Подземная гидросфера

ЧТО ТАМ, В ЗЕМНЫХ НЕДРАХ!

Как-то мне пришлось выступать перед весьма представительной аудиторией, рассказывая о только что выполненной оценке естественных ресурсов подземных вод юга Восточной Сибири. В зале находились ученые различных специальностей — физики, энергетики, геологи, биологи, географы и многие другие. Раньше такой оценки не было. А цифры впечатляли: в недрах юга Восточной Сибири мы установили значительные количества воды, обеспечивающие отбор в среднем 2, а местами 5–10 литров в секунду с каждого квадратного километра. Вообще же подземный сток составлял 30 % общего стока. Это не просто много, а очень много. Парадокс?

Нет, в действительности одна треть водных ресурсов, при этом ресурсов первоочередного использования, спрятана у нас под ногами. Присутствовавшие выслушали это известие кто с интересом и одобрением, кто настороженно и с недоверием. Особенно недоумевал один видный ученый-энергетик. Почему-то у него, имеющего дело с энергией ГЭС крупных сибирских рек, такая высокая доля подземных вод в общем водном балансе суши вызывала сомнение. Напрасно я приводил сведения, что для суши в целом получена даже большая цифра, не убедили его геологи и географы, которые приводили примеры использования ресурсов подземных вод для водоснабжения крупных городов и обводнения громадных земельных массивов.

Этот ученый-энергетик вспоминается, когда заходит речь о количестве воды в недрах Земли. Его, как правило, занижают. Даже на вопрос «Что у нас под ногами?» ответ стереотипен: «почва», реже — «горные породы» или «Земля». Про воду забывают. А ведь земная твердь буквально заполнена водой, представляет настоящий «невидимый океан»! Насколько громадна масса подземной гидросферы, многие даже и не подозревают.

Сколько воды в земной коре. Любое исследование начинается с оценки того, что будет предметом изучения. Недаром говорят: «Изучить — значит измерить». Прежде всего — о глубине распространения подземной гидросферы. Вода прослеживается от поверхности Земли до верхней мантии; ниже водородные связи рвутся и молекула Н₂О, как правило, не существует. Иначе говоря, подземная гидросфера пронизывает всю земную кору, мощность которой — от 4,5–7 километров на дне океанов до 35–70 километров на суше. Величина немалая! Однако все познается в сравнении. Чтобы иметь представление о толщине земной коры, принято сравнивать земной шар с яйцом. Тогда яичная скорлупа будет аналогом земной коры.

К сожалению, в большинстве оценок объема гидросферы из совокупной массы подземной ее части в расчет принимается только «жидкая» свободная вода, да и то обычно не вся, а на какую-то небольшую глубину земной коры.

Сошлюсь, например, на цифру, приведенную в монографии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли», подготовленной в СССР по итогам Международного гидрогеологического десятилетия (1965–1974 годы). Авторы ее учитывали лишь воду в самом верхнем слое, до абсолютной отметки минус 2000 метров, то есть на глубину 2,5–3 километра. Количество подземных вод получилось равным 23,4 миллиона кубических километров, что составляет от суммы других водных ресурсов (океаны, озера, ледники, реки и т. д.) только 1,69 %. Несколько больший (60 миллионов кубических километров) объем приводится в расчете советского гидролога М. С. Львовича, который к подземным водам относит свободную и физически связанную воду в верхней толще земной коры мощностью 5 километров. Тогда подземные воды (табл. 1) составят 4 % общего объема гидросферы.

На самом деле воды в земных недрах гораздо больше. В последнее время при бурении Кольской и других сверхглубоких скважин установлено, что даже так называемая «жидкая» вода обнаруживается на глубине, намного превышающей 5 километров. Если же учесть воду в других состояниях и фазах, которая, как мы уже отмечали, прослеживается до слоя Мохоровичича (раздел между земной корой и мантией), то она должна возрасти более чем на порядок по сравнению с приведенными расчетами.

Количественная оценка водных ресурсов подземной гидросферы — проблема, имеющая несколько подходов и несколько решений. В зависимости от характера принимаемых в расчет исходных данных (объем земной коры и содержание в породах воды) ответы получаются самые разные. Одним из первых полную оценку массы подземной гидросферы попытался дать в начале XX века И. Д. Лукашевич: он принял ее равной объему океанической воды, то есть 1370 миллионов кубических километров, или 1420×10⁹ миллионов тонн. Примерно в три раза меньшую величину по содержанию водорода для 16-километровой толщи литосферы получил- в 20-х годах академик В. И. Вернадский.

В дальнейшем приемы определения количества внутри-земной воды совершенствовались, но сопоставимых цифр так и не получено. До сих пор существуют минимальные и максимальные оценки. Уточнение массы подземной гидросферы остается важнейшей задачей наук о Земле на будущее. С. А. Брусиловский, ориентируясь на минимальные параметры, получил массу подземной гидросферы, равную 600×10⁹ миллионов тонн, что составляет немногим более 40 % от количества воды на поверхности Земли. А вот расчет недавно скончавшегося ленинградского гидрогеолога В. Ф. Дерпгольца. Приняв среднее содержание воды в породах континентальной (средняя мощность около 35 километров) и океанической (4,7 километра) коры за 12,5 %, он получил массу подземной гидросферы, равную 1070×10⁹ миллионов тонн. Наконец, согласно максимальным оценкам, приведенные массы подземной гидросферы занижены по крайней мере в 3–5 раз.

Рис 4. Изменение содержания воды в породах земной коры и верхней мантии.

Каким же результатам верить? Скорее всего, масса внутриземных вод сопоставима с массой поверхностных вод, поскольку около 3500×10⁹ миллионов тонн воды должно было выделиться при дегазации мантии за всю историю Земли. Эта цифра получена в результате определения массы «обезвоженных» пород верхней мантии (рис. 4). Если учесть, что около 1000×10⁹ миллионов тонн воды распалось на кислород и водород или улетучилось в космическое пространство, то эта выкладка косвенно подтверждает расчет В. Ф. Дерпгольца (табл. 2), который представляется самым оптимальным.

В 1963 году Владимир Федорович Дерпгольц на предварительной защите кандидатской диссертации в Геологическом институте АН СССР обосновал оценку количества вод на Земле. Ему задавали много вопросов. Подвижный и сухощавый, этот седой человек бойко отвечал и оперировал собственноручно вычерченными цветными диаграммами, защищая идею ювенильного происхождения глубинной гидросферы Земли. С этой идеей почти никто из присутствовавших не был согласен, но сам докладчик, его эрудиция и манера защищать трудно доказуемое вызывали уважение. Председательствовал руководитель гидрогеолого-геотермического отдела Геологического института АН СССР Ф. А. Макаренко, который когда-то тоже занимался оценкой объема воды в недрах Земли. Новые цифры его убедили, и он в заключение своего выступления сказал: «Сделанная мной 15 лет назад оценка устарела, а Владимир Федорович, как мне представляется, учел современные данные и правильно подсчитал массу подземной гидросферы».

Я в то время как-то не интересовался количеством внутриземных вод. Меня больше занимал генезис «гидрохлоробферы», как называл Дерпгольц глубинную гидросферу Земли. Подкупала доходчивость изложения наиболее сложных вопросов формирования подземных вод. Когда кончилось обсуждение, мы разговорились. Владимир Федорович — человек сложной судьбы, работавший в 30-х годах изыскателем на БАМе, а потом в енисейском секторе Арктики. Он наблюдал и описал многие природные феномены, в том числе и такие, приближаться к которым небезопасно — скажем, взрыв наледи или зыбучий, засасывающий человека снег. Это был пенсионер, много работавший и одержимый идеей ювенильного происхождения «гидрохлоросферы». «Я не служу, а пишу», — говорил он. Вскоре вышел в свет автореферат его диссертации с весьма примечательным эпиграфом: «Никому не дано монополии на истину», а некоторое время спустя увлекательные «популярно-научные», как он их назвал, книги.

Итак, теперь мы знаем, сколько воды в земной коре. Ее почти столько же, сколько и на поверхности Земли. Подземная гидросфера — громадная емкость, соизмеримая по массе воды с Мировым океаном.

Единство и круговорот природных вод. Цифры статической массы гидросферы дают одностороннее представление о водных ресурсах Земли. Гидросфера — единая динамичная система, в которой все разновидности воды взаимодействуют друг с другом и находятся в постоянном круговороте.

Водные массы Земли взаимосвязаны, они пронизывают атмосферу, литосферу, биосферу. Эту мысль впервые высказал великий естествоиспытатель и тонкий знаток всего, что связано с водой, академик В. И. Вернадский. «Любое проявление природной воды, — указывал он, — глетчерный лед, безмерный океан, река, почвенный раствор, гейзер, минеральный источник — составляют единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанное между собой».

Идею единства природных вод, так четко сформулированную В. И. Вернадским, подтверждает существование круговорота воды на Земле и балансовое равновесие между обеими частями гидросферы — наземной и подземной.

Почти аналогичные мысли встречаются у лидера советской гидрогеологии 30-х и 40-х годов академика Ф. П. Саваренского. «Гидрогеология, — писал он в одной из последних своих работ, изданной в 1947 году, уже после его смерти, — не может рассматривать подземную гидросферу отдельно для верхней зоны ее и отдельно для нижней… Мало того, подземную гидросферу нельзя рассматривать отдельно от наземной, так как подземные воды верхних зон земной коры непосредственно связаны с поверхностными водами».

Федор Петрович одним из первых обратил внимание на то, что гидрогеологам необходимо изучать не только подземные воды, но и подземную гидросферу в целом, которая, по выражению его ученика А. М. Овчинникова, представляет «литосферу, пропитанную водой».

Чтобы понять процесс формирования подземных вод, Ф. П. Саваренский рекомендовал изучать процессы взаимодействия водных растворов с горными породами и газами в каждой термодинамической зоне подземной гидросферы. Таких зон, по его представлениям, три: магматическая, в которой Н₂О растворена в магме и, вероятно, диссоциирована; пневматолитовая, где находится пароводяная смесь; и, наконец, зона жидкой воды. Изучение формирования воды земных недр Ф. П. Саваренский считал основной задачей созданного им теоретического центра при АН СССР — Лаборатории гидрогеологических проблем.

В сложном круговороте воды наименее изучены подземные звенья. Они разнообразны и труднее доступны для наблюдения. Тем не менее для любых разновидностей подземных вод, несмотря на их кажущееся различие, мы видим неразрывность и неделимость: йода из одного состояния переходит в другое. И так вплоть до мантии, причем всякое изменение количества воды в Земле, где-либо происходящее, неизбежно отражается на общей массе подземной гидросферы или гидросферы Земли в целом. В подземной гидросфере, таким образом, все виды Н₂О находятся в равновесном состоянии, образуя систему «пар лед вода связанная вода свободная».

Равновесие в этой системе обратимое. Если в каком-то месте количество Н₂О убывает, то где-то в другом оно возрастает на точно такую же величину. Кроме того, компоненты подземной гидросферы тесно связаны не только с горными породами, но и с живым веществом, атмосферой, космосом и мантией.

Классические представления о круговороте воды в природе, знакомые из школьных учебников, описываются уравнением водного баланса: X = Y + Z, где X — атмосферные осадки, Y — сток (поверхностный и подземный), Z — испарение.

Такова общая схема гидрологического круговорота воды. В ней различают большой и малый круговороты. При большом круговороте (см. рис. 5) водяные пары, образовавшиеся в результате испарения над поверхностью морей и океанов, переносятся на сушу, где выпадают в форме дождя или снега, затем вода снова попадает в моря и океаны через поверхностный или подземный сток. Малые круговороты носят локальный характер и реализуются в пределах сравнительно небольших участков суши или океана. Насколько велики цифры водного баланса земного шара и территории СССР, видно из табл. 3.

Гидрологический круговорот обеспечивает водообмен внутри водоемов, а также взаимосвязь наземных и подземных вод. Темп водообмена для отдельных видов природных вод самый различный (см. табл. 1).

Если полный водообмен в океанах, ледниках и глубоких водоносных горизонтах происходит очень медленно — в течение тысячелетий и даже миллионолетий, то верхняя (до глубин 0,3–0,5 километра) подвижная часть подземных вод, которая активно взаимодействует с поверхностными водами, обновляется в среднем 3 раза в тысячелетие. Ресурсы почвенной влаги и неглубоких водоносных горизонтов заменяются почти ежегодно. Еще быстрее происходит смена воды в реках (за 12 суток) и атмосфере (за 10 суток). Высокая подвижность речных и атмосферных вод, несмотря на незначительный объем (тысячные и стотысячные доли процента от всей массы гидросферы), выдвигает эти две составляющие в число основных элементов водного баланса Земли.

Однако традиционный гидрологический круговорот, происходящий по схеме «осадки — сток (поверхностный и подземный) — испарение», охватывает только верхнюю часть земной коры, которую принято называть зоной интенсивного водообмена. Вода с поверхности хотя и проникает на более значительные глубины, в зоны замедленного и весьма затрудненного (пассивного) водообмена, но темп водообмена там заметно падает, возобновление совершается, как уже отмечалось, за тысячелетия и даже мидлионолетия.

Неполнота такого представления о круговороте в последние годы стала очевидной; оно далеко не отражает всего многообразия движения воды в земной коре, особенно в глубоких ее частях. Наиболее удачную модель всеобщего круговорота воды предложил в 1980 году томский гидрогеолог С. Л. Шварцев. В ней наряду с гидрологическим выделяется геологический круговорот, обусловленный участием воды в различных геологических процессах — седиментации, литогенезе, метаморфизме, магматизме. Оба круговорота связаны друг с другом (рис. 5). В отличие от достаточно сложного гидрологического, геологический круговорот еще более сложен. Он совершается преимущественно на глубинах и в различных обстановках. В нем выделяются три этапа (осадочный, метаморфический, магматический), каждый из которых в какой-то мере самостоятелен. Вместе с тем геологический круговорот связан и с наземной гидросферой. Обмен водой происходит также между земной корой и мантией, хотя о его балансе пока судить трудно.

Рис. 5. Так представляется взаимодействие гидрологического и геологического круговоротов воды в природе.

Из каких компонентов состоит подземная гидросфера? Впервые классификацию разновидностей воды в почвах и горных породах дал А. Ф. Лебедев. Применительно к гидрогеологии в целом на основании его классификации и современных представлений различается шесть главных компонентов подземной гидросферы:

вода в форме пара;

вода в твердом состоянии;

физически связанная вода;

свободная вода;

вода в надкритическом состоянии; химически связанная вода.

В пространстве между земной поверхностью и постоянным уровнем подземных вод водяной пар заполняет незанятые жидкой фазой пустоты горных пород. Проникая сверху, он конденсируется и образует физически связанную и свободную («жидкую») воду. Этот слой водяного пара — мощность его обычно не превышает нескольких метров, но прослеживается он почти под всей сушей — только незначительная часть парообразной воды Земли. Вероятно, больше горячего пара: он образуется при выходе перегретых вод (с температурой от 100 (а в горах даже ниже) до 374–450 °C) на поверхность Земли в гейзерах и вулканах или встречается в виде пароводяной смеси. При надкритических значениях температуры (374 °C для «чистой» воды и 450 °C для водных растворов) и давления (более 218 атмосфер) различия между жидкостью и паром стираются: в этом случае молекулы приобретают скорость газа, а плотность становится близкой к единице, как у «жидкой» воды.

Льда в земной коре не так много. Однако и не мало, поскольку он встречается не только в сезонно-мерзлом слое, а главным образом в толще вечномерзлых пород. Мощность же последних местами достигает 1,5 километра, да и распространены они на большой территории (47 % площади Советского Союза). Встречаются мерзлые породы также под дном северных морей. В мерзлом состоянии вода образует кристаллики, жилы или прослои льда, иногда бугры с растущим (за счет подтока воды снизу) ледяным ядром — гидролакколиты.

В одной из детских сказок великан пытается выжимать воду из камня. Возможно ли это? Оказывается, очень легко. Если взять в руку кусок мерзлой горной породы, вода выделяется уже от тепла ладони…

Физически связанная вода находится в той или иной степени взаимодействия с частицами породы, на основании чего она разделяется на прочносвязанную (гигроскопическую) и рыхлосвязанную (пленочную). Ее может быть много, как в донном иле, и мало, что мы видим в уплотненном или высушенном суглинке. Влажность — количество физически связанной воды от общего объема породы — тем больше, чем меньше минеральные частицы. Особенно велика (более 50 %) влажность глин.

Хорошо связана с минеральными частицами гигроскопическая влага: она в виде молекул водяного пара сконцентрирована на их поверхности. Менее прочно удерживается пленочная вода, которая образует как бы вторую пленку поверх гигроскопической влаги. Отделиться вода от частицы породы может только в том случае, если силы притяжения по мере роста толщины пленки ослабнут и начнут преобладать «растягивающие усилия», обусловленные земным притяжением.

Физически связанная вода удаляется из породы путем высушивания или отпрессования. Как показали экспериментальные исследования, при давлении 3000–5000 килограммов на квадратный сантиметр почти вся рыхло- и прочносвязанная вода глин способна переходить в свободное состояние. Эта вода отпрессовывается из микрокапиллярных пор горных пород и поэтому называется поровым (горным) раствором. В естественных условиях поровые растворы постоянно выжимаются при уплотнении осадочных толщ.

При упоминании о поровых растворах, мне хочется несколько отклониться и рассказать о них чуть подробнее.

На поровые растворы приходится значительная часть подземной гидросферы. Только на дне океана, где илы имеют влажность до 60–90 %, их объем составляет примерно 145 миллионов кубических километров. Чтобы приведенная цифра была более осязаемой, следует ее сравнить с объемом Мирового океана, приведенным в таблицах 1 и 2. Сравнили? Да, читатель, это 10 % всех океанических вод Земли!

Один из зарубежных исследователей поровых растворов доктор П. Дитрих после ознакомления с томами «Основы гидрогеологии» упрекнул их авторов за недооценку роли поровых растворов, в особенности иловых вод. Упрек в какой-то мере справедливый. Действительно, как мы видели, поровые растворы представляют один из важнейших компонентов подземной гидросферы, велика их роль как переносчика растворенных веществ, как агента преобразования многих месторождений полезных ископаемых. Однако гораздо ощутимее геолого-геохимическое значение других компонентов подземной гидросферы (скажем, свободных вод), в отличие от которых роль поровых растворов еще очень слабо изучена. Именно так во время дискуссии с П. Дитрихом я объяснил «дискриминацию» поровых растворов. А вообще-то мы еще вернемся к ним в главе «Скульптор земной коры».

Свободная вода объединяет воду включений в минералах, капиллярную и гравитационную. Если вода минеральных включений заполняет изолированные и закрытые пустоты различных размеров, представляя захороненные реликты среды минералообразования, то капиллярная влага заполняет открытые поры «сухих» пород (выше уровня подземных вод) и может передвигаться под влиянием сил поверхностного натяжения. Высота капиллярной каймы достигает 6 метров и более. По сравнению с гравитационной водой эти две разновидности свободных вод имеют подчиненное значение.

Гравитационная вода как раз и образует скопления подземных вод. Она передвигается благодаря силе тяжести и напорному градиенту. Различают инфильтрующуюся воду, которая просачивается сверху вниз, и фильтрующуюся воду — она движется в виде потока по водоносному пласту. Количество гравитационной воды зависит от гранулометрического состава, пористости и трещиноватости горных пород. В глинах такая вода практически отсутствует (коэффициент водоотдачи всегда меньше 1 %). В случае крупных фракций (песок, гравий, галечник) или повышенной трещиноватости пород гравитационная вода преобладает над всеми остальными видами воды (коэффициент водоотдачи повышается до 10–30 % и даже более).

Инфильтрующаяся вода находится преимущественно в зоне аэрации — это как раз и есть пространство между поверхностью Земли и постоянным уровнем подземных вод. Тут поры заполнены воздухом, парами воды или физически связанной водой, а гравитационная вода появляется периодически: во время снеготаяния и после выпадения дождей. Вертикальное движение сверху вниз продолжается до тех пор, пока вода не встретит слоя с низкой водопроницаемостью — водоупора. На нем возникает горизонтальный поток подземных вод. Вода тогда образует зону насыщения, где и заполняет все поры и пустоты, вытесняя воздух. Исключение представляют нефтегазовые залежи и пласты: тут поры бывают заняты также нефтью и газом.

В верхних горизонтах потоком подземных вод движет гидростатический напор, вызывающий перемещение воды от высоких гипсометрических отметок к низким. На больших глубинах напорный градиент возникает чаще всего благодаря геостатическому давлению, создающему поток выжимаемых из уплотняющихся осадочных толщ вод, проявлению внутриземных сил — тектонических напряжений, и магматическим процессам, из-за которых функционируют восходящие потоки глубинных вод. Однако местами гидростатический напор проникает вниз на 5–6,5 километров.

Когда речь идет о зоне насыщения, имеется в виду вода в жидкой фазе. Нижняя граница этой зоны достигает глубины критических температур и давлений. Глубже вода находится в надкритическом состоянии, о котором ранее уже рассказывалось. Это особое состояние Н₂О представляет своего рода «водяную плазму», отличающуюся гораздо большей, чем у жидкой фазы, подвижностью и очень высокой — в десятки раз по сравнению с «нормальными» условиями — растворяющей способностью. Переход из надкритического состояния в пар или жидкость сопровождается увеличением объема Н₂О в 1,5–2 раза, а понижение температуры — выпадением из раствора рудных компонентов, что имеет очень важное геологическое значение.

Химически связанная вода входит в состав кристаллической решетки минералов. Одна ее разновидность — конституционная вода — не совсем правильно называется водой: это гидроксил (ОН^-) или водород (Н⁺), превращающийся в Н₂О только после выделения из минералов.

Другая разновидность — кристаллизационная вода — свойственна минералам, находящимся в условиях низких температур и давлений. Более 50 % кристаллизованной воды содержат сода Na₂CO₃×10Н₂О (64 %) или мирабилит Na₂SO₄×10Н₂О (55 %). Отделение ее вызывает разрушение кристаллической решетки минералов и образование безводных соединений, что в большинстве случаев достигается нагреванием до температуры не более 300~400 °C. Очень много воды образуется при переходе гипса CaSO× 2Н₂О в ангидрит CaSO₄, поскольку гипсоангидритовые толщи имеют региональное распространение.

Наконец, нельзя не сказать о «плачущих камнях» — цеолитах. В них вода связана с кристаллической решеткой непрочно, примерно как у физически связанной влаги. Цеолитная вода присуща, например, натролиту Na₂Al₂Si₃O₁₀×2Н₂О. Отделение ее происходит в широком интервале температур, даже без нагревания, и не вызывает разрушения кристаллической решетки минералов. В силу особенностей структуры цеолитов удаленная из них вода при изменении термодинамической обстановки легко восстанавливается.

Полезно сравнить основные слои земной коры (осадочный, гранитный и базальтовый) с фазовой зональностью подземной гидросферы (рис. 6).

Рис. 6. Вот как меняется состояние Н₂О в подземной гидросфере.

1 — лед, 2 — жидкая вода, 3 — вода в надкритическом состоянии, 4 — мантия, где водородные связи разорваны и вода как таковая не существует.

Пунктиром показаны границы осадочного и гранитного (тонкая линия) и гранитного и базальтового (жирные линии) слоев.

В осадочном слое Земли, то есть в среднем до глубины 5 километров, Н₂О всюду, кроме территории распространения многолетнемерзлых пород, встречается в жидкой фазе. Примерно с глубины 12–16 километров на континентах и глубже 3 километров под океанами, а в областях современного вулканизма уже на глубине 1,5–2 километра (то есть в гранитном и базальтовом слоях) вода находится в надкритическом состоянии: здесь Н₂О не может перейти в жидкость, как бы ни изменялось давление. А давление в глубоких частях земной коры достигает нескольких десятков тысяч атмосфер! Прибегнем к образному сравнению: надкритическую часть подземной гидросферы, на которую приходится почти 50 % ее массы, можно уподобить гигантскому котлу, где Н₂О находится в состоянии сжатой пружины и стремится вырваться через вулканы или гейзеры.

Водоносные сосуды Земли. Одному из классиков геологии принадлежит выражение: «Вода — кровь Земли». В таком случае пустоты горных пород, содержащие воду, можно называть сосудами. Подземные воды — наиболее подвижный компонент подземной гидросферы — заключены в разнообразных водоносных сосудах, которые сообщаются между собой и тесно связаны друг с другом. Представляя подземные водоносные системы — емкости подземных вод, они имеют разные наименования: «гидрогеологическая структура», «водонапорная система» и так далее. Мне представляется весьма удачным термин «резервуар подземных вод» как собирательное понятие для геологического тела, содержащего подземные воды, хотя его синоним — «подземная водоносная система» — в этом значении представляется более емким.

Подземные водоносные системы — будем называть их так — имеют различные размеры, строение и форму. Это не только коллекторы. Когда резервуар обладает сложным строением, в нем коллекторы сочетаются с водоупорами. В зависимости от положения в пространстве он может быть и накопителем, и проводником подземных вод. Иначе говоря, такое понятие отражает формы жизни подземных вод.

Элементарное геологическое пространство, в котором находится подземная вода, представляет собой либо пору, либо трещину того или иного размера. Именно из водосодержащих пор или трещин состоят подземные водоносные системы. В зависимости от этого формируются порово-пластовые или трещинные и трещинно-жильные коллекторы подземных вод.

Самое мелкое подразделение резервуаров — это коллек-г тор с более или менее однородным распределением подземных вод. В осадочных породах сочетание обводненных пор, иногда и трещин образует водоносный горизонт — пласт, насыщенный водой и залегающий между водоупорами или над водоупором. Водоносным горизонтом называют и верхнюю выветрелую часть кристаллических пород, содержащую воду в трещинах.

Более сложные резервуары — водоносный комплекс и гидрогеологическая формация. Особым типом коллекторов подземных вод служат протяженные каналы, сообщающиеся каверны и полости — они представляют водоносную жилу. Заполненные водой карстовые пустоты или «открытые» разломы — таковы примеры водоносных жил.

По характеру залегания и напорным свойствам водоносные горизонты и другие резервуары аналогичного порядка принято разделять на грунтовые (безнапорные) и артезианские (напорные).

Читателю, вероятно, приходилось видеть естественные выходы подземных вод. Как они разнообразны! Уже по их форме можно заключить, с каким из перечисленных резервуаров они связаны. Скажем, вытянутая вдоль склона группа источников с медленно струящейся водой — это пластовый безнапорный водоносный горизонт. Наоборот, бурно выбивающаяся из трещины вода говорит о водоносной жиле, в которой вода находится под напором. Порой напор настолько велик, что возникает фонтан.

В платформенных и складчатых разломах различают фундамент, сложенный смятыми в складки кристаллическими породами, и перекрывающий его чехол, представленный слоистыми осадочными породами. В зависимости от коллекторских свойств горных пород и характера резервуара принято различать: артезианские бассейны — погружения, выполненные слоистыми осадочными породами чехла и содержащие преимущественно пластовые воды; гидрогеологические массивы — выступы кристаллических пород фундамента, где господствуют трещинные или трещинно-жильные воды.

Артезианский бассейн и гидрогеологический массив отличаются по форме геологического тела, распределению и особенностям движения подземных вод. Различны и содержащиеся в них скопления подземных вод, что позволяет их называть соответственно «бассейн пластовых вод» и «массив трещинных вод». Два последних названия более предпочтительны, чем термины «артезианский бассейн» и «гидрогеологический массив», поскольку резервуары подземных вод в этом случае сравниваются по сопоставимым и противопоставляющимся друг другу признакам. Тогда, кстати, гораздо проще решается вопрос о проведении границы бассейна с массивом: она отвечает смене коллекторских свойств.

Бассейн и массив значительных размеров и сложного строения, в отличие от простого бассейна и простого массива, могут рассматриваться как сложный бассейн и сложный массив.

В следующую градацию входят резервуары, отвечающие более значительным геологическим телам. Система бассейнов отвечает плите — опущенной части платформы, которая вмещает несколько сложных бассейнов пластовых вод, разделенных поднятиями или выступами кристаллического фундамента. К системе массивов относятся щиты — приподнятые цоколи древних платформ. Что же касается системы массивов и бассейнов подземных вод, то она представляет объединяемую единой ветвью складчатости совокупность резервуаров трещинных и пластовых вод, при этом последние в ней обычно имеют подчиненное значение.

Наконец, самыми крупными резервуарами будут гидрогеологический кратоген, отвечающий платформе, и гидрогеологический ороген, который охватывает пояс геосинклинальных (складчатых) сооружений. Названия «кратоген» как синоним устойчивости (по-гречески «кратос» — сила, крепость) и «ороген», — отражающее складчатость и горообразование («орос» — гора), говорят о закономерности распространения и формирования подземных вод в крупнейших геологических телах. Коренные различия в истории подземных вод — вот что очень хорошо отличает гидрогеологический кратоген от гидрогеологического орогена.

Картирование и изучение подземных водоносных систем является одной из главных задач гидрогеологических исследований. Одновременно рассмотренная номенклатура водоносных сосудов представляет основу гидрогеологического районирования. В зависимости от размера, строения и формы подземная водоносная система соответствует определенному гидрогеологическому региону, каждый из которых отличается единством природных гидрогеологических условий (табл. 4). Регион — обобщенное название порядковых единиц районирования безотносительно ранга. Под гидрогеологическим регионом понимают часть поверхности и недр Земли, выделяющуюся единством особенностей формирования, распространения и использования подземных вод. Это — проекция подземной водоносной системы на земной поверхности.