Геология : Ч. III - Гидроrеология

Памяти 

профессора 

Сергея Васильевича 

Троянекого 

посвящается 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

СОВЕТ 

Председатель 

Л.А.ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

л.хгитис 

Члены редсовета 

А.П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

А.В. КОРЧАК 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

В.Л ПЕТРОВ 

э.м. соколов 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.А. ЧАНТУРИЛ 

президент МГГУ, 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ 

А.М. Гааьперин 

В.С. Зайцев 

Г. tl. Харитоненко 

Ю.А. tlорватов 

ГЕОliОГИЯ 

Часть 111 

ГИДРОГЕОliОГИЯ 

Допущено Учебно-методическим 

объединением вузов Российской Федерации 

по образованию в области горного дела 

в качестве учебника для студентов вузов, 

обучающихся по направлению подготовки 

«Горное дело» 

МОСКВА • 
«МИР ГОРНОЙ КНИГИ» • 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 

МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА • 
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА>> 

2 о о 9 

у 
дк 556/3(075) 

ББК 26.35 

г 17 

г 17 

Издано при финансовой поддержке ФедерШlьного агентства по печати 

и массовым коммуникациям в рамках ФедерШlьной целевой программы 

((Культура России>> 

Книга соответствует ((Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным 

государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 
г. 

(ОСТ 29.124-94). Санитарно-эпидемиологическое заключение ФедерШ1ьной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека М 
77.99.60.953.Д.О12634.11.08 

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела (письмо 
М 51-74/6 от 30.10.2007 г.) 

Рецензенm61: 
• 
кафедра геологии и гидрогеологии Московского государственного 

открьггого университета (зав. кафедрой проф., д-р геол.-минер. наук 

С.С. Бондаренко); 
• 
проф., д-р техн. наук В.И. Стрельцов (ФГУП ((ВИОГЕМ») 

Гальперин А.М., Зайцев В.С., Харитоненко Г.Н., Норнатов Ю.А. 

Геология: Часть Ш Гидроrеолоmя: Учебник д1lЯ вузов. М.: 

(~ир горной книги», Издательство Московского государствеЮiого горного ~~JrreЩ издательство (<Горная книга», 2009.- 400 с.: ил. 
(ГЕОЛОГИЯ) 

ISBN 978-5-91003-043-9 (в пер.) 
ISBN 978-5-7418-0591-6 
ISBN 978-5-98672-146-0 

И3Ложены основные вопросы дисциплины геолоmческого курса гидрогеолоmи примеНim:льно к праК11!ке горного дела. Приведсны сведенИII по общеА 

гидрогеолоmи, динамике подземных вод, горно-промышленноА гидрогеолоmи. 

Подробно охарактеризованы гидрогеолоmческие задачи, решаемые при освоении 

обводненных месторождениА твердых полезных ископаемых и подземном строительстве. Дана мст>дика составлении проmозных оценок гидрогеолоmческнх условнА освоении геолоmческоА среды. Описаны меропрИJПИJI по управлению техногеиным режимом подземных вод, а также мст>дика изучении гидрогеолоmческоА обстановки террiПОриА освоении геолоmческоА среды. 

А.М. Гальперин д-р техн. наук, проф., В.С. ЗаАцев канд. техн. наук, 

проф., Г.Н. ХарiПОненко канд. техн. наук, проф. (МПУ), Ю.А. Норватов д-р 

геол.-минер. наук (ВНИМИ). 

Дли сrудеiПОв вузов, обучающихси по направлению подrоrовки «Горное дело)). 

УДК 556/3(075) 

ББК 26.35 

ISBN 978-5-91003-043-9 
ISBN 978-5-7418-0591-6 
ISBN 978-5-98672-146-0 

© А.М. Гальперин, В.С. Зайцев, Г.Н. 

Jl~ !1!1 ~ll ~llilllill! ll~ 11 

Харитоненко, Ю.А. Норватов, 2009 

© (Мир горной книги», Издательство 
МГГУ, издательство «Горная книга», 
2009 

© Дизайн книги. Издательство МIТУ, 
2009 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Согласно сложившейся методике преподавания геологических дисциплин на технологических факультетах Московского 

государственного горного университета после изучения курсов 

«Основы геологии» (учебник «Геология», часть 1, издательство 

МГГУ), «Геология и разведка>> (учебник «Геология», часть П, 

издательство 
МГГУ) следуют 
курсы 
«Гидрогеология» 
и 

«Инженерная геология». В соответствии с утвержденной специальноЙ программой этих курсов кафедрой геологии подготовлены для издания следующие два учебника: «Гидрогеология» 

(учебник «Геология», часть III) 
и 
«Инженерная геология» 

(учебник «Геология», часть IY). 

В предлагаемом учебнике «Гидрогеология» выделены три 

раздела: «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и 

«Горно-промышленная гидрогеология», которые дают представление о современном уровне развития этой отрасли геологических знаний. 

Проблемы гидрогеологии месторождений полезных ископаемых и строительства подземных сооружений рассматриваются с учетом конкретных горно-технологических задач, что 

способствует выработке эффективных мероприятий по управлению состоянием массива горных пород в ходе освоения геологической среды и восстановления экологического равновесия. 

Принцип совместного рассмотрения гидрогеологических и инженерно-геологических процессов с гидрогеомеханических или 

прирадоохранных позиций служит надежной базой принятия 

адекватных горно-технических решений в условиях современного производства. 

В 1989 г. в издательстве «Недра» вышел учебник «Гидрогеология 
и 
инженерная 
геология» 
(авт.: 
А.М. 
Гальперин, 

В.С. 
Зайцев, 
Ю.А. Норватов) для студентов 
горно-технологических специальностей вузов. В 1993 
г. 
издательством 

«Балкема» (Нидерланды) была опубликована на английском 

языке новая редакция этого учебника. 

5 

За прошедшие почти двадцать лет накопилась научнотехническая и производственная информация, дополняющая, а 

иногда меняющая наши представления в рассматриваемых областях знаний. Кроме того, в этот период неоднократно пересматривались программы курсов данных дисциплин для студентов различных специальностей. Значительная переработка и дополнения увеличили 
объем, 
что 
потребовало 
разделыюга 

изложения данных курсов. Вместе с тем изложение ряда вопросов в книге осталось аналогичным, принятому в учебнике 1989 г. 

Издание учебника «Гидрогеология» подготовлено преподавателями кафедры геологии МГГУ- професеарами А.М. Гальпериным, В.С. Зайцевым и Г.Н. Харитоненко, а также проф. 
IO.A. Норватовым (ВНИМИ, Санкт-Петербург). 

Соавторы и коллеги хранят добрую память о безвременно 

ушедшем из жизни Геннадии Николаевиче Харитоненко товарище и ученом. 

Авторы искренне признательны рецензентам проф., д-ру 

геол.-минер. наук С.С. Бондаренко и проф., д-ру техн. наук 

В.И. Стрельцову, советы и замечания которых явились ценными 

для завершения работы над учебником «Гидрогеология». 

Авторы будут благодарны всем, кто укажет на имеющиеся в 

работе недочеты. Замечания просьба направлять 110 адресу: Москва, Ленинский просп., д. 6, МГГУ, кафедра геологии. 

ВВЕДЕНИЕ 

Картипа видшtой природы 

определяется водой. 

В.И. Вернадский 

Термин гидрогеология вnервые был исnользован в 1802 
г. 

французским естествоисnытателем Жаном Батистом Ламаркам 

для обозначения явлений разрушения и отложения пород с nомощью воды 1-ta nоверхности Земли. С 80-х г. XIX в. этот термин 

стал означать учение о nодземных водах. 

По мнению основоnоложника отечественной гидрогеологии 

и инженерной геологии академика Федора Петровича Саnаренского (1881-1946), «развитие учения о nодзеr.шых водах шло 

по двум nутям: во-nервых, nоскольку nодземные воды nриурочеllы к горным nородам, имеющим оnределенные формы и условия залегания, гидрогеология тесно связана с геологией, на 

основе которой она развивалась и без знания которой изучение 

ее невозможно; с другой стороны, nоскольку подземные воды 

находятся в движении и для различных практических целей их 

извлечения или использования nриходится nрибегать к данным 

гидравлики и гидрологии, развитие учения о подземных водах 

шло также по пути техническому разработки основных наложений гидравлики подземных вод и выработки nрактических 

приемов количественной оценки их для задач водоснабжения, 

осушения и т.д.». 

В современном представлении, гидрогеология это прикладная научная дисциплина, которая изучает: 1) nроисхождение, 
условия залегания, закономерности распространения 
и 

движения подземных вод в земной коре; 2) процессы взаимодействия подземных вод, рассматриваемых как сложные природные растворы, с горными породами, представляющими собой многокомпонентные динамичные системы; 3) роль nодземных вод в геологических процессах и формировании 1\lесто
7 

рождений полезных ископаемых; 4) изменения гидрогеологической обстановки в процессе инженерной деятельности. 

Гидрогеология тесно связана со смежными отраслями знаний 

климатологией, метеорологией, гидрологией и мелиорацией, 

физикой, химией, математикой, горным и строительным делом. 

Расширение знаний о подземной гидросфере, необходимость решения сложных и многообразных проблем освоения 

геологической среды обосновали целесообразность выделения 

следующих основных научных направлений в гидрогеологии. 

1. Общая гидрогеология рассматривает происхождение, 

размещение, движение подземных вод и процессы их взаимодействия с горными породами, изучает особенности физических 

свойств подземных вод, находящихся во взаимодействии с поверхностными водами Земли. Становление и развитие этого направления гидрогеологии связано с трудами В.И. Вернадского, 

Ф.П. Саваренского, А.Ф. Лебедева, О.К. Ланге, Н.И. Толстихина, Г.Н. Каменского, А.М. Овчинникова, Г. В. Богомолова. 

2. Гидрогеохи.иия занимается изучением формирования 

химического состава подземных вод различного происхождения. Как научное направление она возникла на стыке геохимии 

и гидрогеологии; основная роль в формировании ее научных основ принадлежит В.И. Вернадскому, А.Е. Ферсману, А.И. Ссмихатову, Г.Н. Каменскому, В.А. Приклонскому, А.М. Овчинникову, Е.В. Пиннекеру, В.М. Швецу, С.С. Бондаренко. Развитие 

гидрагеохимии в нашей стране способствовало разработке гидро-геохимического метода поиска полезных ископаемых, основанного на регистрации в подземных и поверхностных водах 

следов химических элементов. 

3. Дииамика подземиых вод- исследует закономерности 

движения подземных вод в горных породах с целью количественной оценки этого процесса и управления им в нужном 

направлении. Основы динамики подземных вод заложены 

Л. Дарен, Ж. Дюпюи, Н.Е. Жуковским, Н.Н. Павловским, 

Ф. Форхгеймером. Велик вклад в развитие динамики подземных вод Ф.М. Бочевера, Н.К. Гиринского, В.М. Шестакова, 

IЗ.Л. Мироненко, И.К. Гавич, Б.В. Боревского, Я. Бэра, Де Уиста, 

Ж. Фрида и других современных исследователей. 

8 

4. Криогидрогеология изучает происхождсние, условия 

залегания, распространения и формирования подземных вод в 

районах распространения многолетнемерзлых пород. Значительная распространенность толщ многолетнемерзлых пород в 

пределах нашей страны потребовала постановки специальных 

исследований и разработки теоретических основ криогидрогеологии, отраженных в трудах М.В. Львова, Н.И. Толсп-1хина, 

М.И. Сумгина, П.Ф. Швецова, В.А. Кудрявцева. 

5. Региопальпая гидрогеология исследует закономерности условий залегания, распространения и формирования подземных вод отдельных регионов, разрабатывает принцилы гидрогеологического картирования и районирования геологических 

сред с учетом их многообразия. Становление этого направления 

связано с работами С.Н. Никитина, Н.Ф. Погребова, ФЛ. Саваренского, A.I-1. Ссмихатова, И.К. Игнатовича, Н.И. Толстихина, 

Е.В. Пиннекера, В.А. Кирюхина, И.С. Зекцсра. 

б. Горпо-про.ttышлеппая гидрогеологии изучает подземные воды месторождений твердых полезных ископаемых и территории инженерного воздействия для обоснования инженерных мероприятий по предупреждению вредного влияния подземных вод на объекты горного производства, разрабатывает 

мероприятия по охране подземных вод от истощения и загрязнения. 

К основным задачам гидрогеологического обсспече1шя горных работ относятся: 
+ установление общих закономерностей техногенного режима подземных вод при строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий; 
+ изучение 
фильтрационных 
процессов, 
определение 

фильтрационных параметров и оценка условий питания водоносных горизонтов, дренируемых в ходе горных работ или подлежащих охране; 
+ прогноз водопритоков в горные выработки, обоснованис 

направления дренажных мероприятий и определение параметров дренажных систем, контроль эффективности дренажных 

мероприятий; 

9 

+ изучение и прогноз механических nроцессов, развивающихся в обводненных массивах горных пород при ведении 

горных работ; 

+ проведение специальных гидрогеологических исследований по прогнозу и контролю загрязнения и истощения 

подземных вод и обоснование мероприятий по охране водных 

ресурсов геологической среды. 

Перечисленные задачи решаются с исnользованием натурных наблюдений и экспериментов, аналитических расчетных 

методов, методов геологической и гидрогеологической аналогии, математического и физического моделирования фильтрационных процессов. 

Научно-методические основы горно-промышленной гидрогеологии разработаны Д.И. Щеголевым, С.В. Троянским, СЛ. 

Прохоровым, М.В. Сыроватко, М.С. Газизовым, В.А. Мироненко, Ю.А. Норватовым, В.Г. Румыниным, Г.Н. Харитоненко. 

Применитслыю к условиям горного нроизводства и различных видов строительства проблемы гидрогеологии тесно связаны с проблемами инженерной геологии. Их успешное решение 

возможно в рамках нового научного направления гидрогеомеханики, созданного В.А. Мироненко и В.М. Шестаковым. 

Гидрогеомеханика с единых методологических позиций рассматривает механико-математические основы гидрогеологических и инженерно-геологических процессов в обводненных 

массивах горных пород. При этом первостепенное значение 

приобретает 
гидрогсомсханическая 
схематизация 
массива, 

обеспечивающая связь геологической основы с ее механикоматематическим описанием. 

В данном учебнике авторами предпринята попытка комплскс•юго рассмотрения с гидрогеомеханических позиций некоторых горно-геологических явлений: фильтрационных деформаций горных пород вокруг выработок; фильтрационной консолидации естественных оснований и отвальных массивов; депрессионного уплотнения осушаемых массивов. 

Проблемы горно-промышле11ной гидрогеологии и инжеllерной геологии носят комплексный характер, обусловленный нс
10