какие горные породы являются водоупорными
Какие горные породы являются водоупорными?
С водоупорностью земных пород я столкнулся, когда бурил колодец на даче. Он хоть и был не сильно глубоким, но мне не повезло с участком: под моей территорией как раз залегал довольно большой пласт глины. Но мне удалось добуриться до подземного источника, а глиняные края скважины стали отличным изоляционным материалом.
Водоупорные горные породы
Под этими горными породами понимают те, которые образуют пласт над подземными водами и при естественном напоре не пропускают их на поверхность. Не надо думать, что такая порода монолитна — она может содержать и трещинки, но их количество настолько мало, что силы природного напора воды не хватает для выхода ее наружу. Гидрогеология выделяет по проницаемости три группы таких пород:
Не в каждом отдельном случае пористость породы означает свободное проникновение воды. К примеру, в глинах объем пор от общей массы может достигать 50-60%, но они практически не пропускают воду. Это связано с тем, что их каналы очень тонкие, и когда вода пытается пройти через них, то испытывает большое сопротивление, вызываемое натяжением земной поверхности. А пески имеют более рыхлый состав, их пористость обычно составляет 30-35%, и они легче пропускают воду. Таким образом, водоупорность породы не зависит от количества пор в ней, а зависит от формы и размера зерен, из которых она состоит.
Водоупорность в бурении
Свойства водопроницаемости пород необходимо учитывать при промышленном бурении. В случае произведения неверных расчетов, бурение в местах, где водоупорный слой тонок, может вызвать появление плывунов или неконтролируемый прорыв воды.
Для того же нефтяного бурения это означает смешивание воды с нефтью-сырцом, что потребует дополнительных усилий по очистке. Стоит также помнить, что при воздействии на водоупорные породы высоких температур их водоотталкивающие свойства снижаются.
Бурение скважин под воду
Основные сведения из геологии
Минералами называются все элементы и их химические соединения, встречающиеся в земной коре в форме тел, отличающихся однородностью состава, строения и свойств. Минералы можно определять по цвету, блеску, твердости, излому, запаху и т.д. Для бурения большое значение имеет твердость.
Минералы в земной коре, за редкими исключениями, не встречаются отдельно. Обычно они собраны в группы или агрегаты, называемые горными породами.
Горные породы по происхождению разделяются на изверженные, осадочные и метаморфические.
Бурение на воду производят преимущественно в осадочных и метаморфических породах и значительно реже в изверженных.
Осадочные породы по происхождению разделяются на обломочные, образовавшиеся из обломков других пород, химические, образовавшиеся в результате выпадения осадков из воды или из других растворов (эти породы бывают кремнистые, карбонатные и железистые), и органогенные, образовавшиеся из скопления остатков животных и растений (к ним относятся известняки, доломиты, угли и т.п.).
Валуны, галечник, щебень и другие крупные окатанные и угловатые обломки горных пород образовались в результате разрушения разнообразных изверженных и метаморфических пород и последующей обработки их ледниками и морскими водами.
Пески представляют собой продукт дальнейшего разрушения более крупных обломочных пород. Наибольшее распространение имеют кварцевые пески. По примесям других разрушенных минералов выделяют пески слюдистые, магнетитовые, железистые и др.
Глины могут образовываться в результате сноса мельчайшего ила, который реки несут в виде мути и который затем отлагается в спокойной воде. Различают, кроме того, глины, образовавшиеся в результате действия ледника, а также представляющие собой конечный продукт разрушения гранита в процессе выветривания (каолины и огнеупорные глины Украинского кристаллического массива). Химический состав глин разнообразен. Кроме каолина (кремниевых соединений глинозема), в состав глин входят мельчайшая кварцевая мука, железистые соединения, известь, доломит, иногда гипс и другие вещества.
При оборудовании водоприемной части скважины необходимо знать размер частиц породы, в которой намечается установить фильтр, и количественное соотношение этих частиц между собой.
Классификация горных пород по буримости
Все горные породы независимо от их происхождения обладают определенной сопротивляемостью разрушению буровым инструментом. Эта сопротивляемость, называемая степенью буримости, зависит от многих факторов, например, от твердости минеральных частиц, слагающих породу, их крупности, хрупкости, от прочности цементирующего вещества, влагоемкости породы, вязкости и монолитности ее и т.д., иными словами, от состава, строения, состояния и свойств породы, а также от вида и способа бурения.
Основные сведения из гидрогеологии
Водопроницаемые и водоупорные горные породы, водоносные горизонты
Водопроницаемы и обычно также водоносны горные породы, хорошо пропускающие (фильтрующие) воду: крупнозернистые пески, гравий, галечники, щебень, валуны, сильнотрещиноватые скальные породы и т.п., т.е. породы, в которых имеется достаточное количество крупных пустот ля проникновения и передвижения воды.
Водоупорными горными породами являются плотные тяжелые глины, плотные суглинки, а также различные изверженные и метаморфические породы, если они не трещиноваты.
В верхних частях земной коры преобладают подземные воды в песках и других рыхлых породах.
Водоносным горизонтом называется пласт водопроницаемой породы, заполненный (насыщенный) водой, и способный отдавать ее.
Площади распространения водоносных горизонтов и водоносных пород обычно совпадают.
Площади питания совпадают с местами выхода на дневную поверхность пород, слагающих водоносный горизонт, а также с участками, где эти породы не перекрыты водоупорными толщами значительной мощности.
Водопроницаемость рыхлых (обломочных) пород зависит от их гранулометрического состава и, в частности, от содержания мелких пылеватых и глинистых частиц. Для определения содержания в водоносной породе частиц различного размера необходим анализ ее гранулометрического состава. В соответствии с полученными данными подбирают размер частиц песчано-гравийной засыпки, определяют шаг намотки проволоки, выбирают номер сетки для фильтра и т.п.
Виды подземных вод
По условиям залегания и питания водоносных горизонтов различают следующие подземные воды: верховодки, грунтовые воды со свободной поверхностью, безнапорные межпластовые, артезианские (напорные).
Кроме того, по условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.
Водоносные горизонты всегда залегают на водоупорных или весьма слабопроницаемых для воды горных породах.
Подошвой водоносного горизонта называются горные породы, подстилающие водоносный горизонт, и, в частности, их верхняя поверхность. Обычно она бывает водоупорной.
Верховодкой называют подземные воды, которые находятся на незначительной глубине (2-3 м) над водоупорными прослоями имеющими небольшое распространение на площади. В местах, где водоупорные прослои кончаются, верховодка также исчезает, стекая в нижележащий, более мощный водоносный горизонт. Запасы верховодки незначительны и непостоянны и зависят от количества выпадающих осадков. В засушливые периоды и зимой верховодка обычно исчезает. Для водоснабжения верховодку не используют, она легко загрязняется с поверхности земли. Поэтому при бурении скважин для водоснабжения верховодку необходимо тщательно изолировать обсадными трубами, чтобы избежать загрязнения расположенного ниже водоносного горизонта.
Горизонты грунтовых вод со свободной поверхностью залегают на ближайшем от поверхности земли водоупорном слое. Содержащие их водоносные слои сложены рыхлыми зернистыми или скальными трещиноватыми породами. Подземные воды этого типа могут питаться за счет инфильтрации (просачивания) в глубину по всей площади распространения водоносного горизонта. Они могут легко загрязняться стоком из выгребных ям, животноводческих ферм и т.п. Поэтому при использовании таких грунтовых вод для водоснабжения необходимо обеспечить надежную санитарную проверку и охрану участка водозабора.
Уровень грунтовых вод устанавливается в скважине на той глубине, на которой они были вскрыты. Если среди водоносного слоя имеются водоупорные слои в виде линз, то после проходки их в скважине может наблюдаться местный, обычно небольшой напор.
Подземные воды, циркулирующие в водоносных породах и расположенные между двумя водоупорными слоями, бывают безнапорными или же обладают определенным напором. В последнем случае они называются артезианскими.
Грунтовые безнапорные межпластовые воды соединяются с поверхностью земли водопроницаемыми слоями лишь на отдельных участках своего распространения; на всей остальной площади они хорошо защищены от загрязнения с поверхности верхним водоупорным слоем. При вскрытии вод уровень их в скважинах устанавливается либо очень незначительно выше водоупорной кровли водоносного слоя, либо на границе верхнего водоупора и водоносного слоя.
Подземные воды всех перечисленных видов могут циркулировать в пустотах рыхлых зернистых или в трещинах скальных пород. В последнем случае подземные воды, относящиеся к любому из перечисленных видов, получают дополнительное название трещинных.
Движение подземных вод
Движение воды в водоносном горизонте, или так называемая фильтрация, происходит по порам и мелким трещинам горных пород. Отдельные струи движутся равномерно, без разрыва сплошного потока, с небольшими скоростями параллельно одна другой.
Такое движение подземной воды преобладает в природных условиях и называется ламинарным. Закон ламинарного движения формулируется следующим образом. Расход (или количество) воды, фильтрующейся через определенную площадь (поперечное сечение) горной породы, пропорционален этой площади, напору и обратно пропорционален длине пути фильтрации на данном участке потока.
Отклонения от закона ламинарного движения происходят при действительной скорости движения подземной воды свыше 1000 м/сутки, что наблюдается лишь в карстовых районах и в породах, имеющих большие трещины. Движение воды переходит в вихреобразное или турбулентное, при котором струи воды уже не движутся параллельно.
Скважины, вскрывающие пласты, содержащие подземные воды, имеют много преимуществ перед другими водозаборными сооружениями, и в связи с этим бурение их носит массовый характер.
Для добычи воды бурят одиночные скважины или группы скважин. Поэтому все водозаборы подземных вод делятся на групповые и одиночные.
Групповые подземные водозаборы состоят из нескольких одновременно работающих скважин, расположенных на таком расстоянии, при котором они взаимодействуют или могут взаимодействовать в определенных условиях режима эксплуатации.
Одиночные скважины на воду бурят, как правило, без предварительной разведки. Следовательно, это своеобразная и ответственная работа, так как разведка и исследование в этом случае должны сочетаться с созданием эксплуатационного инженерного сооружения.
Разведочно-эксплуатационной называется скважина, конструкция которой, включая водоприемную часть, рассчитана на оборудование водоприемником проектной производительности. При положительных результатах опробования эти скважины передают в постоянную эксплуатацию.
Разведочной называется скважина облегченной конструкции и сравнительно небольшого диаметра, оборудованная временным фильтром и предназначенная для вскрытия и предварительного опробования водоносного горизонта. Разведочные скважины обычно бурят с таким расчетом, чтобы при необходимости можно было извлечь обсадные трубы и фильтр.
Эксплуатационной может считаться скважина только после передачи ее в эксплуатацию. Это название не должно присваиваться скважине при проектировании, так как даже в районах с хорошо изученными, но не разведанными детально на данном конкретном участке геолого-гидрогеологическими условиями всегда встречаются значительные отклонения от проекта. Поэтому одиночные скважины на воду, которые бурят без предварительной разведки точки заложения, должны быть всегда разведочно-эксплуатационными. В проектную конструкцию почти каждой скважины приходится вносить изменения в процессе ее бурения, опробования и оборудования. В этом заключается принципиальное отличие назначения и задач разведочно-эксплуатационного бурения на воду от эксплуатационного бурения, например, нефтяных скважин.
Эксплуатационные скважины на нефть бурят на детально разведанных месторождениях, четко оконтуренных и опробованных. При этом соблюдается строгое соответствие проекту, иногда даже типовому для данного месторождения. Недооценка, а иногда непонимание различия между эксплуатационным бурением на нефть и эксплуатационным бурением на воду нередко приводят к формальному механическому следованию запроектированной конструкции скважины без учета вскрываемого разреза и к изоляции нужного водоносного горизонта. В результате скважина оказывается дефектной. Во избежание этого при так называемом эксплуатационном бурении на воду необходимо вести инициативную разведку и опробование вскрываемых водоносных горизонтов, особенно в малоизученных районах.
Оценка качества воды для целей водоснабжения
Требования к химическому и бактериальному составу воды
Согласно ГОСТ 2761-57, источник (подземные воды) может быть использован для хозяйственно-питьевого водоснабжения, если качество воды соответствует следующим требованиям.
Содержание сухого остатка, не более, мг/л
Содержание сульфатов, не более, мг/л
Содержание хлоридов, не более, мг/л
Общая жесткость, не более, мг-экв/л
Среднее количество кишечных палочек в 1л воды, не более:
Для источников, намечаемых к использованию только
с хлорированием воды
Для источников, намечаемых к использованию с полной очисткой
и с хлорированием воды
Запах и привкус при температуре 20 С не более, баллы
Суммарное содержание железа в воде подземных источников не должно превышать 1мг/л.
Согласно ГОСТ 2874-54, качество воды, подаваемой потребителям, должно постоянно удовлетворять следующим требованиям.
Запах и привкус при температуре 20 С не более, баллы
Цветность по шкале не более, град
Прозрачность по шрифту не менее, см
Общая жесткость не более, мг-экв/л
Содержание не более, мг/л:
Общее число бактерий в 1 мл не более
Количество кишечных палочек в 1л воды не более
Титр кишечной палочки не менее
Кроме того, качество воды водопроводов, имеющих устройство для ее обработки, должно соответствовать следующим требованиям.
Мутность по мутномеру при осветлении воды не более, мг/л
Содержание железа суммарное при обезжелезивании воды, мг/л
Активная реакция (pH) при осветлении или умягчении воды
Для всесторонней характеристики химического состава воды ее подвергают сокращенным и полным анализам, перечень необходимых определений для которых предусмотрен «Инструкцией по применению классификации эксплуатационных запасов подземных вод».
 |
Геологический разрез и конструкция скважины «на песок»
 |
Геологический разрез и конструкция скважины «на известняк» (артезианская скважина)
 |
Предоставлено группой компаний Траст-Билдинг
Водоупорные породы
Смотреть что такое «Водоупорные породы» в других словарях:
Водоупорные горные породы — (a. water resisting rock; н. wasserbestandige Gesteine; ф. roches impermeables, roches hydrofuges; и. rocas impermeables) горные породы, не пропускающие или почти не пропускающие свободную воду при естеств. напорных градиентах. B. г. п.… … Геологическая энциклопедия
Водоупорные горные породы — водонепроницаемые горные породы, горные породы, практически не пропускающие воду (глины, лишённые трещин магматические породы, мёрзлые породы) … Большая советская энциклопедия
Водонасыщенные горные породы — (a. water saturated rock; н. wassergesattigte Gesteine; ф. roches saturees en eau, roches hydraulicitees; и. rocas saturadas en agua) горн. породы, в к рых все поры и пустоты полностью заполнены (насыщены) свободной и связанной водой.… … Геологическая энциклопедия
ВОДООБИЛЬНОСТЬ ПОРОДЫ — (водоносного горизонта, водоносного комплекса) количество воды, которое можно получить из водообильных п. при помощи эксплуатационных скважин в единицу времени. В СССР по водообильности различают п. сильноводообильные (возможный эксплуатационный… … Геологическая энциклопедия
водотривкі породи — водоупорные породы, водонепроницаемые породы water resisting rocks; impermeable rocks *wasserundurchlässige Gesteine; wasserbeständige Gesteine породи, що практично не пропускають через себе воду з поверхні або прилеглих водоносних порід при… … Гірничий енциклопедичний словник
водонепроникні породи — водоупорные породы, водонепроницаемые породы water resisting rocks; impermeable rocks *wasserundurchlässige Gesteine; wasserbeständige Gesteine породи, що практично не пропускають через себе воду з поверхні або прилеглих водоносних порід при… … Гірничий енциклопедичний словник
Гидрогеология Курортного района Санкт-Петербурга — представлена на примере 3х участков: 1. Дюны и Сестрорецкий Разлив 2. На границе муниципальных образований г.Сестрорецк и п. Солнечное 3. На границе Курортного и Приморского районов в п. Горская Александровская 4. Между посёлками Белоостров … Википедия
Выщелачивание подземное — (a. underground leaching; н. Untertage Auslaugung; ф. ljxiviation en place; и. lixiviacion subterranea) способ разработки рудных м ний избират. переводом полезного компонента в жидкую фазу в недрах c последующей переработкой… … Геологическая энциклопедия
основание — 3.7 основание: Элемент конструкции, обеспечивающий установку и фиксацию качалки на поверхности детской игровой площадки. Источник: ГОСТ Р 52299 2004: Оборудование детских игровых площадок. Бе … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
МИНЕРАЛОГИЯ — (от лат. minera кусок руды, горный штуф и греческого logos учение. слово), наука о минералах, об их хим. составе, физ. свойствах, условиях образования в природе, изменениях и превращениях в связи с изменением этих условий. Минералы твердые,… … Большая медицинская энциклопедия