Виды и категории воды в горных породах
Контрольная работа - Геодезия и Геология
Другие контрольные работы по предмету Геодезия и Геология
. Первый вид образуется в горных породах за счет процессов избирательной диффузии молекул воды в направлении к минеральной поверхности, обусловленной наличием у последней ионной атмосферы - так называемого двойного электрического слоя, состоящего обычно из катионов порового раствора, компенсирующих отрицательный заряд минеральных частиц. Двойной электрический слой имеет две части: внутреннюю, называемую адсорбционным слоем (с), и внешнюю - диффузный слой (d). Концентрация катионов экспоненциально увеличивается по нормали к минеральной поверхности и это обусловливает наличие градиента концентрации, вызывающего осмотическое передвижение молекул воды из объема свободного порового раствора (е) в пределы двойного электрического слоя (d). Образующаяся таким образом осмотическая вода занимает внешнюю часть двойного электрического слоя - диффузный слой (d). Осмотической эту воду назвали потому, что ее образование связано с явлением микроскопического поверхностного осмоса, напоминающего обычный макроскопический осмос. Движение воды через полупроницаемую мембрану (то есть пропускающую относительно малые по размеру молекулы воды, но не пропускающую более крупные катионы) под действием градиента концентрации (хорошо известна роль подобных мембран в клетках многих животных организмов, тоже содержащих осмотическую воду). В горных породах роль этой полупроницаемой мембраны выполняет внешняя граница двойного электрического слоя. С этой категорией воды тесно связана способность многих глинистых пород набухать, то есть увеличивать свой объем при впитывании влаги.
Второй вид воды переходного состояния - это капиллярная вода. Она образуется в порах капиллярного размера (диаметром от 10- 3 до 103 мкм) за счет капиллярного давления и удерживается в горной породе капиллярными силами водных менисков (силами поверхностного натяжения), образующихся на границе фаз вода-воздух-твердая поверхность. Капиллярные силы практически не меняют структуры воды и поэтому капиллярная вода по основным физическим свойствам практически не отличается от свободной. Она может формироваться в горных породах двояко:
) за счет так называемого явления капиллярной конденсации, когда молекулы воды постепенно конденсируются на поверхности пленки адсорбированной влаги, обволакивающей частицы породы, и, сливаясь в местах контакта (на стыке частиц), образуют водные мениски.
) за счет капиллярного впитывания воды по сообщающимся порам, трещинам и каналам при контакте породы со свободной водой.
К третьему типу относится собственно свободная вода, обладающая физическими свойствами обычной воды. В горных породах она делится на два вида:
) вода замкнутая (иммобилизованная) в крупных порах породы и поэтому не участвующая в процессах фильтрации и движении подземных вод.
) текучая свободная вода (вода грунтового потока).
2. Виды воды в горных породах
Горные породы содержат различные виды воды. Ее состояние и свойства в рыхлых песчаных и глинистых породах впервые были экспериментально изучены советским ученым А.Ф. Лебедевым, выделившим несколько видов воды в горных породах, отличающихся физическими свойствами. Позднее идеи А.Ф. Лебедева получили дальнейшее развитие в работах В.А. Приклонского, А.А. Роде, А.М. Васильева, В.Д. Ломтадзе, Е.М. Сергеева и др. В настоящее время предложено следующее подразделение видов воды в породах:. Вода в форме пара.. Физически связанная вода: 1) прочносвязанная (гигроскопическая) вода; 2) слабосвязанная (пленочная) вода.. Свободная вода: 1) капиллярная вода; 2) гравитационная вода.. Вода в твердом состоянии.. Кристаллизационная вода и химически связанная вода.
Вода в форме пара содержится в воздухе, заполняющем пустоты и трещины горных пород, свободные от жидкой воды. Парообразная вода находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами атмосферы. Прочносвязанная вода образуется непосредственно на поверхности частиц горных пород в результате процессов адсорбции молекул воды из паров и прочно удерживается под влиянием электрокинетических и межмолекулярных сил. Вследствие этого она и получила название прочносвязанной или гигроскопической. Содержание прочносвязанной воды зависит от состава, структуры и степени дисперсности минеральных частиц. Особенно много физически связанной воды содержится в тонкодисперсных глинистых породах. Слабосвязанная вода имеет меньший уровень энергетической связи. Она образует на поверхности частиц как бы вторую пленку поверх прочносвязанной и может передвигаться от участков с большей толщиной пленки к участкам, где толщина меньше. Пленка удерживается молекулярными силами, возникающими между молекулами прочносвязанной воды и молекулами воды вновь образующейся пленки. По мере роста толщины пленки действие молекулярных связей уменьшается. Внешние слои слабосвязанной воды доступны для питания растений и могут служить средой развития микроорганизмов. Суммарное содержание прочно- и слабосвязанной воды образует максимальную молекулярную влагоемкость, которая изменяется в зависимости от состава пород (в%): для песков 5-7; супесей - 9-19; суглинков - 15-23; глин - 25-40.
Капиллярная вода частично или полностью заполняет тонкие капиллярные поры и трещинки горных пород и удерживается в них силами поверхностного натяжения (капиллярных менисков). Она подразделяется на капиллярно-разобщенную, капиллярно-подвешенную и капиллярно-поднятую. К