УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ И ВИДЫ БАССЕЙНОВ АРТЕЗИАНСКИХ ВОД

УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ И ВИДЫ БАССЕЙНОВ
АРТЕЗИАНСКИХ ВОД
А р т е з и а н с к и м и ( и л и н а п о р н ы м и ) называют подземные воды, находящихся в водоносных горизонтах (комплексах)-, перекрытых и подстилаемых водоупорными или относительно водоупорными пластами, и обладающие напором, который обусловливает подъем уровня воды над кровлей при
вскрытии воды скважинами или другого вида выработками. При благоприятных геоструктурных и гидрогеологических условиях скважины дают фонтанирующую воду.
Артезианские воды получили свое название от провинции Артуа в Южной
Франции (древнее латинское название — Артезия), где в XII в. (1126 г.) впервые
в Европе был пройден колодец, вскрывший самоизливающуюся воду. Такие колодцы получили название артезианских.
В Древней Руси широко применялось бурение скважин для добычи рассолов. Так, в духовной великого князя Ивана Калиты (1338 г.) упоминается о
«соляных колодезях» Соль-Галицка. Другие исторические записи указывают, что
«водяные колодези», дающие пресную воду, существовали начиная с XVI в.
Артезианские воды широко распространены в пределах синеклиз впадин,
мульд, краевых и предгорных прогибов моноклинальных структур, а также в
межгорных впадинах, синклинальных прогибах, грабенах и в зонах тектонических разломов. Они обычно вскрываются в породах дочетвертичного возраста.
Характерными особенностями артезианских вод являются следующие:
1) они залегают обычно глубже горизонта грунтовых вод, подстилаются и
перекрываются водоупорными (или относительно водоупорными) пластами;
2) область питания и создания напора артезианских вод и область их распространения не совпадают и часто удалены один от другого набольшие расстояния;
3) при вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной вода в последней поднимается выше кровли горизонта, т. е. появление воды в скважине
всегда отмечается глубже по сравнению с установившимся уровнем
4) режим артезианских вод является более стабильным по сравнению с
грунтовыми водами; на их режим физико-географические факторы оказывают меньшее влияние, чем на грунтовые воды; пьезометрический уровень
мало подвержен месячным и сезонным колебаниям; температура вод с глубиной, как правило, возрастает;
5) артезианские водоносные горизонты обладают упругим режимом, который своеобразно проявляется при их эксплуатации;
6) по сравнению с грунтовыми артезианские воды менее подвержены загрязнению с поверхности в связи с тем, что они перекрываются относительно
водоупорными породами.
По условиям залегания подземных артезианских
вод выделяются: артезианские бассейны, артезианские склоны и субартезианские бассейны.
Артезианские бассейны
Под а р т е з и а н с к и м б а с с е й н о м понимают совокупность артезианских водоносных горизонтов или комплексов, залегающих в синклинальных
структурах.
В каждом артезианском бассейне принято выделять три области: 1) область
современного питания (современной инфильтрации) и создания напора, 2) область разгрузки и 3) область распространения напора (рис. ).
Обла ст ь с о в р е м е н н о г о п и т а н и я и с о з д а н и я напора
— площади выхода на дневную поверхность водоносных пород, слагающих артезианский бассейн и его основание, располагающихся на наивысших гипсометрических отметках. На таких участках атмосферные осадки и воды поверхностного стока проникают в водоносные породы.
рис. 1. Схема строения артезианского бассейна:
а — область питания и создания напора; б — область распространения напора; в — область разгрузки. 1 — водоносные породы; 2 — водоупорные породы; з — пьезометрический
уровень Н1, и Н2 — пьезометрические напоры в I и II сечениях'; т — мощность артезианского
водоносного горизонта. Стрелками в пласте показано направление движения артезианских вод.
Рис. 2. Схема расположения основной и местной областей питания в артезианском бассейне:
I — основная область питания и создания напора; II — местная область питания; III —
область разгрузки. 1 — артезианский водоносный горизонт; 2 — водоупорные породы;
3 — трещиноватые метаморфические и магматические породы складчатых сооружений;
4 — пьезометрический уровень; 5 — уровень грунтовых вод; 6 — восходящий источник;
7 — нисходящий источник; 8 — направление движения подземных вод
Питание некоторых водоносных горизонтов в природе широко осуществляется также путем перетока вод одного горизонта в другой смежный. В зависимости от соотношения напоров переток может происходить как из верхнего в
нижний, так и из нижнего в верхний горизонты.
Артезианские воды могут быть гидравлически связаны с грунтовыми водами
на участках, где размыты кроющие водонепроницаемые пласты, или же в результате их фациального изменения, т. е. перехода в проницаемые разности пород. В зависимости от соотношения уровней подземных вод на таких участках
будет иметь место или расход, или пополнение запасов артезианских вод. Если
пьезометрическая поверхность артезианских вод располагается на более
Участок размыва
Рис. 3. Схема гидравлической связи грунтовых вод с артезианскими:
I — положение уровня подземных вод участком размыва при пита1-нии грунтовых вод
артезианскими; II — то же, но при перетоке грунтовых вод в артезианские. 1 — водоносные
породы, 2 — водоупорные породы
высоких абсолютных отметках по сравнению с отметками зеркала грунтовых
вод, напорные воды будут питать грунтовые, при обратном соотношении отметок горизонтов подземных вод грунтовые воды расходуются на питание артезианских.
О б л а с т ь р а з г р у з ки — участки выхода водоносных горизонтов и комплексов на поверхность на более низких абсолютных отметках по сравнению с
областью питания. Область разгрузки представляет собой, как правило, совокупность открытых (восходящие источники) и скрытых очагов (разгрузка в рыхлые четвертичные отложения, русла рек, на дне морей).
Выделяют естественные и искусственные, среди естественных выделяются
открытые и скрытые.
К открытым (естественным) очагам относятся: эрозионные, локализованные
очаги разгрузки в долинах рек, в бессточных впадинах в пустынных районах;
барьерные (при наличии препятствий на пути движения артезианских вод);
структурно-тектонические (зоны тектонических разломов, антиклинальные
структуры в горно-складчатых областях и др.)
Рис. 4. Открытые естественные очаги разгрузки артезианских вод:
А — эрозионные очаги разгрузки напорных подземных вод: а — в долине реки выше горизонта воды, б — в эрозионно-тектонических понижениях типа соров в условиях засушливогоклимата; Б — барьерные онаги разгрузки: в — непроницаемые магматические, метаморфи
ческие и еоленосные отложения на пути движения артезианских вод, г — складки водоупорных пород на пути движения напорных подъемных вод; В — структурно-тектонические
очаги разгрузки артезианских вод: 9 — сводорая часть складки водопроницаемых пород; е —■
сброс с экранированным водоносным горизонтом; 1 — водоносные породы; 2 — водоупорные
породы; з — относительно водоупорные породы; 4 — магматические породы; в — пьезометрические уровни; 6 — направление движения артезианских вод; 7 — восходящие источники
Скрытые очаги разгрузки подразделяются на внешние и внутренние. Примером скрытых внешних очагов стока могут служить субфлювиальные (очаги в
русле рек и под аллювиальными отложениями), субмаринные (источники на дне
моря) и др.
К скрытым внешним очагам разгрузки А. М. Овчинников относит также рассредоточенную разгрузку подземных вод через водоупорные толщи при наличии больших напорных градиентов. Большое значение имеют также перетоки
вод из одною артезианского бассейна в другой, смежный.
В районах распространения многолетнемерзлых пород разгрузка артезианских вод осуществляется через сквозные талики. Очаги разгрузки проявляются
в зимнее время в виде наледей и гидролакколитов.
Необходимо отметить, что для многих артезианских бассейнов открытые
очаги разгрузки напорных вод имеют весьма ограниченное распространение;
большее значение имеют скрытые очаги разгрузки через которые вода незаметно
перетекает из одного водоносного горизонта или комплекса в другой.
Искусственными очагами разгрузки являются крупные водозаборы подземных вод (группа скважин, из которых проводится отбор воды для водоснабжения или других целей) и одиночные-водозаборные сооружения (обычно
скважины), при длительной эксплуатации которых в некоторых водоносных
горизонтах создаются понижения статических уровней па 80—120 м.
Уровень напорных вод называют п ь е з о м е т р и ч е с к и м . Пьезометрический уровень всегда располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до пьезометрического
уровня называется н а п о р о м над кровлей водоносного горизонта.
Рис. 5. Типы артезианских бассейнов:
а — прямой рельеф; б — обращенный рельеф. 1 — водоносные породы; г
— водоупорные породы; з — пьезометрический уровень. I — верхний артезианский водоносный горизонт; II — нижний артезианский водоносный горизонт
Обычно на площади артезианских бассейнов, как уже было указано, развито
несколько горизонтов и комплексов, заключающих напорные воды. При так
называемом п р я м о м рельефе и синклинальном залегании пластов нижние
водоносные горизонты будут обладать большим напором и располагаться на более высоких отметках и поэтому чаще давать, воду самоизливом.
В зависимости от гипсометрического положения областей питания и разгрузки, а также их местонахождения в пределах артезианского бассейна условия подземного стока могут быть самыми разнообразными. В частности, в природных условиях отмечаются (А. М. Овчинников, С. А. Шагоянц, П. П. Климентов и др.) артезианские бассейны с замедленным водообменом.
В таких бассейнах области питания имеют примерно одинаковое высотное
положение, а видимые области разгрузки отсутствуют.
Рие. 6. Артезианский бассейн с замедленным водообменом (по Л. С Шагоянну):
А — пределы распространения слабоводоносного ьомплеьса порот, а — области питания
(и частично стока), б—область напора и затрудненной разгрузки через кровлю слабопроницаемых пород. 1 — водоносный горизонт, г — слабопрояицаемые породы, з — водоупорные
породы; 4 — пьезометрический уровень; .5 — уровень грунтовых вод, 6 — граница между
пресными и минерализованными водами
Движение подземных вод в подобных бассейнах и их разгрузка осуществляются через слабопроницаемые или водоупорные (при значительной разности напоров) породы кровли по всей площади их распространения.