Гидродинамическая зональность

В отличие от вод гидросферы подземная вода находится в постоянном контакте с породой. Площадь этого контакта отнесенная к единице объема воды очень велика и играет огромное значение в массобомене. Но эта площадь определяется не только пористостью пород. Геохимию подземных вод необходимо рассматривать с учетом ее подвижности относительно пород, с учетом величин и направленности диффузионных и фильтрационных скоростей миграции ее компонентов.

Вследствие подвижности каждый элементарный объем подземной воды постоянно оказывается в новых геохимических условиях и стремится к равновесию с ними. Это стремление к равновесию приводит к массообмену между породой и водой. В итоге вода оказывается тем основным транспортером, который осуществляет массообмен между породами. Подвижность подземных вод относительно пород имеет огромное значение не только в гидрогеохимии, но и в формировании вмещающих пород.

Динамика вод гидролитосферы характеризуется скоростями и направленностью фильтрации, которые закономерно меняются с глубиной. Можно предполагать, что закономерное изменение динамики подземных вод с глубиной в зоне эпигенеза подчиняется трем известным правилам: 1- скорости фильтрации закономерно уменьшаются; 2- преимущественно горизонтальная фильтрация сменяется на преимущественно вертикальную; 3- вертикальная фильтрация подземных вод, за очень редким исключением, направлена снизу вверх. В соответствии с этими правилами выделяют три основные гидродинамические зоны: верхнюю - свободного водообмена с поверхностью; среднюю - затрудненного водообмена и нижнюю - застойных подземных вод. Самая верхняя зона имеет место только на территории субаэральной континентальной коры и определяет процессы гипергенеза. Эпигенез связан со средней и нижней гидродинамическими зонами.

Средняя гидродинамическая зона является переходной между верх­ней и нижней. Следовательно, она характеризует условия перехода от процессов гипергенеза к процессам эпигенеза и может рассматриваться, как отличительная особенность регрессивного эпигенеза на субаэ­ральной части континентальной коры. В.П.Зверев предлагает относить к этой зоне все подземные воды, базисом дренирования которых служит ложе континентальной части океана на глубине около 2 км. Эта зона почти не имеет непосредственного водообмена с поверхностью, а скорости фильтрации в ней характеризуются отсутствием преобладающей направлености и измеряются n×10^-4 -n ×10^-5 м/сут. Возраст подземных вод этой зоны оценивается равным нескольким десяткам или сотням тысяч лет. Время их полного обновления измеряется десятками тысяч - миллионами лет. Как показали эксперименты, при скоростях фильтрации больше n×10^-3 м/сут конвективный массоперенос преобладает над диффузионным. Это означает, что на относительно малых глубинах может иметь место выщелачивание глинистых пород, вынос из них растворимых минеральных компонентов.

Именно нижняя гидродинамическая зона, которая выделяется практически полным отсутствием водообмена с поверхностью, характеризует условия как прогрессивного, так и регрессивного эпигенеза. Фильтрация подземных вод в этой зоне при прогрессивном эпигенезе имеет элизионный режим и направлена преимущественно вверх. Ее скорости контролируются, прежде всего, темпом погружения и уплотнения пород, а их направленность определяется, главным образом, геологическими и тек­тоническими факторами (проницаемость пород, наличие разломов, стратиграфических, литологических и других несогласий) и в меньшей степени геохимическими и гидрогеологическими (подток глубинных вод, нефте-газообразование, вторичное минералообразование и т.д.).

Уплотнение и отжатие приводят к тому, что подземная вода погружается медленнее, чем скелет осадков, вследствие чего порода как бы медленно погружается в подземную воду. Вследствие этого, чем больше мощность осадочного чехла, тем больше удельный объем скелета пород, который участвовал в массообмене с единицей объема подземной воды. Относительно скоростей фильтрации на больших глубинах могут существовать две альтернативные точки зрения. Согласно одной поступление подземных вод магматогенного генезиса из пород фундамента пренебре­жимо мало, и его можно не учитывать. В соответствии с этой точкой зрения фильтрации с приближением к основанию осадочного чехла исчезает. Поэтому скорости фильтрации подземных вод в зоне эпигенеза сопоставимы со скоростями диффузии отдельных компонентов в их составе, а их возраст сопоставим с возрастом вмещающих отложений, но не более возраста самых древних отложений чехла, и измеряется десятками и сотнями миллионов cогласно второй точке зрения, со стороны фундамента поступает заметное количество магматогенных вод. Тогда скорость их фильтрации с глубиной должна расти по мере уменьшения проницаемости пород, возраст подземных вод может быть существенно выше возраста пород. В том и в другом случае допускается, что в зоне эпигенеза конвективный массоперенос соизмеримым с диффузионным. Это касается и водопроницаемых пород, в которых скорость фильтрации не превышает n×10^-5 м/сут, и глин, конвективный массоперенос в которых становится соизмерим с диффузионным на глубинах уже около 1 км. Вследствие этого существует вероятность, что в условиях эпигенеза миграция компонентов в составе подземных вод часто определяется не градиентом гидростатического напора, а градиентом их концентраций. Даже если существует заметная фильтрация, заметить ее по изменению состава подземных вод очень трудно, так как подземная вода, как хамилион, всегда стремиться приспособится к новым условиям. При низких скоростях фильтрации все процессы массообмена происходят в условиях близких к равновесию.