Виды воды в горных породах

Вода, заполняющая различные пустоты в горных породах (каверны, трещины, поры), по классификации Л.Ф. Лебедева, идеи которого получили дальнейшее развитие в трудах В.Д. Ломтадзе, Е.М. Сергеева и др., подразделяются на следующие виды: вода в форме пара; физически связанная вода: а) прочносвязанная (гигроскопичная), б) слабосвязанная (пленочная); свободная вода: а) капиллярная вода, б) гравитационная вода; вода в твердом состоянии; кристаллизационная вода.

1. Вода в форме пара (парообразная) вместе с воздухом заполняет пустоты в горных породах, свободные от жидкой воды. При понижении температуры или повышении давления водяные пары конденсируются на стенках пустот и переходят в жидкую фазу.

2а. Прочносвязанная (гигроскопическая) вода образуется непосредственно на поверхности частиц горных пород в результате процессов адсорбции молекул воды из паров и прочно удерживается под влиянием электрокинетических и молекулярных сил (рис. 16.1, а).

2б. Слабосвязанная (пленочная) вода образуется с увеличением количества воды, создающей как бы вторую сплошную пленку поверх гигроскопической. Пленочная вода способна передвигаться от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей толщиной (рис. 16.1, б). Движение воды происходит до тех пор, пока толщина пленок не сравняется.

3а. Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, тончайшие трещины, в которых удерживается силами поверхностного натяжения (рис. 16.1, в). Капиллярная вода может передвигаться по капиллярным каналам в любом направлении, в том числе и снизу вверх. Продвигается она обычно тем дальше, чем тоньше диаметр пор или трещин, по которым она двигается.

3б. Гравитационная вода находится в капельно-жидком состоянии и передвигается под действием гравитационных сил. Сила тяжести обусловливает наличие у гравитационной воды уровня или зеркала (рис. 16.1, г).

4. Вода в твердом состоянии находится в горных породах в виде отдельных кристаллов или в виде линз и отдельных прослоек льда. Обычно образуется при сезонном промерзании в водонасыщенных горных породах, но особенно широко развита в областях распространения многолетнемерзлых горных пород в виде различных типов льдов (погребенных, жильных, повторно-жильных и др.).

5. Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решетки минералов, например гипс CaSO4*2Н2О, мирабиллит — Na2SO4*10H2O. Она может быть удалена при нагревании до такой температуры, когда происходит разрушение кристаллической решетки минерала.

Водопроницаемость горных пород. В формировании подземных вод большое значение имеет водопроницаемость горных пород, степень которой различна. По степени водопроницаемости все горные породы подразделяются на три группы:

1. Водопроницаемые, через которые вода фильтруется наиболее свободно, — галечники, гравий, пески, трещиноватые породы.

2. Слабопроницаемые — супеси, легкие суглинки, неразложившийся торф и др.

3. Водонепроницаемые, или водоупорные, — глины, аргиллиты, сланцы, нетрещиноватые, сцементированные, осадочные, магматические и метаморфические породы.

От пористости горной породы зависит ее влагоемкость, т. е. способность вмещать и удерживать в своих пустотах то или иное количество воды. Различают влагоемкость полную и максимальную молекулярную. Под полной влагоемкостью обычно понимают количество воды, заполняющей все пустоты горной породы и включающей все виды содержащихся в породе вод. Максимальная молекулярная влагоемкость — это количество воды, удерживаемое в горной породе силами молекулярного сцепления после удаления гравитационной воды. Разность между полной и максимальной влагоемкостью называется водоотдачей породы. Водоотдача 1 м3 горной породы называется удельной водоотдачей.