентрація не менше 25 мг/дм3;

2) промислові бромні води, основний компонент – бром з концентрацією більше 250 мг/дм3;

3) специфічні йодисті води; йоду – більше 1 мг/дм3;

4) промислові йодисті води; йоду – більше 18 мг/дм3;

5) специфічні йодо-бромисті води; йоду – більше1 мг/дм3, брому – більше 25;

6) промислові йодо-бромисті води; йоду – більше 10 мг/дм3, брому більше – 200 мг/дм3;

7) специфічні борні води; бору – більше 10 мг/дм3;

8) промислові йодо-борні води; йоду – більше 10 мг/дм3, бору – більше 65 мг/дм3.

Під час вивчення промислових вод визначаються їх ємнісні, вікові, регіональні та експлуатаційні запаси.

Дебіти свердловин, які розкривають водоносні горизонти з промисловими водами, складають переважно 300…500 м3/доб (Азовсько-Кубанська водонапірна система). На деяких родовищах дебіт розвідувально-експлуатаційних свердловин досягає 1000…3000 м3/доб.

Практичне значення промислових вод дуже велике. Відомо, що виробництво йоду в усьому світі (за винятком Чилі, де йод видобувається з відходів виробництва селітри) організовано в основному (80…85%) за рахунок промислових вод. Найбільшими ресурсами йоду володіє Японія, яка і є головним виробником цього компоненту.

Більша частина брому, що споживається (90…95%) теж добувається з промислових вод. Провідним виробником бору є США, на долю яких приходиться більше половини його виробництва.

20…30% бору, що споживається людством добувається з гідротерм та підземних розсолів в Туреччині, США, Аргентині, Чилі, Перу та КНР.

Видобуток літію з гідромінеральної сировини становить близько 50% загального видобутку, видобуток кухонної солі – 54%, магнію – 25%, калійних солей – 5…10%, хлориду кальцію – 20…25%, соди – 5…10%.
Література [1, 2, 3]
Завдання для самостійної роботи (2 год.):


  1. За якими ознаками виділяють промислові води?

  2. В яких геологічних структурах зустрічаються родовища промислових вод?

  3. Практичне використання промислових вод, його перспективи.


Література [1, 2, 3]
Тема 10 Поняття про термальні води. Практичне використання термальних вод. (2 год.)

Лекція12. Поняття про термальні води. Практичне використання термальних вод. – 2 години.

План лекції:



  1. Поняття про термальні води.

  2. Гейзери.

  3. Практичне використання термальних вод.

Термальні води - це теплі та гарячі підземні води, які виходять на поверхню землі у вигляді джерел або видобуваються свердловинами. Взагалі, до термальних вод відносять такі води, температура яких перевищує температуру тіла людини (370С).

Природні води з температурою від 37 до 420С вважаються гарячими (термальними), від 42 до 1000С – дуже гарячими (висотермальними), а з температурою вище 1000С – перегрітими. Іноді виділяють теплі (субтермальні) води з температурою від 20 до 370С.

Виходячи з практичного використання, природні води за температурою поділяються на: 1) такі, що використовуються для водопостачання (до 200С); 2) придатні для бальнеологічних цілей та йодо-бромного виробництва (20…500С); 3) придатні для обігріву теплиць, парників, для теплофікації сільськогосподарських об`єктів (ферми, склади тощо) і бальнеологічних цілей (50…750С); 4) придатні для теплофікації міст, курортів, великих сільськогосподарських об`єктів (75…1000С); 5) такі, що рекомендується використовувати, головним чином, для енергетичних цілей (більше 1000С).

Термальні води утворюються у внутрішній геотермальній зоні земної кори, де температура підвищується з глибиною. Підземні води, які циркулюють у цій зоні, набувають температуру гірських порід. Тобто, термальні води можна зустріти в будь-якій точці Земної кулі, якщо пробурити свердловину до глибин, де гірські породи мають підвищену температуру.

Практичне значення мають тільки такі термальні води, які або виходять на поверхню, або залягають на невеликій глибині.

У межах України термальні води поширені в Криму, у Карпатах та в межах Волино-Подільського, Причорноморського і Дніпровсько-Донецького артезіанських басейнів.



Фумароли - це вулканічні еманації у вигляді парогазових струменів або спокійного виділення з тріщин і каналів у жерлах, на зовнішніх стінках вулканів чи на поверхні остиглих лавових потоків. Фумароли складаються з водяної пари (до 99% об`єму) та хлористо-сірчисто-вуглекислого газу. Дуже рідко зустрічаються зовсім сухі фумароли.

Гейзери - це гарячі джерела, з яких періодично викидається вода і пара. Назву свою вони отримали від району Гейзер в Ісландії, де вони вперше були вивчені.

За сучасними уявленнями гейзерний процес обґрунтовується змішуванням двох потоків з різним теплоутримуванням (ендогенного пара і інфільтраційної води). Виверження гейзера представляється як вибух, що відбувається в результаті швидкого виділення енергії перегріву води. Так, за Т.І.Устиновою, для нормальної дії гейзерів необхідні дві умови: можливість виходу на поверхню перегрітої підземної води та наявність води з більш низькою температурою, яка проникає в канал із боків і припиняє на деякий час кипіння перегрітої води. Т.І.Устинова виділяє 4 стадії гейзерного процесу:

а) наповнення – коли після виверження верхня частина каналу та басейн стає осушеним, а з гірських порід у канал просочується холодна вода і змішується з гарячою, яка надходить з глибини; б) виливання – коли після заповнення каналу та басейну доверху вода починає виливатися через краї з поступовим наростанням витрати; в) виверження – коли в нижній частині каналу гаряча вода знаходиться під тиском стовпа води і тому не кипить навіть при температурі, яка перевищує 1000С; у міру накопичення теплової енергії з перегрітої води виділяються бульбашки пари, які виштовхують частину води з каналу; це призводить до зниження протитиску зверху і вода миттєво закипає, переходячи в пару, і виривається на поверхню у вигляді води та пари з колосальною силою; г) паровиділення – коли вода, яка знаходиться в каналі, викинута, а з глибини піднімається перегріта вода, яка кипить з виділенням пари на поверхню.

Найбільш поширені групи гейзерів на Камчатці, в Ісландії, США, Японії, Новій Зеландії. Гейзери відомі також у Чілі, Гватемалі, Коста-Ріці, Японії, на острові Ява тощо.

Вода більшості гейзерів слабомінералізована, із сухим залишком у середньому 1…2 г/дм3. Тип води частіше хлоридний натрієвий. Зустрічаються гейзери з більш високою мінералізацією.

Основним джерелом живлення гейзерів є атмосферні опади. Другорядне значення мають змінені води морського генезису і незначна частина їх може бути пов`язана з виділенням із магматичних розплавів.

Зараз термальні води використовуються для бальнеологічних цілей, теплофікації селищ та міст, промислових та сільськогосподарських об`єктів, для енергетичних цілей.

Література [1, 2]
Завдання для самостійної роботи (2 год.):


  1. Що таке геотермічний градієнт та геотермічна ступінь?

  2. У межах яких тектонічних структур пошуки термальних вод вважаються безперспективними?

  3. Якими можуть бути хімічний склад та мінералізація термальних вод?


Література [1, 2, 7]
Практична робота №7 (2 год)

Тема

Побудова карти гідроізоп‘єз.

План

  1. Особливості артезіанських вод.

  2. Нанесення фактичного матеріалу на топооснову.

  3. Визначення абсолютних відміток напору артезіанських вод для кожного водопункту.

  4. Визначення методом інтерполяції проміжних значень відміток напору артезіанських вод між двома найближчими водопунктами та оформлення отриманої карти у вигляді ізоліній.

  5. Аналіз карти гідроізоп‘єз.

Тема 11 Підземні води районів багаторічної мерзлоти. (6 годин на самостійне опрацювання)
  1   2


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка