Гидрогеология

Гидрогеология (от гидро... и геология), наука о подземных водах, изучающая их состав и свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами. Г. тесно связана с гидрологией, геологией (в т. ч. инженерной геологией), метеорологией, геохимией, геофизикой и др. науками о Земле; опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.

Историческая справка. Накопление практических знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времён, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. искусство сооружения копаных колодцев глубиной в несколько десятков м известно за 2-3 тыс. лет до н. э. в Египте, Средней Азии, Индии, Китае и др. странах. Имеются сведения о лечении минеральными водами в этот же период. В 1-м тыс. до н. э. появились зачатки научных представлений о свойствах природных вод, их происхождении, условиях накопления и круговороте воды на Земле [в Древней Греции - Фалес (7-6 вв. до н. э.), Аристотель (4 в. до н. э.); в Древнем Риме - Лукреций, Витрувий (1 в. до н. э.) и др.]. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением, строительством каптажных сооружений (например, кяризов у народов Кавказа и Средней Азии), добычей солёных вод для выпаривания соли путём копания колодцев, а затем бурения (территория России, 12-17 вв.). Возникли понятия о водах ненапорных, напорных (поднимающихся снизу вверх) и самоизливающихся. Последние получили в 12 в. название артезианских (от провинции Артуа во Франции). В эпоху Возрождения и позднее подземным водам и их роли в природных процессах были посвящены работы западноевропейских учёных Агриколы, Палисси, Стено и др. В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путём инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в соч. "О слоях земных" (1763). В конце 19 - начале 20 вв. были выявлены закономерности распространения грунтовых вод (В. В. Докучаев, П. В. Отоцкий) и составлена карта зональности грунтовых вод Европейской части России. До середины 19 в. учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии. Затем оно обособляется в отдельную дисциплину, которая в дальнейшем всё более дифференцируется. В формировании Г. большую роль сыграли французские инженеры Л. Дарси, Ж. Дюпюи, Шези, немецкие учёные Э. Принц, К. Кейльхак, Х. Хёфер и др., учёные США А. Хазен, Ч. Слихтер, О, Мейнцер, А. Лейн и др., русские геологи С. П. Никитин, И. В. Мушкетов и др. Большую роль в развитии Г. в России сыграла систематическая геологическая съёмка, производившаяся Геологическим комитетом. После Великой Октябрьской социалистической революции гидрогеологические исследования получили широкий размах. Изучение подземных вод приобрело систематический характер, была создана сеть гидрогеологических учреждений, организована подготовка специалистов-гидрогеологов. Индустриализация страны дала толчок к развитию гидрогеологических исследований для целей централизованного водоснабжения новых городов, крупных заводов, фабрик. За последующие годы сов. Г. превратилась в многогранную область геологических знаний, в которой начали развиваться многочисленные отрасли: общая Г.; динамика подземных вод; учение о режиме и балансе подземных вод; гидрогеохимия; учение о минеральных, промышленных и термальных водах; учение о поисках и разведке подземных вод; мелиоративная Г.; гидрогеология месторождений полезных ископаемых; региональная Г.

Общая Г. изучает происхождение подземных вод, их физические и химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными породами. Творческий вклад в эту область Г. внесли советские учёные А. Ф. Лебедев, А. Н. Бунеев, В. И. Вернадский и др., австрийский геолог Э. Зюсс, учёный США А. Лейн, немецкий гидрогеолог X. Хёфер и др. Изучение подземных вод в связи с историей тектонических движений, процессов осадконакопления и диагенеза позволило подойти к выяснению истории их формирования и содействовало возникновению в 30-40-х гг. 20 в. новой отрасли общей Г.- палеогидрогеологии (учение о подземных водах прошлых геологических эпох).

Динамика подземных вод изучает движение подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов, разрабатывает методы количественной оценки производительности эксплуатационных скважин и запасов подземных вод. Большую роль в развитии теории динамики подземных вод сыграли в СССР - Н. Е. Жуковский, Н. Н. Павловский, Г. Н. Каменский и др., за рубежом - Ж. Дюпюи и Л. Дарси (Франция), А. Тилль (Германия), Ф. Форхгеймер (Австрия), Ч. Слихтер, Ч. Хейс, М. Маскет, Р. де Уист (США).
Учение о режиме и балансе подземных вод рассматривает те изменения в подземных водах (их уровне, температуре, химическом составе, условиях питания и движения), которые происходят под воздействием различных природных факторов (атмосферных осадков и условий их инфильтрации, испарения, температуры и влажности воздуха и почвенного слоя, влияния режима поверхностных водоёмов, рек) и деятельности человека (строительство плотин, водохранилищ и водозаборов, осушения или орошения и т.д.) (русские учёные А. В. Лебедев, А. А. Коноплянцев, М. М. Крылов, американский учёный О. Мейнцер и др.). Во 2-й половине 20 в. начали разрабатываться методы прогноза режима подземных вод, что имеет важное практическое значение при эксплуатации подземных вод, гидротехническом строительстве, орошаемом земледелии и решении др. вопросов.
Гидрогеохимия изучает процессы формирования химического состава подземных вод и закономерности миграции в них химических элементов. Теоретические предпосылки строятся на современных представлениях о структуре природных вод, о распространённости химических элементов в земной коре и горных породах, на понятии о кларках, факторах миграции, накопления, осаждения и рассеивания различных элементов и их изотопов в природных водах, о газовом составе подземных вод и др. Основы гидрогеохимии заложены трудами В. И. Вернадского в 30-х гг. 20 в. Оформилась эта отрасль Г. в 40-х гг. 20 в. Большой вклад в её развитие внесли советские учёные А. Н. Бунеев, О. А. Алекин, В. А. Сулин и др.
В 50-х гг. 20 в. значение самостоятельного направления получила радиогидрогеология - изучение миграции в подземных водах радиоактивных элементов (работы А. П. Виноградова, А. Н. Токарева, А. В. Щербакова).
Учение о минеральных, промышленных и термальных водах. Учение о минеральных водах рассматривает вопросы химического состава и происхождения минеральных вод, их классификацию на основные генетические типы, создаёт представление о месторождениях и ресурсах минеральных вод и решает проблемы их практического использования (главным образом для курортно-санаторного лечения). Вопросы изучения и использования минеральных вод освещены в работах А. Н. Огильви, Н. Н. Славянова, Н. И. Толстихина, А. М. Овчинникова, В. В. Иванова и др. Воды с повышенным содержанием разных элементов (иода, брома, бора, стронция, лития, радия и др.), получившие название промышленных, исследуются для извлечения из них указанных элементов. Изучение, поиски и разведка месторождений термальных и перегретых вод проводятся в целях использования их для теплофикации городов и населённых пунктов.
Учение о поисках и разведке подземных вод разрабатывает способы выявления месторождений подземных вод, пригодных для организации водоснабжения, орошения и др. практических целей; даёт их количественную и качественную оценку; решает задачи, возникающие при строительстве инженерных сооружений, при осушительных мероприятиях, ирригации. Вопросам методики гидрогеологических исследований в связи с поисками и разведкой подземных вод посвящены работы А. И. Силина-Бекчурина, С. К. Абрамова, М. Е. Альтовского, Н. А. Плотникова, Н. Н. Биндемана, Ф. М. Бочевера, французского учёного Ж. Кастани и др.
Мелиоративная Г. разрабатывает методы улучшения гидрогеологических условий орошаемых и осушаемых территорий в целях их наиболее рационального с.-х. освоения. Вопросы мелиоративной Г. (определение норм полива, обеспечение водой с.-х. культур, прогноз режима подземных вод, борьба с засолением почв и др.) имеют важное значение для обширной территорий аридной зоны земного шара (работы М. М. Крылова, Н. Н. Ходжибаева и др.).
Г. месторождений полезных ископаемых занимается изучением подземных вод применительно к задачам геологопромышленной оценки месторождений, их освоения и разработки. Развиваются 2 направления: Г. месторождений твёрдых полезных ископаемых и Г. нефтегазоносных месторождений, что объясняется спецификой разведки, освоения и добычи этих полезных ископаемых (работы С. В. Троянского, М. В. Сыроватко, Н. И. Плотникова, А. А. Саукова, П. П. Климентова и др.). Выделяется рудничная Г., разрабатывающая мероприятия по борьбе с подземными водами.
Региональная Г. изучает закономерности распространения подземных вод в различных природных условиях в связи с геологическими структурами. Она развивается на основе гидрогеологического картирования различного масштаба-от 1:500000 до 1:10000, основанного на геологической съёмке. Наряду с картированием отдельных районов составляются сводные гидрогеологические карты территории СССР. Успехи в изучении Г. на территории СССР достигнуты в результате многолетней исследовательской работы русских и советских учёных - С. Н. Никитина, Н. Ф. Погребова, Ф. П. Саваренского, А. Н. Семихатова, О. К. Ланге, Н. И. Толстихина, И. К. Зайцева и др. В результате региональных исследований создаются многочисленные общие и специальные карты; так, в СССР изданы "Гидрогеологические карты СССР" в масштабе 1:2500000 (1959, 1964) и "Гидрохимическая карта СССР" в масштабе 1:5000000. С 1966 выходит "Гидрогеология СССР" (в 45 тт.). На основе региональной Г. получило развитие учение о горизонтальной и вертикальной зональности (П. В. Отоцкий, В. С. Ильин, Б. Л. Личков, Н. К. Игнатович, Н. И. Толстихин и др.).
Большую роль в развитии Г. в СССР сыграла Лаборатория гидрогеологических проблем имени академика Ф. П. Саваренского АН СССР (1940-50); ныне ведущими гидрогеологическими организациями являются Всесоюзный институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО), институт водных проблем АН СССР, институт гидрогеологии и инженерной геологии (г. Ташкент), гидрогеологическая секция Всесоюзного геологического института (ВСЕГЕИ), кафедры гидрогеологии вузов. За рубежом гидрогеологическими исследования производятся университетами, а также научно-исследовательскими организациями, геологической службой и крупными фирмами, специализирующимися в области водоснабжения и ирригации.
Лит.: Саваренский Ф, П., Гидрогеология, 2 изд., М. - Л., 1935; Лебедев А. Ф., Почвенные и грунтовые воды, 4 изд., М. - Л., 1936; Овчинников А. М., Общая гидрогеология, 2 изд., М., 1954; Гордеев Д. И., Основные этапы истории отечественной гидрогеологии, М., 1954 (Труды лаборатории гидрогеологических проблем, т. 7); Токарев А. Н., Щербаков А. В., Радиогидрогеология, М., 1956; Каменский Г. Н., Толстихина М. М., Толстихин Н. И., Гидрогеология СССР, М., 1959: Личков Б. Л.. Природные воды Земли и литосфера, М. - Л., 1960; Овчинникова. М., Минеральные воды, 2 изд., М., 1963; Гордеев Д. И., Учение В. И. Вернадского о природных водах и его значение для гидрогеологии, "Вести. МГУ. Серия 4. Геология", 1963, ?1; Брусиловский С. А., Ланге О. К., Пашковский И. С., Развитие гидрогеологии в СССР после 1917 года, "Бюл. Московского общества испытателей природы. Отдел геологический", 1967, т. 72, в. 5; Ланге O. К., Гидрогеология, М., 1969.
? А. М. Овчинников.