Происхождение подземных вод

По происхождению подземные воды вообще, и в частности воды Кавказа, можно подразделить на инфильтрационные и седиментационные.

Инфильтрационные воды образуются при просачивании, проникновении атмосферных осадков и поверхностных вод в пористые и трещиноватые горные породы. Инфильтрационное происхождение имеют грунтовые воды, а также часть артезианских вод.

Седиментационные воды - это воды, сформировавшиеся в процессе осадкообразования. Осадки, отлагающиеся в водной среде, насыщаются водой бассейна, в котором происходит осадконакопление.

Таким образом, начало седиментационным водам дают воды бассейна, где идет накопление осадков (седиментация). Молодые, еще свежие осадки содержат воду в количестве от 40 до 90% объема рыхлой массы, что позволяет судить о тех больших количествах воды, которые захороняются в процессе осадкообразования. Эти воды в дальнейшем, в течение длительной геологической: истории, изменяются по химическому составу, обогащаются йодом, бромом и другими элементами. Седиментационные воды приурочены к глубоко погруженным напорным горизонтам хорошо закрытых геологических структур.

Круговорот воды в природе. Вода, встречающаяся повсеместно на нашей планете, имеет громадное значение в различных геологических процессах. Она играет огромную роль в процессах органической жизни.

В виде водяного пара, облаков, снега вода содержится в атмосфере, образующей воздушный океан нашей планеты. Она является составной частью водной оболочки Земного шара - гидросферы. Гидросфера включает в себя как поверхностную водную оболочку - реки, озера, моря, океаны, так и подземную - воды, насыщающие литосферу (земную кору, верхнюю мантию). При давлениях, существующих в земной коре, вода может находиться в жидком состоянии при температурах, превышающих 100°С, причем на больших глубинах - при температурах выше критической температуры химически чистой воды (364,3°С). Глубже 15 км вода в земной коре - содержится уже в виде пара. Воды атмосферы и гидросферы тесно связаны между собой. Воды морей, рек, озер, испаряясь, попадают в атмосферу, откуда вновь возвращаются на поверхность земли в виде снега, дождя и т. п. Часть выпавших осадков остается на поверхности земли, другая часть испаряется в атмосферу, а третья - просачивается в земную кору. Этот сложный процесс называется круговоротом воды в природе. Круговорот воды включает несколько основных стадий: испарение воды, перенос водяных паров воздушными потоками, образование облаков и выпадение осадков, поверхностный и подземный стоки, подземное испарение и т. п.

Зональность подземных вод. Обычно по подвижности и химическому составу подземных вод на различных глубинах выделяют три зоны.

В верхней зоне - зоне свободного, или активного, водообмена - развиты инфильтрационные, очень часто пресные воды. Формирование их химического состава происходит преимущественно за счет выщелачивания горных пород.

В средней зоне - в зоне затрудненного водообмена - распространены воды инфильтрационные, или воды, образовавшиеся в результате смешения инфильтрационных и седиментационных вод. Химический состав их формируется в результате растворения (выщелачивания) горных пород, жизнедеятельности бактерий, процесса концентрирования вследствие повышенных температур.

В нижней зоне - зоне весьма замедленного водообмена - происходит движение вод, ощутимое лишь в геологические промежутки времени. Здесь обычно распространены высокоминерализованные седиментационные воды. Минерализация их достигает нескольких сот граммов на литр.

Грунтовые воды Кавказа. В распределении по площади Кавказа грунтовых вод, образующих первые от дневной поверхности водоносные горизонты, установлена зональность, которая в основном соответствует климатическим условиям.

В горной области Большого Кавказа, где выпадает значительное количество осадков (более 1000 мм), в условиях сильно пересеченной местности и крутых склонов осуществляется активный водообмен, способствующий образованию преимущественно слабо минерализованных грунтовых вод.

В Западном и Центральном Предкавказье в условиях умеренного климата (осадков выпадает 500-700 мм в год) формируются грунтовые воды пестрого химического состава с минерализацией до 2 г/л.

Засушливый климат (осадков около 200 мм в год) весьма слабая циркуляция вод обусловливают распространение на севере Восточного Предкавказья высокоминерализованных соленых и горько-соленых грунтовых вод.

Горизонты грунтовых вод на Кавказе известны в образованиях как четвертичного, так и дочетвертичного возраста. Широко развиты водоносные горизонты в современных аллювиальных отложениях - галечниках, песках, супесчаных образованиях, слагающих русла, поймы и первые надпойменные террасы многих речных долин. Воды аллювиальных отложений вследствие неглубокого их залегания и хорошего качества широко используются для питьевых и хозяйственных целей. В Армении среди грунтовых вод большое значение имеют трещинные воды молодых вулканических лав, образующие мощные подземные потоки.

Напорные водоносные горизонты Кавказа распространены как в четвертичных, так и в дочетвертичных - неогеновых, палеогеновых, мезозойских и домезозойских образованиях. Основная область питания водоносных горизонтов приурочена к районам их раскрытого залегания и расположена в пределах Большого Кавказа. Источниками питания являются атмосферные осадки, талые воды ледников и снежного покрова.

В горной области в различных горизонтах вплоть до докембрия отмечается зональность напорных вод. Она выражается в увеличении по направлению падения горизонтов минерализации вод - пресные воды сменяются минерализованными и далее высокоминерализованными. Нередко воды, проникающие на глубину по тектоническим трещинам, встречают на своем пути восходящие струи углекислого газа и, изливаясь в пониженных местах рельефа, образуют многочисленные минеральные источники (нарзаны). В полосе развития карбонатных, преимущественно мезозойских (меловых, юрских) образований, встречаются проявления карста и карстовых источников.

От основной области питания - Большого Кавказа - воды весьма замедленно движутся во всех направлениях. Основными областями разгрузки являются Черное, Азовское, Каспийское моря, оз. Маныч.

Скорость движения подземных вод снижается в направлении от наиболее молодых пород, слагающих верхние этажи артезианских бассейнов, к наиболее древние образованиям, залегающим в недрах на больших глубинах от дневной поверхности.

Во всех направлениях от областей питания водоносных горизонтов минерализация вод закономерно увеличивается с глубиной, и на большей части Предкавказья в мезозойских и палеогеновых отложениях распространены высокоминерализованные воды. Эта водоносная толща надежно отделена мощными, преимущественно глинистыми породами майкопской серии от водоносной толщи неогеновых и четвертичных образований.

Напорные воды неогеновых отложений Восточного Предкавказья наряду с региональными имеют дополнительные области частичной разгрузки в пределах Передовых (Терского и Сунженского) хребтов, в предгорьях Дагестана. Наличие этих дополнительных областей разгрузки обусловливает несколько иные закономерности в распределении подземных вод. Известно, что чем выше проницаемость пласта, тем медленнее изменяются в нем минерализация и химический состав воды. К мощным хорошо проницаемым песчаникам, в частности среднемиоценовых отложений, приурочены слабо минерализованные и даже пресные воды. В литологически неоднородных песчаниках, обладающих плохой проницаемостью, где движение подземных вод проявляется слабо, встречаются воды повышенной минерализации. Поэтому чередование песчаных пластов различной проницаемости создает скачкообразную картину изменения минерализации вод по разрезу.

В недрах Азербайджана, в частности на территории Апшеронского полуострова и Нижнекуринской впадины, в распределении вод по разрезу четко проявляется гидрохимическая аномалия. В верхней части так называемой продуктивной толщи (средний плиоцен) распространены воды высокой минерализации, в нижней - воды меньшей минерализации.

В области южного склона Большого Кавказа на территории Грузии наряду с пресными водами широкоразвиты углекислые воды разного химического состава. В области Рионо-Куринской низменности (Грузинская глыба) встречаются напорные горизонты с азотными, метановыми и сероводородными водами с различными; химическими составами, от слабо минерализованных до рассолов.

Напорные воды в Армянской ССР сосредоточены в отдельных горизонтах осадочных и туфогенно-осадочных пород между водоупорными толщами. Основные водоносные горизонты в разрезе кайнозойских образований приурочены к плиоцен-четвертичным озерно-аллювиальным отложениям. Они отличаются неглубоким залеганием, находятся в зоне активного водообмена, поэтому преимущественно пресные и холодные. Воды нижележащих горизонтов часто характеризуются высокой минерализацией, обусловленной процессами выщелачивания соленосных пород.

Подземные воды напорных горизонтов Кавказа уже давно нашли широкое и разнообразное применение.

Пресные подземные воды используются для водоснабжения городов, промышленных объектов, для орошения земли, минеральные воды - в бальнеологических целях. На Кавказе на базе минеральных вод функционируют крупнейшие курорты - Кавказские Минеральные воды, Сочи - Мацеста, Боржоми, Цхалтубо, Джава, Джермук, Арзни, Дилижан, Истису, Талги, Серноводск, Кармадон, Тамиск, Горячий Ключ и др.

Подземные высокоминерализованные воды, содержащие в повышенных количествах химические элементы и соединения, извлечение которых может быть экономически рентабельным, представляют значительный интерес как источник сырья для химической промышленности. На Кавказе распространены воды, из которых получают йод, бром, бор. В последнее время на территории Предкавказья установлены подземные воды, содержащие редкие и редкоземельные элементы, такие как цезий, рубидий, стронций, германий, вольфрам и др. Эти элементы извлекаются из промышленных подземных вод в США, Японии, Италии и других странах.