что такое водонепроницаемые горные породы
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
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
Водопроницаемость горных пород
Характеристика водопроницаемости горной породы описывает ее способность к пропусканию воды через образованные в массиве лакуны – поры, трещиноватости.
Чем больше в породе подобных лакун, чем чаще сообщаются друг с другом отдельные поры, чем больше их диаметр и чем более раскрыты трещины, тем более водопроницаемой является порода. Также на показатель водопроницаемости влияет то, насколько извилисты поры, и то, из каких минеральных соединений состоит исследуемый образец. Для рыхлых пород основным показателем, определяющим водопроницаемость, является форма, степень уплотненности и упаковки частиц, а также их гранулометрический состав.
Движение жидкости по порам и трещинам в теле породы может происходить как под действием гравитации или за счет напора источника, так и вследствие так называемого капиллярного подсоса. Оценивается такая характеристика коэффициентом фильтрации, то есть показателем того, на какое расстояние принятый за единицу измерения объем воды проникнет за определенный период времени (например, метры в час или метры в сутки), и коэффициентом проницаемости, который демонстрирует, какой объем воды пройдет через принятую за единицу плотность поверхности за определенный период времени времени при градиенте напора равном 1.
Определение характеристик водопроницаемости породы может производиться как в рамках лаборатории, так и в полевых условиях. Однако, определение вышеописанных показателей в рамках лаборатории, как правило, не позволяет установить их реальные значения для конкретного объекта и могут быть занижены на несколько порядков по сравнению со значениями, полученными в полях. Для корректного определения свойств водопроницаемости породы непосредственно на объекте определяется коэффициент фильтрации методом откачивания воды из центральной скважины с одновременным мониторингом состояния пробуренных в непосредственной близости от нее наблюдательных стволов.
На основе показателя величины коэффициента фильтрации применяется следующая классификация пород:
Примером для первой категории являются глины, для второй – суглинки, к третьей категории относятся песчаники, а наиболее легкопроницаемыми породами являются скальные массивы, пронизанные системами трещин, галька и крупнозернистый песок.
Исследование описываемого показателя горной породы необходимо, прежде всего, для выбора наиболее эффективного метода и технологических параметров бурения, а также методики проведения осушительных работ на месторождении. Кроме того, понимание того, насколько быстро жидкость распространяется внутри массива, позволяет эффективно выбрать метод нейтрализации внезапных выбросов и обеспечивает возможность корректного выбора насосного оборудования для целей водопонижения.
Чтобы задать вопрос или сделать заявку,
нажмите на кнопку ниже:
Гидрофизические свойства горных пород
На протяжении тысячелетий основным инструментом изучения свойств природного камня, да и других материалов был метод проб и ошибок. Опыт, приобретенный таким путем часто оказывался весьма дорогостоящим, что, впрочем, никогда не останавливало экспериментаторов.
Первыми были изучены свойства горных пород, связанные с механическими воздействиями: удары – прочность, царапание – твердость, нагрузка – прочность на сжатие и влиянием природных стихий: огонь – термостойкость, вода – водостойкость, мороз – морозостойкость. Опыт, приобретенный в результате наблюдений и экспериментов, находил вполне практическое применение при выборе камня для строительства мостов, плотин, закладки фундаментов и возведения стен домов.
В наши дни, когда изучением минералов и горных пород занимаются целые научно-исследовательские институты, стало возможным не только объяснить причины проявления тех или иных свойств, но и получить их численное выражение для более точного сравнения и обоснованного выбора. Так от общих представлений – известняк впитывает воду и разрушается, а гранит нет, перешли к анализу гидрофизических характеристик горных пород.
Пористость
Характер взаимодействия природных каменных материалов с водой определяется наличием или отсутствием в их структуре пустот, пор, микро- и макротрещин. Именно они позволяют воде проникать в камень и накапливаться там. Их размеры и расположение (открытые, закрытые) оказывают влияние не только на гидрофизические параметры, но и на прочность, устойчивость к колебаниям температуры, теплопроводность, звукопроницаемость и некоторые другие.
Породы с открытой пористостью (поры сообщаются с внешней средой) способны поглощать воду, с закрытой (внутренние полости не имеют выхода к поверхности) – имеют хорошую водостойкость. Наибольшая пористость характерна для осадочных пород:
За ними следуют метаморфические породы:
И наконец самую низкую пористость имеют магматические горные породы:
По значениям пористости можно косвенно судить о водопоглощении, морозостойкости и в целом о долговечности горных пород.
Водостойкость
Характеризует способность природного камня сохранять прочностные параметры как в сухом состоянии, так и при насыщении водой. Численное выражение водостойкости определяется путем деления предела прочности на сжатие в водонасыщенном состоянии к такому же параметру, измеренному в сухом состоянии, и носит название – коэффициент размягчения.
На практике материалы с высокой водостойкостью и изделия из них используют для облицовки бассейнов (плитка из гранита), мощения морских и речных набережных (плита мощения из габбро или гранита) и других видах строительных и отделочных работ. Низкий коэффициент размягчения породы (при достаточной прочности в сухом состоянии) говорит о невозможности ее использования для наружных работ без применения специальных гидрофобизаторов, защищающих поверхность изделий от проникновения воды.
Влажность
Этот параметр показывает процентное содержание воды в горной породе и рассчитывается как отношение разности масс влажного и высушенного образца к массе последнего. Повышенная влажность снижает прочность, повышает теплопроводность и вес камня. В строительных конструкциях она непосредственно связана с влажностью окружающего воздуха и со временем приходит с ним в равновесное состояние.
Практическое значение имеет для пористых пород камня, которые находят применение в строительстве – позволяет определять готовность для использования и необходимость принятия мер по защите лицевой поверхности изделий.
Водопоглощение
Как уже было отмечено, пористость различных пород камня способствует проникновению в них воды при непосредственном контакте, либо в виде водных паров. Параметр водопоглощения показывает, как камень впитывает воду и способен ли он удерживать ее после проникновения. Количественное выражение определяется в процентах и рассчитывается как частное от деления разницы масс, насыщенного водой и сухого образцов к массе сухого (водопоглощение по массе).
Свойство породы поглощать и удерживать воду отрицательно сказывается на прочности и долговечности материалов и изделий. В то же время, понимание связи водопоглощения с открытой пористостью, позволяет предлагать и использовать способы ее снижения. Так, например, фасадные плиты из гранита после термообработки имеют практически нулевое водопоглощение. Плита полированная из габбро-диабаза (при высококачественной полировке) также существенно снижает способность к поглощению воды или водяных паров (туман, смог).
Водопроницаемость
Применение природного камня в различных гидротехнических сооружениях требует обязательного учета такой характеристики как водопроницаемость. Параметр отражает скорость прохождения воды через породу при единичном гидравлическом градиенте и носит название коэффициента фильтрации. Классификация горных пород по этому параметру (проницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые) носит условный характер, поскольку не существует ни абсолютно проницаемых, ни абсолютно непроницаемых материалов – все зависит от давления.
Наименьшей водопроницаемостью обладают плотные магматические породы, что делает блоки гранитные и габбро незаменимым материалом при сооружении различных гидротехнических бъектов. Ярким примером могут служить закованные в гранит берега Невы в Санкт-Петербурге.
Морозостойкость
Тесно связанная с такими характеристиками как пористость и водопоглощение способность насыщенных водой горных пород выдерживать частые перепады температур получила название морозостойкости. В зависимости от количества циклов зима/лето, которые данная порода способна выдержать без разрушения, ей присваивается определенная марка от F10 до F 200 и более, где цифрой обозначается число циклов.
Применение изделий из природных материалов с высокой морозоустойчивостью (фасадные плиты из габбро-диабаза, брусчатка и тротуарная плитка из гранита и габбро) позволяет вести строительство даже в условиях Крайнего Севера.