Очень часто артезианские скважины ассоциируются с большой глубиной, водой питьевого качества. Некоторые полагают, что такие скважины непременно бурятся на известняк. Это так только отчасти, а вот почему - рассмотрим подробнее.
Какие бывают водоносные горизонты
Для начала поясню про сами водоносные горизонты. Их можно разделить на 2 группы: напорные и безнапорные. Такое деление связано с принципиально разным механизмом формирования запасов подземных вод.
Напорным называется горизонт, имеющий напор. Он определяется при бурении как разница между появившимся и установившимся уровнями. Напор возникает тогда, когда водовмещающие породы перекрыты водоупорными, а область питания расположена выше по рельефу.
Откуда пошло название «артезианская скважина»
Артезианской называется скважина, пробуренная на одноименный горизонт. Это логично. Чтобы понять, почему сам горизонт носит такое название, немного углубимся в историю.
В геологии принято присваивать названия по местности, в которой впервые было описано то или иное явление, породы определенного возраста. Например, юрский период получил названия благодаря горам Юра на востоке Франции (граница со Щвейцарией), где отложения этого возраста были описаны впервые.
Ровно то же самое произошло с артезианскими водоносными горизонтами. Впервые фонтанирующая скважина (самоизлив) была пробурена в местечке Артуа во Франции. Допускаю, что это не единственное такое место, но известно стало именно оно. Прилагательное, сформированное от этого названия по-французски звучит как «артезиан». Напорные горизонты стали называть аналогично, но больше на бытовом уровне, а вот за более крупными структурами этот термин закрепился. О них стоит поговорить подробнее.
Артезианский бассейн
Как я уже отмечал ранее, в гидрогеологии водоносные горизонты называют по возрасту водовмещающих пород. Часто водоносные горизонты имеют между собой гидравлическую связь, которая выражается в перетоках из одного слоя в другой. Такие связанные горизонты вместе называют водоносным комплексом. Комплексы, в свою очередь, слагают бассейн.
Артезианским бассейном называется крупная геологическая структура регионального масштаба, состоящая из водоносных комплексов, обладающих напором. Такая структура имеет форму чаши и именуется синеклизой. Это огромная складка горных пород диаметром в сотни километров. Частный пример — Московская синеклиза, представляющая собой огромный артезианский бассейн.
Отмечу, что артезианский бассейн всегда имеет осадочное происхождение. Есть места, причем весьма обширные, где артезианских вод нет в принципе. Например, Кольский полуостров или Екатеринбург со Свердловской областью. Там подземные воды залегают или в песках, или в трещиноватых магматических породах (граниты, диориты и др.), а все потому, что фундамент литосферных плит находится близко к поверхности.
Связь артезианской скважины с известняками
В зависимости от условий осадконакопления откладывались известняки, глины, пески (потом они при определенных условиях могут стать песчаниками). Изначально породы залегают горизонтально, но под влиянием тектонических движений (а они могут быть в разных направлениях, в том числе, вниз или вверх) форма изменяется, слои изгибаются.
Так уж повелось, что водоносные горизонты, залегающие в известняках, часто входят в состав артезианских бассейнов и используются для водоснабжения. Это не значит, что артезианские воды могут быть только в них, это лишь частный случай, хотя достаточно распространенный. Если между слоями известняка в этой структуре есть слой водонасыщенного песка или песчаника, то скважина на него тоже будет артезианской.
Может ли артезианская скважина быть на безнапорный горизонт?
По своей сути артезианский бассейн всегда содержит напорные воды, исключением являются его краевые части (область питания), где древние породы подходят близко к поверхности. Если пробурить в этой части, то скважина будет артезианской, но напора не будет.
Есть еще частный случай, характерный для участков с очень большими объемами откачек. Любая скважина понижает уровень подземных вод в некотором радиусе от себя. Бывают такие масштабы, что срабатывается напор. Яркий пример — Москва. Московский метрополитен постоянно откачивает воду из известняков для обеспечения работы глубоких станций, к нему добавляются другие более мелкие предприятия, потребляющие воду для своих нужд. За годы существования метро уровень подольско-мячковского горизонта был сработан примерно на 80 м. Если раньше скважины на этот горизонт фонтанировали, то теперь он местами стал безнапорным, а образовавшаяся депрессионная воронка ушла уже далеко за границы Московской области.
О качестве артезианских вод
О качестве воды мы судим по химическому составу и содержанию примесей и бактерий. Это большая отдельная тема, здесь кратко обрисую основные моменты.
Напорные горизонты, в том числе и артезианские, обычно хорошо защищены от попадания загрязнений с поверхности (включая бактерии), но нельзя забывать, что состав воды напрямую связан с составом породы. Если воду содержит известняк или доломит, то будет большое содержание солей кальция и магния (повышенная жесткость), очень часто в них много железа. Для песчаников характерно высокое содержание кремния (обычно в пределах нормы, но в не в каждой воде он вообще есть). Попадание рабочей части фильтра в глину, богатую органикой (например, юрские или некоторые меловые глины), загубит скважину не столько глинистыми частицами, сколько продуктами разложения органики (к вопросу о правильной конструкции скважины). Частный случай — сероводород.
С глубиной увеличивается минерализация, что связано с ухудшением связи с поверхностными водами и длительным проникновением атмосферных осадков в горизонт. От региона к региону цифры разнятся очень сильно, но в целом эта закономерность существует.