Понятие «подземные водные резервуары» (ПВР) тесно связано со структурно-гидрогеологическими подразделениями. ПВР классифицируются по условиям залегания и по условиям движения подземных вод.
В первом случае выделяют гидрогеологические бассейны (мегабассейны) (по С.Б. Вагину, А.А. Карцеву) (рис.3).
Бассейны пластовых вод приурочены к крупным впадинам (прогибам). Скопления вод здесь связаны преимущественно с порово-пластовыми структурами, но в глубоких горизонтах могут встречаться и трещинно-жильные воды, чаще всего локального характера. Эти бассейны часто традиционно называют артезианскими, однако механизмом артезианского движения подземных вод далеко не исчерпывается все многообразие гидродинамических особенностей пластовых бассейнов, поэтому термин « артезианский бассейн» правильно употреблять применительно к узким гидрогеологическим условиям (инфильтрационные водонапорные системы).
Бассейны трещинных и жильных вод могут быть связаны как с положительными (купольными), так и с отрицательными (впадинными) формами. В первом случае – это складчатые области и щиты, во втором – прогнутое ложе фундамента бассейна пластовых вод (В1и В2 на рис. 7).
| ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ БАССЕЙН |
| БАССЕЙН ПЛАСТОВЫХ ВОД |
| БАССЕЙН ТРЕЩИННЫХ И ТРЕЩИННО-ЖИЛЬНЫХ ВОД |
| БАССЕЙН СТОКА ГРУНТОВЫХ И СУБНАПОРНЫХ ВОД |
| БАССЕЙН НАПОРНЫХ ВОД |
| БАССЕЙН СТОКА ГРУНТОВЫХ И СУБНАПОРНЫХ ВОД РЕГИОНАЛЬНОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТИ |
| БАССЕЙН НАПОРНЫХ ВОД ЛОКАЛЬНОЙ ТРЕЩИНОВА-ТОСТИ |
Рис. 3. Схема классификации гидрогеологических бассейнов для территории суши (по А.А. Карцеву).
Рис.4. Схема классификации геогидродинамических систем (по С.Б. Вагину, А.А.Карцеву с дополнениями и изменениями В.М.Матусевича).
Во втором классификационном случае выделяются геогидродинамические системы (рис.4).
Они делятся на первом иерархическом уровне на безнапорные и водонапорные системы (ВНС). Последние на втором уровне подразделяются на инфильтрационные и эксфильтрационные (элизионные, рис.5,6).
Рис. 5. Схема инфильтрационной водонапорной системы
(по С.Б. Вагину)
породы: 1- коллекторы; 2- водоупоры; 3-напраление движения вод; 4-пьезометрический уровень.
Области: I-питания; II- напора и стока; III- разгрузки.
Рис. 6. Схема элизионной геостатической водонапорной системы
(по С.Б. Вагину)
породы: 1- породы-коллекторы; 2- уплотняющиеся глины и глинистые породы; 3-направление движения пластовых вод; 4-пьезометрический уровень.
Области: I-питания и напора; II и III-соответственно открытой и скрытой разгрузки.
Инфильтрационные ВНС являются открытыми и имеют все три элемента, присущие артезианскому бассейну (область питания, область напора и область разгрузки). В энергетическом отношении они находятся в гравитационном поле, пластовые давления равны гидростатическому.
Природные эксфильтрационные водонапорные системы связаны с движением подземных вод «изнутри наружу». Пластовое давление в водоносных (нефтеносных) пластах создается вследствие перетока жидкости из одних пластов (или их частей) в другие без пополнения жидкости извне. Элизионные литостатические и геодинамические системы, как правило, закрытые (или полураскрытые) т.к. сообщаются с дневной поверхностью только в области разгрузки или не сообщаются с ней. Пластовое давление элизионных литостатических систем обычно превышает гидростатическое:
Pпл. = H·ρ + ΔP = Pгидр + ΔPг (1,5 – 1,8 Pгидр)
где, ΔP – приращение давления, β* - коэффициент сжимаемости жидкости в водонапорных системах, . V0 - объем.
Основной формой энергии здесь является потенциальная энергия упругой деформации жидкости, накапливающейся в коллекторах в результате уплотнения пород и выжимания из них воды (нефти).
Рис. 7. Схема гидрогеологического бассейна (по С.Б.Вагину с дополнениями и изменениями В.М.Матусевича).
А- бассейн пластовых вод; Б- суббасейн грунтовых вод; В- бассейн трещинных и жильно-трещинных вод. Природные водонапорные системы: а- инфильтрационные, б-элизионные. Породы: 1- коллектор, 2-водоупоры, 3-магматические, 4-метаморфические, 5-система трещин в магматических породах, 6- тектонические нарушения, 7- направление движения пластовых вод, 8 и 9- области, соответственно, питания и разгрузки.
В элизионных геодинамических водонапорных системах Pпл. формируется под воздействием геодинамического давления (тектоническое сжатие – растяжение). Pпл. эл. геод. = Ргидр. ± ΔP (“+” – при сжатии, “ - ” – при растяжении горных пород). Геодинамические водонапорные системы, связанные с сжатием называются компрессионными (в Западной Сибири Pпл. 1,8 – 2,15 Pгидр.), а с растяжением – депрессионными (телионные по А.А. Карцеву,Рис. 10). Дефицит Pпл. от гидростатического варьирует в предела 0,3 – 0,9 Ргидр. Механизм формирования таких водонапорных систем связан с увеличением трещинно-порового объема пород при растяжении (раздвиге) и “засасывании” вод из окружающих пород в эти приразломные участки, что приводит к резкому снижению Pпл. ниже уровня условных Ргидр. Таким образом, в геодинамических водонапорных системах формируются сверхгидростатические (а не “аномально-высокие”!) и нижегидростатические – (субгидростатические по С.Б. Вагину; а не “аномально низкие”!) пластовые давления.
Геогидродинамические системы развиваются в связи с развитием соответствующих гидрогеологических бассейнов (рис.8).
Рис.8. Схема гидродинамического развития природных водонапорных систем (по В.А. Кудрякову):
1 – фундамент (ложе бассейна пластовых вод); 2 – глинистые породы; 3 – породы-коллекторы; направление: 4 – движения пластовых вод, 5 – распыленной разгрузки; 7 и 6 – пьезометрические линии соответственно нижнего и верхнего водоносных комплексов; Рпр – приведенное давление; l – длина профиля.