Гидрогеологические наблюдения

Подземные воды — основной источник питьевой воды, ценный источник водоснабжения. Геологическая деятельность подземных вод заключается главным образом в растворении, выщелачивании некоторых горных пород, участии в гидрохимических реакциях с окружающими минеральными образованиями. В результате в подземных водах содержится более 60 химических элементов: ионы, образующие истинные растворы, коллоидные вещества, из которых легко образуются гели; газы, органические соединения, твердые взвеси, животные и растительные организмы. Общая минерализация воды оценивается по сухому, или плотному остатку (в г/л или мг/л), получаемому после выпаривания и высушивания солей при температуре 110°С. Подземные воды по степени минерализации делятся на пресные (с сухим остатком до 1 г/л), солоноватые (1—10 г/л), соленые (10—50 г/л), рассолы (более 50 г/л). Вода, имеющая минерализацию более 2—3 г/л, уже не пригодна для питья Подземные воды в районе работ изучаются в естественных (родники, источники и т. д.) и искусственных (колодцы, шурфы, рудники, буровые скважины и т. д.) выходах. Эти водопункты осматриваются и описываются по следующему плану: устанавливаются точное его нахождение (или группы источников), положение на местности (склон, долина, водораздел и пр.), относительная высота над меженным уровнем реки, речки, озера; выясняется приуроченность водопункта к стратиграфическому горизонту, определяется, с каким водоносным горизонтом он связан—с верховодкой, с грунтовыми и межпластовыми напорными (артезианскими) водами, затем даются краткая характеристика водоносного горизонта, условия его залегания, пород, характер слоистости, трещиноватость и состав водоупорного слоя. Описываются характер выхода источника (одна струя или несколько, спокойное истечение или в форме грифона), размеры и форма головки источника или родника. Указываются каптаж водопункта (сруб, желоб, лоток и пр.), его форма, размеры, материал. Если источник вытекает из трешины, определяют ее происхождение, размеры, падение, простирание, дастся схематическая зарисовка водопункта. При описании колодца (шурфа, скважины) важно сделать промеры глубины от поверхности земли до дна, уровень воды в метрах от поверхности земли, назначение водопункта.

Отбор пробы производится в бутылки, вымытые дистиллированной водой. На куске фанеры, привязанной к бутылке, указывается номер источника, пробы, время взятия, подпись. Затыкается бутылка чистой пробкой, которая заливается сверху сургучом. В малых источниках дебит определяется с помощью мерной посуды, в малых водотоках — водосливов и мерной посуды, в больших — изометрической; вертушки или поплавков, в искусственных водопунктах — откачкой (ведрами, желонками и т. д.). Солоноватые воды, выделяемые в эту категорию В. И. Вернадским, иногда подразделяют на две: слабосоленые (1—5 г/) и солоноватые (5—10 г/л). По величине дебита (в л/сек) источники делятся (по О. Мейнцеру и Г. А. Максимовичу) на восемь классов: I—гигантские (10000), II — исполиновые (1000—10000), III — очень большие (100—1000), IV — большие (10—100), V—значительные (1—10), VI — малые (0,1—1), VII—незначительные (0,01—0,1), VIII—весьма незначительные (<  0,01).

Определяют физические свойства природных вод: температуру, прозрачность мутность, цвет, запах, вкус. Температура определяется с помощью термометра (родникового термометра, который опускается в головку источника). По этому признаку воды подразделяются (по О. А. Алехину) на исключительно холодные (ниже 0 °С), весьма холодные (0—4 °С), холодные (4—20 °С), теплые (20—37 °С), горячие (37—42 °С), весьма горячие (42—100 °С), исключительно горячие (более 100 °С). Последние наблюдаются лишь в гейзерах.

Прозрачность воды — способность ее пропускать световые лучи — зависит от толщины слоя воды, наличия в ней взвешенных примесей, растворенных веществ. Мутность—количество наносов, содержащихся в единице объема воды. Качественное определение прозрачности производят в пробирке или стеклянном цилиндре, просматривая слой воды сверху. По степени прозрачности различают воды: прозрачные, слабо опалесцирующие, опалесцирующие, слегка мутные, мутные, сильно мутные. Степень мутности определяют количественно в стеклянном цилиндре с плоским дном и высотой не менее 30 см: отмечают в сантиметрах наибольшую высоту водяного столба, при которой читается печатный шрифт, подложенный под дно этого цилиндра, эта высота показывает прозрачность столба воды.

Цвет определяется визуально: чистая вода обычно бесцветна, окраску ей придают примеси. Желтоватая или бурая окраска часто вызывается наличием растворенных в воде гуминовых кислот (болотные воды), желтая —жоллоидной гидроокисью железа, зеленовато-голубоватая— солями записного железа, голубая—солями меди и т. д.

Запах воды определяют двумя приемами: в холодном виде после взбалтывания и в подогретом до +50—60 °С. Вода бывает без запаха, с очень слабым запахом, заметным, отчетливым, очень сильным. Добавляется и качественная характеристика: запах землистый, хлорный, болотный, сероводородный и пр.

Вкус определяют качественно при температуре -1-20—25 °С путем пробы. Вода бывает пресная и солоноватая, соленая и горькая, кислая и вяжущая. Часто вокруг источников скапливаются минеральные отложения: охры, натеки, налеты, карбонатные туфы, соли, грязи. Эти отложения изучаются, описываются условия их залегания, форма накопления, размеры в плане и разрезе возраст. Они позволяют выявить генезис самого источника и характер водоносного горизонта.

Источники могут быть полезны и в поисковых целях; в нефтегазоносных районах они могут выносить пленки нефти, газ. Отбор газовой пробы производят так: бутылку со вставленной в горлышко воронкой заполняют водой, затем опрокидывают в источник. Газ собирается воронкой, постепенно вытесняя воду. Когда газа соберется более 2/3 бутылки, ее закрывают пробкой, затем заливают сургучом или варом. Бутылки с пробами хранятся кверху дном.

При осмотре водопунктов необходимо определить, как используется вода.источников местным населением. Среди подъемных вод выделяют минеральные. Чаще всего к ним относятся воды минерализованные, содержащие соли более 1 г/л, а также некоторые пресные с лечебными свойствами, например высокотемпературные, с большим содержанием газов (сероводорода или углекислоты), с повышенной радиоактивностью, содержащие повышенное количество таких элементов, как йод, бром, мышьяк и др. Минеральные воды делятся на углекислые (при содержании свободной углекислоты более 0,750 г/л), сероводородные (общий титруемый иодом сероводород составляет не менее 0,010 г/л), радоновые, или радиоактивные, сульфатные солоноватые (лечебный эффект вызывается наличием в них сульфатных, кальциевых или натриево-кальциевых солей—от 1,5 до 5—6 1/л), хлоридные соленые воды и рассолы (с хлоридными натриевыми и кальциево-натриевыми солями). К минеральным относятся и другие воды, содержащие ионы различных веществ. Это воды железистые, литиевые, фтористые, бромистые, йодные и др.

Получив сведения о минеральных водах, полезно произвести сопоставление их с классическими бальнеологическими районами и продумать вопрос о возможном использовании минеральных источников в лечебных целях.

Коры выветривания

Коренные скальные горные породы часто перекрыты рыхлыми отложениями различной мощности. Поэтому для их изучения и картирования при­меняются искусственные обнажения — горные выработки или различные виды буровых работ. Горные выработки икерн буровых скважин помогает геологам изучать и породы покровного комплекса.

Коры выветривания также обычно перекрыты отложениями четвертич­ного или покровного комплексов, поэтому геологическая съемка их прово­дится с обязательным применением горнопроходческих и буровых работ; при этом должны быть учтены данные геофизических исследований, степень закрытости кор выветривания и мощность перекрывающих отложений. При геологической съемке кор выветривания в районах одноярусного строения горнопроходческие работы проводятся главным образом для вскрытия кор выветривания на участках, где они перекрыты четвертичными отложениями, имеющими мощность до 3 м.

Плотность размещения горных выработок зависит от размеров площади распространения элювиальных продуктов. Шурфы должны быть пройдены так, чтобы можно было проследить геологические границы между элювиальными горизонтами и, в конечном счете, оконтурить площади их распро­странения. Расстояния между профилями шурфов определяются исходя из масштаба геолого-съемочных работ, изменчивости состава изучаемых геологических образований и размеров занимаемых ими площадей. В местах сложного строения и изменчивого очертания границ между горизонтами кор выветривания сеть шурфов может сгущаться.

С целью детального изучения пограничных зон между элювиальными горизонтами, контактов кор выветривания разных исходных пород, при не­большой мощности четвертичного покрова целесообразно проходить канавы  (расчистки). Канавы могут использоваться также для изучения деталей строения кор выветривания.

Геологических материалов, полученных путем проходки мелких горных выработок, обычно бывает недостаточно для выяснения строения кор вы­ветривания, поэтому на каждой площади геологической съемки необходимо провод?1ть бурение скважин на полную мощность коры выветривания. Глу­бина скважины зависит от мощности перекрывающих отложений и собст­венно кор выветривания. Максимальная мощность кор выветривания для наиболее типичного площадного типа обычно достигает 50—60 м, по­этому глубины скважин будут составлять в большинстве случаев примерно 60—70 м при мощности перекрывающих отложений до 10 м. Разумеется, в корах выветривания линейного типа скважины будут достигать глубины 100 м и более.

Вскрытие кор выветривания на полную мощность для их детального изучения рационально производить с помощью буровых скважин, распреде­ляемых вдоль центральной части площади их распространения, где они пол­нее сохранились. Каждая скважина после пересечения коры выветривания обязательно должна углубиться в неизмененные исходные породы на 5—10 м.

Геологическая съемка кор выветривания в районах двух- и трехъярус­ного строения, перекрытых мощными (более 10м) отложениями четвертич­ного или покровного комплексов, производится с применением буровых и геофизических работ. Скважины должны задаваться с учетом характера по­гребенного рельефа (фундамента), на котором развиты коры выветривания, а именно, на склонах структурных выступов и межструктурных понижени­ях. При геологической съемке районов с погребенными корами выветрива­ния важно полнее использовать имеющиеся геофизические материалы и ре­зультаты бурения скважин, ранее пройденных для других целей (гидрогео­логических, поисковых, разведочных и т. д.). Обобщение этих материалов с целью выяснения особенностей распределения элювиальных от геоморфологических условий (типы, формы и гипсометрическое положение) может помочь составлению карты распространения погребенных кор выветривания.

Среди геофизических методов, которые могут применяться для определения мощности, а в некоторых случаях и состава коры выветривания, а также для выявления характера древнего рельефа, в котором залегает кора выветривания, можно назвать ВЭЗ и сейсмику малых глубин (микросейсмику). Что же касается изучения состава коренных пород, то геофизические методы его изучения указаны в соответствующем разделе книги. Описание элювиальных пород должно быть подробным и подкреплено ориентированными зарисовками разрезов, выполненными в масштабе (нормальные колонки и развернутые зарисовки шурфов и канав), схематическими профилями, схемами-планами распространения опорных горизонтов коры выветривания и других важных геологических признаков. Необходимо обратить серьезное внимание на фотографирование деталей строения кор выветривания ( структурные и текстурные признаки, характер контактов, формы разных включений, степень трещиноватости, изменение окраски пород и др.).

При изучении кор выветривания выполняется петрографическое описание неизмененных материнских пород. При этом главное внимание обраща­ется на изучение особенностей изменения петрографических признаков ис­ходных пород в разрезе. Выветривание отражается, прежде всего, на физиче­ских свойствах пород, поэтому должны быть подробно описаны характер и степень трещиноватости, кавернозность, пористость.

Изучение вторичных текстурных признаков приобретает определенное практическое значение, ибо некоторые из них, в частности крупные трещи­ны и пустоты, служили гнездами для локализации полезных минеральных образований (например, магнезита и благородного опала в элювии началь­ных стадий выветривания ультраосновных пород).

Выветривание отражается непосредственно на окраске пород. Цвета элювиальных продуктов кислых, средних и частично основных изверженных пород, большинства метаморфических и песчано-глинистых осадочных пород изменяются от светло-серых, серых и зеленоватых тонов (гидрослюдистые, гидрохлоритовые и смешанного состава элювиальные породы про­межуточной стадии выветривания) до белых и светло-зеленых (каолинитовые, монтмориллонитовые и сложного состава элювиальные породы конеч­ного разложения). Элювиальные продукты исходных пород, сильно насы­щенных цветными породообразующими минералами, особенно железисто-магнезиальными силикатами (например, ультраосновные породы), приобре­тают чаще светло-зеленые тона. Так, глинистый элювий серпентинитов — нонтронит — светло-зеленый, травянистозеленый, лишь присутствие окислов марганца окрашивает его в темные цвета.

Глубоко разложенные элювиальные породы окисляются, обогащаются гидроокислами железа и приобретают различные оттенки желтого и красного цветов, причем интенсивность их возрастает по мере увеличения железистости пород. Элювиальные продукты пород, сложенных цветными минералами, имеют большую железистость и соответственно интенсивнее окрашены в темно-красные и коричневые цвета. Охристые и бурожелезняковые элювиальные железные руды образуются в верхней части коры выветривания ультраосновных пород и над залежами полиметаллических руд, связан­ных с породами основного состава (Майкаинское и другие месторождения).

Детальное изучение структурных и текстурных особенностей позволяет различать элювий разных горизонтов. Обычно одновременно с постепенным изменением физических свойств, окраски и минерального состава пород также изменяются первичные структурные и текстурные признаки их. Они становятся менее ясными, однако, несмотря на это, в большинстве случаевможно определить исходные породы кор выветривания и отличить элюви­альные породы от осадочных. При полевом изучении кор выветривания особое внимание уделяется выяснению минерального состава элювиальных продуктов путем внимательного изучения изменения первичных минералов. В состав элювиальных пород входят минералы разных групп, в частности минералы кремнезема (кварц, халцедон, опал), глинозема (гиббсит, бёмит, диаспор), окислов и гидроокислов железа (гематит, гётит, лимонит и др.), марганца, карбонатов (кальцит, магнезит, доломит), разнообразные силикаты магния и никеля (керолит, гарниерит, ревдинит, непуит и др.) и многочисленная группа глини­стых минералов (каолинит, монтмориллонит, галлуазит и др.).

В ходе элювиогенеза минеральные зерна сначала теряют блеск, мутне­ют, становятся матовыми, хрупкими, цветные минералы обесцвечиваются, хотя расплывчатые контуры зерен могут сохраниться; минералы превраща­ются частично в тонкодисперсную чешуйчатую массу гидрослюдистого, гидрохлоритового и смешаннослойного состава. При глубоком химическом выветривании исходные силикатные минералы переходят в светлую (обыч­но белую) алюмосиликатную глинистую массу.

Полевые шпаты дают белые каолинитовые глины, шелковистые, жир­ные на ощупь. Пироксены, амфиболы и хлориты образуют монтмориллонитовые, каолинитовые и смешанного состава глины. Оливин в конечную ста­дию разложения образует обычно нонтронитовые, реже монтмориллонитовые глины. Оливинитовые породы, сильно обогащенные слюдой (флогопи­том), при элювиальной минерагении последовательно преобразуются в де-зитегрированные, гидрофлогопитовые, вермикулитовые и сунгулитовые породы (Ковдорский массив Кольского полуострова). В дезинтегрированых и выщелоченных продуктах выветривания ультраосновных пород отла­гаются в трещинах и пустотах кальцит (арагонит), доломит, магнезит, опалолиты и элювиальные кварциты халцедонового и кварц-халцедонового со­става.

Элювиальные кварциты в разрезе коры выветривания имеют тонкозер­нистое сложение, серый цвет, неоднородное строение благодаря чередова­нию силицифицированных и карбонатизированных участков; обычно изо­билуют мелкими кавернами, в которых наблюдаются охристые примазки. Кремнистые и окремненные породы при выветривании образуют белую кремнистую муку (маршаллит).

В обнажениях и искусственных выработках детально изучаются грани­цы между элювиальными горизонтами, ибо правильное установление их — необходимое условие обоснованного расчленения разрезов кор выветривания. Образцы отбираются послойно с таким расчетом, чтобы по результатам лабораторного изучения их можно было охарактеризовать химический и минеральный состав всех разновидностей элювиальных пород, рудоносных образований, а также выяснить общий характер поведения химических элементов в ходе элювиогенеза. Отбираемые образцы пород записываются в специальный каталог с указанием целевого назначения каждого образца (эталонный, для шлифов, для химического, спектрального, термического, рентгенографического, электронографического и других анализов).

При отборе образцов особое внимание обращается на рыхлые элювиальные породы, многие из которых являются полезными ископаемыми (као­линиты, монтмориллониты, нонтрониты, охры, маршаллиты и др.). Образцы этих пород должны отбираться осторожно, чтобы сохранить их структуру и текстуру. Необходимо строго следить за чистотой отбираемых образцов (проб), так как они могут засоряться породами перекрывающей толщи, про­никающими сверху по трещинам и гнездам.

В таких образцах аналитические показатели содержания полезных ком­понентов (например, никеля и кобальта в нонтронитах и охрах) будут силь­но искажены.

Наиболее полные, типичные разрезы кор выветривания по обнажениям и искусственным выработкам изучаются более детально с частым отбором образцов (по нескольку штук из каждого слоя). Эти разрезы будут опорны­ми для характеристики типоморфных разрезов кор выветривания изучаемого района.

Рекомендуемая литература

Сократов Г. Н. «Структурная геология и геокартирование», 1972 г.

Михайлов А. Е. «Структурная геология и геокартирование, 1984 г.

Павлинов В.Н, «Структурная геология и геологическое картирование с основами геотектоники», 1990 г.

Корчуганов Н. M., Баранов Ю. Б., Попов Г. Б. - Практикум по курсу «Дистанционные методы исследования», 1990 г.

Кац Я. Г., Тевелев А. В., Полетаев A. И. Основы космической геологии, 1988 г.

Петрусевич М.Н., Казик Л.И. «Практическое руководство по аэрофотогеологии»,1977 г

Поцелуев А. А., Архангельский В. В. Дистанционные методы исследо­вания окружающей среды, Томск, 2001 г.

Кинг Э., Космическая геология. Введение, 1979 г.

Космогеология СССР, 1987 г.

Гонина Г. Б., Стрельникова С. И. Космическая фотосъемка и геологические

Кац Я. Г., Рябухин А. Г., Трофимов Д. M. Космические методы в геологии_, 1976 г.

 

Контрольные задания   для СРС (Лекция 1) [1, 2,8]

1. Цель и задачи геологического доизучения площадей (ГДП).

2. Особенности Объемного геологического картирования (OГК).

3. Аэрофотогеологическое картирование.

4. Ультрафиолетовая съемка

5. Лазерная съемка

6. Магнитная съемка

7. Радиационная съемка

8. ИК съемка при геологических исследованиях.

9. Применение PC в геологии

10. Применение СС для изучения поверхности Земли.

1. Фотографическая обработка изображений, получаемых из космоса
2. Особенности фотограмметрической обработки КФСн,
3. Природные территориальные комплексы
4. Антропогенные компоненты рельефа
5. Почвы как самостоятельные природные тела при дешифрировании КС.
6. Особенности дешифрирования линеаментов
7. Кольцевые структуры экзогенного происхождения
8. Астроблемы
9. Признаки импактного метаморфизма.

20. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для геологических исследований и картографирования

21. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для геоэкологических исследований и картографирования.

22. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для прогнозирования и поисков МПИ.

23. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для прогнозирования и поисков нефтегазовых месторождений

24. Особенности использования материалов дистанционного зондирования для дистанционных методов мониторинга.

25. Особенности составления стратиграфических разрезов

1. Оформление палеонтологических образцов в полевых условия
2. Оформление коллекций образцов горных пород
3. Особенности построения разрезов через складчатые структуры.
4. Признаки разрывной тектоники.
5. Особенности полевого изучения трещинной тектоники
6. Особенности полевого изучения несогласий.