Презентация на тему 1.ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И СОДЕРЖАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИИ

геосфер -- гидросферу, определяет всю химию земной коры в

доступной нашему непосредственному изуче­нию ее области. Химические реакции идут главным образом в водных растворах, жидких или парообразных, и свойства растворов обусловливают в главной мере генезис вадозных и фреатических минералов. Они же определяют среду жизни."
В.И.Вернадский

процессах, которые происходят в земной коре:
магматических,
метаморфических

гидротермальных,
гипергенных
седиментационных
образовании минералов или их разрушении в результате взаимодействия сложных природных растворов с горными породами

академик А.П. Карпинский

для питья и хозяйственных целей городов и сельских поселений
для сельскохозяйственного водоснабжения
(животноводческих и птицеводческих комплексов, полива с/х полей)
для технического водоснабжения промышленных объектов
для обеспечения систем ППД на нефтепромыслах
для лечения и теплоснабжения
для извлечения полезных компонентов из подземных вод и др.

в общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения составляет более 70%; в

Болгарии, Италии, Португалии, Словакии, ФРГ и Чехии - от 50 до 70%.
На подземных водах основано водоснабжение крупных городов Европы: Буда­пешт, Вена, Гамбург, Копенгаген, Мюнхен, Рим и др.
Дания, Мальта, Саудовская Аравия, Кувейт- страны, где подземные воды являются единственным источником водо­снабжения.

удовлетворяется потребность в воде питьевого качества таких крупных городов,

как:
Красноярск, Новокузнецк,Томск, Чита, Вильнюс, Алма-Ата, Баку, Ереван, Киев, Минск, Тбилиси, Ташкент, Харьков, Ашхабад.
В Тюменской области, ХМАО и ЯНАО подземные воды используются с 60-70 –х годов 20 века:
Тюмень, Тобольск, Хвнты-Мансийск, Сургут, Нефтеюганск, Когалым, Радужный, Ноябрьск, Уренгой, Надым, Салехард, поселки и нефтяные и газовые промыслы, другие объекты.

340 км3 в год. По данным Л.С. Язвина, в

2001 г. использовалось 7,8 км3 в год или 21,4 млн. м3 в сутки.
Государственным Центром “Геомониторинг” в России на 1.01.2007 г. учтены прогнозные ресурсы подземных вод в количестве 869,1 млн куб.м/сут (317,2 куб.км/год). По результатам оценки обеспеченности населения ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения, которая выполнена в 1994-2000 гг. организациями Министерства природных ресурсов России, общая величина прогнозных ресурсов составляет около 1100 млн куб.м/сут (350 куб.км/год).

хлор,
бром,
йод

в меньших объемах добывают: германий, рубидий, стронций,

кальций, цезий,

на отдельных месторождени- ях:
медь, цинк, уран, радий, вольфрам, мышьяк, серу и др.

тепловую энергию подземных вод в электрическую.
Суммарная мощность в

настоящее время достигла 10 тыс.МВт, для этого добывается 36 тыс. кг/с горячего пара.
В России ГеоТЭС построены на Камчатке. Паужетская ГеоТЭС эксплуатируется с 1966 г., и ее мощность равна 5 МВт. Мощность Мутновской ГеоТЭС мощностью 62 МВт.

в комплексе с исследованием горных пород, структур земной коры,

их строением и развитием, геологических процессов в коре и мантии.

Неразрывная связь с геологией, геохимией, минералогией, физикой , химией и другими науками

едина и неделима(реки, озера, болота, моря, океаны) взаимосвязаны.


Необходимо изучать

водообмен атмосферных, поверхностных и подземных вод, что определяет тесную связь гидрогеологии с метеорологией, гидрологией, океанологией.

и газообразном состоянии. Их количество и формы движения изучаются

геофизическими и лабораторными исследованиями, широко используются расчетные методы и моделирование.



Связь гидрогеологии с математическими методами обработки информации, гидравликой, термодинамикой

и органические , комплексные соединения, газы, микроорганизмы.

Изучение химической

природы подземных вод, условий и закономерностей формирования требует знаний физической и коллоидной, органической химии и биохимии, микробиологии.

связана роль гидрогеологии как прикладной науки, связанной с решением

конкретных задач.

Для решения этих задач на современном этапе требуются фундаментальные теоретические разработки с целью рационального использования ПВ, разработкой долгосрочных прогнозов, задач управления подземной гидросферой.
Остаются актуальными проблемы гидрогеологии по изучению процессов формирования подземных вод, их количества и качества

полезных ископаемых
Мелиоративная гидрогеология
Инженерная гидрогеология
Экологическая гидрогеология
Мониторинг ПВ

все природные воды Земли.
Одним из главных свойств гидросферы

является ее постоянное проникновение в другие земные оболочки.
Выделяют:
надземную гидросферу, пронизывающую всю атмосферу,
наземную, объединяющую совокупность поверхностных вод Земли, и
подземную, располагающуюся ниже поверхности Земли, дна водоемов и водотоков.

земной коре, биосфере, на поверхности) позволяют раздвинуть границы гидросферы

до высот в 16-18 км (вода в виде молекул) и в глубину на сотни километров (вода в виде ионов, атомов Н и О).
Основными внутренними процессами гидросферы являются круговороты и водообмен, происходящие на различных уровнях и в разных масштабах.

объем гидросферы Земли составляет около 2,500 млрд. км3/. По

расчетам А. Полдерварта и В.Ф. Дергпольца в земной коре до 35 км на континентах и 4,7 км под океанами - 1,1 млрд. км3.

процессами плавления и необратимой дегазации вещества мантии, с так

называемым «зонным плавлением». По А.П.Виноградову в мантии содержится примерно 20 · 108 т. воды, причем 7,5 – 24% этого количества мигрировало в земную кору и Мировой океан, т.е. участвовало в создании гидросферы.
Вода, образующаяся из летучих компонентов магмы, называется ювенильной. Основная масса ювенильной воды образовалась в архее (90% по П.Н.Кропоткину). По другим данным (Руби, Мияки) процессы дегазации протекают с одинаковой скоростью до настоящего времени, объем образовавшейся воды - 0,5 км3/год.

с астероидами (до 100 тыс. км3 по В.Ф. Дерпгольцу,

т.е. менее 0,005% от современного объема гидросферы)
Синтез молекул воды из атомов Н и О в верхних слоях атмосферы (230-250 км). Однако, по данным Е.В.Пиннекера (1980) одновременно идет диссипация атомов водорода в космическое пространство.
Т.о., мантия – практически единственный источник воды на Земле

– протерозоя, когда установилось динамическое равновесие между водой и

газами. В это же время образовался гранитный слой, обособились геосинклинали и платформы, возникли континентальные моря. Все это положило начало атмосфере и регулярному круговороту воды.
По А.П. Виноградову летучие вещества стали источником ионов солевой массы океанической воды, а все главные катионы образовались при разрушении горных пород.
На раннем этапе в гидросфере почти не было кислорода, а были CO2, NH3, NH4, H2S, НСl и др.

произошла смена восстановительных условий в атмосфере и на поверхности

Земли на окислительные, причем источником О2, явились фотохимические реакции с Н2О и СО2 в верхних слоях атмосферы.

и ультрафиолетовой радиацией образовались сложные органические соединения из CH4,

NH3, H2, H2S, CO2, H2O и др., и на их базе на определенной глубине в океане (под экраном слоя воды) развивались простейшие организмы.
Восстановление Н2О в процессе жизнедеятельности организмов привело к освобождению свободного кислорода, что явилось началом формирования современной атмосферы и озонового экрана, и жизнь смогла развиваться на суше.

НСО3 – СОˉ3 равновесие, которое обеспечило стабильность состава вод

океана.
С появлением жизни на Земле изменились процессы выветривания в сторону усиления под влиянием СО2.
В результате фотосинтеза кислород в атмосфере в настоящее время возобновляется за 2 – 3 тыс. лет, а углекислота за 350 – 500 лет (без учета современного парникового эффекта)
Вся вода Мирового океана проходит через фотосинтезирующие растения за несколько миллионов лет.

океана существуют неоднозначные мнения. Одни считают, что он сформировался

в раннем палеозое. Другие являются сторонниками значительных изменений состава даже за последние 0,5 -0,6 млрд. лет.
Например, Ю.П. Казанский установил 5 гидрогеологических типов океанических вод в процессе эволюции гидросферы от архея до кайнозоя, а современный сульфатно-хлоридный натриево-кальциевый состав появился в перми.
Наряду с водообменом между мировым океаном и подземной гидросферой происходил и происходит солеобмен.
Состав Мирового океана отражает условия предыдущих эпох, за счет огромных водных масс, слабо реагирующих на воздействие извне.
Не меняется изотопное отношение Н2/Н1 и О18/О16 за 300 – 500 млн. лет. Это постоянство используется в качестве стандарта среднеокеанической воды).

± 0,1 частей на миллион
3H / 1 Н = 1,85 ± 0,36

× 10 -11 частей на миллион
18O / 16 O = 2005,20 ± 0,43 частей на миллион
17 O / 16 O = 379,9 ± 1,6 частей на миллион

факторами появления пресной воды на Земле являются:
возникновение жизни на

Земле,
образование современной атмосферы,
расчленение земной коры на платформы и геосинклинали,
Все это привело к возникновению большого гидрологического круговорота воды (2,5 – 3,0 млрд. лет),
к формированию пресных подземных вод, образовавшихся из атмосферных осадков.

В ПРИРОДЕ

Большой (внешний)
При большом круговороте часть водяных паров, образовавшихся

в результате испарения воды океанов и морей, переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, некоторое количество из которых вновь стекает в моря и океаны в виде поверхностного и подземного стоков
Малый
В процессе малого круговорота часть испарившейся с поверхности океанов и морей влаги выпадает здесь же в виде осадков.
Внутренний круговорот обеспечивается водой, которая испаряется в пределах материков — с водной поверхности рек и озер, с суши и растительности и там же выпадает в виде осадков. Эти осадки снова расходуются на сток и испарение, причем часть испарившейся влаги вновь выпадает на материке

М.И. Львовичу)

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 в различных термодинамических зонах.
Выделяют основные этапы геологического круговорота: седиментационный,
метаморфический,
магматический и
инфильтрационный

важнейшая составляющая геологической формы движения материи. Выделяют 3 разновидности

геологической формы движения воды:
Метеогенная
Литогенная
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 из метаморфиризующихся пород в условиях высокой газонасыщенности. Здесь формируются долгоживущие гидротермальные системы, содержащие жидкую воду, паро-водяную смесь и горячий пар.

высоты 10-11 км в умеренных широтах и до 17

км – у экватора. Температура с высотой падает. Выше располагается стратосфера. Температура в ней с высотой почти не меняется или незначительно повышается. Верхняя граница стратосферы составляет 80-90 км.

соответствии с изменением:
температуры,
химического состава,
физического состояния и
степени

ионизации молекул и атомов воздуха.
Озоновый слой находится на высоте 10–15 км, а его верхняя граница - около 50 км. Максимум концентрации молекул озона соответствует высоте около 25 км, однако, даже здесь имеется не более 5–10 молекул озона на миллион молекул воздуха.

120км
КМ

собой смесь газов, состоящую преимущественно из азота и кислорода.

По объему N2=78%, О2=21%. Кроме того, в небольшом количестве присутствуют аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%), водород, инертные газы, а также водяной пар, следы аммиака, йода, перекиси водорода и др.

которая измеряется высотой уравновешенного ею ртутного столба. Количество пара,

который в данный момент находится в воздухе – абсолютная влажность (е).
Отношение абсолютной влажности к упругости паров (Е), необходимой для насыщения того же пространства при той же t0 – относительная влажность (е1)
е1=е/Е или (в %) е1= е/Е*100
Упругость паров увеличивается с ростом t0 воздуха
Абсолютная влажность увеличивается от полюса к экватору. Абсолютная и относительная влажности изменяются в обратных отношениях: первая достигает max в теплое время, вторая - в холодное.

в парообразное – испарение.
Факторами, влияющими на испарение являются:

температура на поверхности земли;
атмосферное давление;
дефицит влажности воздуха;
скорость ветра над поверхностью испарения;
размеры и формы водных поверхностей испарения, их географическое положение, характер рельефа местности

в ед. времени с какой-либо поверхности, прямо пропорционально величине

дефицита влажности d=Е-е и величине испаряющей поверхности S и обратно пропорционально величине атмосферного давления Р
Q=K*((E-e)/P)*S,
где К- коэффициент пропорциональности

h=0,0018(25+t)2(100-z), где z-относительная влажность воздуха, %
h=О(осадки) – С(сток),мм
Испаряемость –максимально

возможная величина при неограниченных запасах влаги (с поверхности океана)
Транспирация – физиологическое испарение, связанное с питанием и ростом тканей растений.

формулам и номограммам

в твердое состояние – сублимация. Эти процессы происходят как

в атмосфере, так и на земной поверхности.
Осадки, выделяющиеся непосредственно на земной поверхности – низкие гидрометы.
Осадки, возникающие в атмосфере и выпадающие из облаков – высокие гидрометы.

Поверхностные воды питают подземные, и наоборот, подземные воды разгружаются

в реки, озера, моря и океаны.
Взаимосвязь поверхностных и подземных вод играет очень важную роль в гидрологических процессах и процессах тепломассопереноса на земном шаре. Эта связь заключается в обмене поверхностных и подземных вод водой, теплом, растворенными в воде веществами, их круговоротом.
Движение воды по поверхности Земли- поверхностный сток.
Движение воды в порах и пустотах горных пород – подземный сток.

через поперечное сечение потока (S) в единицу времени (Q,

м3/с)
Q = V *S
Объем стока - это объем воды, прошедшей через данное поперечное сечение речного (подземного) потока за какой-либо интервал времени (W, м3/год )
W=Q * T
слой стока - это количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади водосбора и выраженного в миллиметрах (h (Y), мм)

(в литрах), стекающее в секунду с квадратного километра площади

бассейна (водосбора). Модуль стока воды обозначают через М, л/(с*км2)

Коэффициент стока- отношение величины слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора атмосферных осадков: Кст (η) = y/x
Модульный коэффициент (Ki) – отношение стока за какой-либо период (Mi) к его норме (Mo):
Ki = Qi/Q0 = Mi/M0 = Wi/W0 = yi/y0

половодье
в-летняя межень с дождевыми паводками (в, г)

а) ГВ не имеют связи с рекой;
б) ГВ

гидравлически связаны с рекой;
в) схема а)+б); г)грунтовое и артезианское питание реки

связи с рекой;



б) ГВ гидравлически связаны с рекой;

водоносных горизонта



г)грунтовое и артезианское питание реки

вычисления объема годового стока определяется масштаб одного квадратного сантиметра

(м3), площадь гидрографа (см2) умножается на масштаб:
Wобщ.= М1см2 *S общ., м3/год.
2. Модуль стока определяют делением объема стока (л/с) на площадь водосборного бассейна реки (км2):
Мобщ.= Wобщ./31,54*103* Fв.б., л/с*км2.
3. Слой стока определяется делением объема стока (м3) на площадь водосборного бассейна (м2), полученное значение переводим в миллиметры:
h общ.= 103 *Wобщ./Fв.б.,мм.

определяются объемы, модули и слой поверхностного и подземного стока.
5.

Коэффициент подземного питания реки равен отношению величины подземного стока к общему речному:
К п.п.р.= (h подз./ h общ.) *100%.
6.Коэффициент подземного стока в процентах от осадков:
К подз.= (h подз./ h а.о..) *100%.
7. Модульный коэффициент в процентах от нормы стока:
К= Мi /М0, где Мi – значение модуля стока (объема стока, расхода, слоя стока) за текущий год, М0 – среднемноголетнее значение той же величины (модуля стока, объема стока, расхода, слоя стока).
Вычисленные значения модуля стока, слоя стока, объема годового стока и расхода характеризуют естественные ресурсы поверхностных и подземных вод.

поверхностный и подземный сток.
Соотношение прихода и расхода воды с

учетом изменения ее запасов для любого участка, речного бассейна, участка подземной гидросферы называют водным балансом, его уравнение:

Z0 +(-)ΔW =0
Элементы балансовых уравнений (участка, бассейна) за любой

отрезок времени учитывают взаимодействия атмосферы, земной поверхности суши, поверхностной и подземной гидросферы.

ГГУ в долине реки
Провести ОФР для оценки параметров водоносных

горизонтов и разделяющих пластов
Наблюдения за режимом ПВ для выяснения условий взаимосвязи с рекой
Провести гидрологические наблюдения
Провести метеонаблюдения

породах, ее фазовое состояние, ее движение определяются:
Строением и историей

развития
Термодинамическим режимом
Составом и свойствами горных пород
Рельефом и гидрографией
Климатическими условиями

FeO, AlO2,
CaO и др.
Fe +Ni +FeO
FeS (троилит)
Fe+Ni
пиролит

основные породы
Мощность – 5-10(15) км

состоит на 95 % из магматических и метаморфических пород

и на 5 % - из осадочных
Средние концентрации химических элементов в земной коре называют кларками по имени ученого Кларка, опубликовавшего в 1889 г. результаты 40-летних исследований.

в порах, трещинах и пустотах;
физически и химически связанная

вода.
Фазовые состояния: твердое (лед), жидкое, газообразное (пар)

горизонтах земной коры при температурах около 400 град. С

и давлении более 218 атм.

Вода превращается в субстрат с плотностью примерно 1 г/см3, а скоростью движения молекул, как у газа.

Ученые из Германии и Новой Зеландии обнаружили самую горячую подземную воду на планете. Температура так называемой сверхкритической жидкости в гидротермальных источниках на дне Атлантического океана составляет 407 градусов по Цельсию (ж. Geology)
При увеличении давления и температуры вода переходит из жидкого состояния в газообразное. Однако, при достижении определенных критических значений обоих параметров вода приобретет новые свойства, не характерные ни для газов, ни для жидкостей. Так, вещество в этом состоянии является более плотным, чем газ (и для него не соблюдаются газовые законы), но менее плотным, чем жидкость (и обладает иными свойствами).

экватора температура воды из источника составила 407 градусов по

Цельсию. В короткие моменты после выброса (около 20 секунд) жидкость сохраняла температуру до 464 градусов по Цельсию.
Компьютерное моделирование показало, что перед тем, как выйти из-под поверхности, вода в этих источниках проходит по трещинам в морском дне, которые уходят достаточно глубоко и прогреваются от магмы. Именно в трещинах нагретая до 407 градусов вода, находясь под давлением в 300 бар (296 атмосфер), переходит в сверхкритическое состояние.

Вода в таком состоянии вымывает металлы и другие элементы из горных пород гораздо лучше, чем в жидком. Вместе с водой из-под поверхности в океан вымываются золото, медь, железо, сера, марганец и некоторые другие.
Из-за сульфидов (солей серы), оседающих вокруг источников, вода и камни окрашиваются в черный цвет. Поэтому такие гидротермальные источники получили название «черных курильщиков».
Ученым удалось обнаружить самую горячую воду в «черных курильщиках» Две Лодки (Two Boats) и Сестринский Пик (Sisters Peak).

это элементарное геологическое пространство, заполненное водой. Оно является двуединым,

то есть первичным (пора) и вторичным (трещина) (рис.3.1).
В соответствии с этой двуединостью выделяются основные структурные типы подземных вод – поровые и трещинные.
Небольшие массивы рыхлых водопроницаемых пород заполнены поровыми водами, которые в масштабах гидрогеологического резервуара переходят в пластовые.
Трещиноватость по своему происхождению делится на региональную (1) трещиноватость (трещины выветривания, диагенетические, остывания, усыхания и др.) и локальную (2) трещиноватость, исключительно тектонической природы.
Первая развивается на больших площадях, но не достигает больших глубин (в среднем в пределах 30-50 м). Вторая, наоборот, образует линейно-вытянутые зоны, уходящие на большие глубины (1 км и более).
С региональной трещиноватостью связаны трещинные подземные воды, а с локальной – жильные (напоминающие по своей морфологии линейно-вытянутые жилы, но заполненные водой)