На этот счёт можно услышать разные мнения. Кто-то говорит, что это скважина, из которой вода течёт сама по себе, кто-то — что это скважина, пробуренная на известняки, кто-то — что это просто очень глубокая скважина. Как в притче про трёх слепцов, ощупывавших слона, каждый из них по-своему прав, но, в целом, картинка не складывается. Так что же такое артезианская скважина на самом деле?
Ответ прост: артезианская скважина — это водозаборная скважина, пробуренная на артезианский водоносный горизонт.
Это абсолютно точное определение, но от этого не легче. Теперь нужно разобраться с тем, что такое артезианский водоносный горизонт.
Здесь тоже всё просто — это такой водоносный горизонт, который входит в артезианский бассейн…
И снова это верно, но рассказ начинает напоминать сказку про белого бычка. Чтобы разорвать этот порочный круг, нам придётся немного погрузиться в гидрогеологию, науку о подземных водах.
Немного истории
Издревле люди копали глубокие колодцы для добычи воды. Так делали и в древней Греции, и в древнем Египте, и в Китае. Китайцы первыми догадались бурить скважины, обсаживая их бамбуковыми трубами. Иногда из таких скважин вода лилась сама, а иногда — вырывалась с большим напором, получался настоящий фонтан. Специалисты-гидрогеологи называют такое явление самоизливом, а такие скважины — фонтанирующими. В Европе одна из самых старых фонтанирующих скважин была пробурена в 1126 г. в монастыре в городке Лиллер во французской провинции Артуа, с тех пор во многих странах их и называют артезианскими.
Артезианские бассейны
Так что же такое артезианский бассейн, и почему вода там течёт из скважин сама по себе? Верхняя часть земной толщи (специалисты говорят геологического разреза) состоит из чередующихся слоёв различных, преимущественно осадочных горных пород. Осадочные породы — это породы, получившиеся из осадков, которые откладываются в основном на дне морей. Поверхность земли периодически поднимается и опускается и любой участок современной суши много раз в течение геологической истории был дном моря. В это время и отложились те самые пески, глины и известняки, которые лежат у нас под ногами за тысячи километров от ближайшего морского побережья. Какие породы отложатся на морском дне, зависит от многих факторов: глубины древнего моря, его температуры, близости древних берегов и гор… С течением времени действие этих факторов меняется: вот море стало глубже и на дне стали откладываться глины, вот море стало мелеть, приблизился берег и на дне отложился песок, вот море стало мелким и тёплым и на дне накопились раковины моллюсков, из которых получился известняк. Так и сформировался на морском дне слоистый пирог из различных осадочных пород. Много раз морское дно поднималось выше и становилось сушей, и в это время часть морских осадков размывалась и уносилась в другое море за сотни и тысячи километров от нашего места. Потом суша опять опускалась и становилась морским дном, где накапливались новые осадки. При этом земная толща могла немного наклониться и новые осадки накапливались уже в слоях расположенных под углом к старым (геологи называют такое залегание слоёв несогласным). Так за десятки сотни миллионов лет сформировалась сложная слоистая толща, которую представляет собой геологический разрез на большой части земной поверхности (мы не говорим пока о горных областях).
Поверхность земли поднимается и опускается неравномерно, к тому же, как мы теперь знаем, части земной коры (литосферные плиты) двигаются по горизонтали, сталкиваются и наезжают друг на друга, поэтому изначально горизонтальные слоистые толщи деформируются и в них образуются складки. Нас больше всего интересуют складки, в которых центральная часть опущена, а краевые подняты, Геологи называют такие складки синклиналями, а если складка имеет форму тарелки с опущенным центром и поднятыми со всех сторон краями, она называется мульдой. Размеры таких складок бывают самые разные, от первых метров до сотен и тысяч километров. Так вот, в синклиналях и мульдах, имеющих размеры в десятки и сотни километров, и может сформироваться артезианский бассейн.
Слоистая толща осадочных пород состоит из разных пород. Часть из них хорошо проницаема для воды: это пески, трещиноватые известняки и доломиты, часть почти непроницаема: это глины, глинистые известняки, мергели и, например, каменные соли. В проницаемых слоях подземные воды могут двигаться, и гидрогеологи называют их водоносными горизонтами. В непроницаемых слоях движение подземных вод происходит очень медленно, такие слои называются водоупорами. Кстати, сами по себе водоупорные породы могут содержать воды не меньше, чем водоносные, просто она там заперта и не может быстро вытечь. Поэтому нельзя говорить о том, что подземные воды содержатся только в водоносных горизонтах.
Поверхность земли часто повторяет структуру залегающих ниже толщ, и если мы имеем большую синклиналь или мульду, то на поверхности земли образуется впадина или котловина, в центре которой обычно бывает река или озеро, а по краям возвышаются холмы или даже горы.
Атмосферные осадки, дождь и тающий снег, частично стекают в реки, частично испаряются, а частично просачиваются в землю. Так происходит инфильтрационное питание подземных вод. Оно происходит практически повсеместно, за исключением самых засушливых (аридных) территорий. Подземные воды движутся, и в понижениях рельефа они просачиваются на поверхность в виде болот, родников и подводных ключей, питающих реки. Так происходит разгрузка подземных вод.
Теперь вернёмся к нашей мульде. Вода, просочившаяся в её периферийной части, на холмах, попадает в водоносный горизонт и течёт по нему, как по наклонной трубе к центральной пониженной части, где разгружается в реку или озеро. Даже если водоносный горизонт не имеет прямой связи с рекой, всё равно вода из него постепенно перетекает наверх через водоупор за счёт разности давлений (напоров), ведь напор воды в водоносном горизонте близок к высоте холмов, где вода просочилась в водоносный горизонт. Это течение очень медленное, но так как оно происходит на большой площади, количество воды, перетекающее через водоупор в центральной части складки, оказывается равным количеству воды, просочившемуся в водоносный горизонт на периферии. А если мы пробурим скважину в центральной части складки, напор в ней будет выше поверхности земли, и скважина будет фонтанировать. Вот что такое артезианский бассейн, и вот почему фонтанируют артезианские скважины.
Но где горы, и где Москва? Откуда артезианские скважины на нашей равнине? Всё то, что рассказано выше относится к артезианским бассейнам межгорного типа. Но есть ещё артезианские бассейны платформенного типа. В геологии платформами называют обширные области, где формирование земной коры с землетрясениями и извержениями вулканов закончилось сотни миллионов лет назад, и с тех пор они спокойно живут, плавно опускаясь и поднимаясь, накапливая на своей поверхности чехол осадочных пород. Москва находится посередине одной из таких платформ — Восточно-Европейской. Слои осадочных пород здесь лежат достаточно ровно, но и тут в них бывают складки, только размер у них намного больше — сотни и тысячи километров. Такие гигантские синклинали геологи называют синеклизами. Вот в центре одной из таких синеклиз, Московской, и находится город Москва. Внутри этой синеклизы расположен Московский артезианский бассейн. Его размеры огромны: от границ Карелии до Воронежа и от Смоленска до Иванова. Водоносные и водоупорные слои здесь тоже залегают в виде тарелки, правда, несимметричной, самая нижняя точка здесь сдвинута к северу, в Ярославскую область. Те водоносные горизонты, которые залегают у поверхности в Брянске и служат для добычи пресной воды, в Москве залегают на глубине более километра и содержат минеральную воду.
В артезианских бассейнах платформенного типа фонтанирующие скважины — это скорее не правило, а исключение, хотя в районах с большими перепадами высот рельефа они и встречаются. При этом вода в водоносных горизонтах обычно находится под давлением, и когда водоносный горизонт вскрывается скважиной, вода в ней поднимается выше кровли (верхней границы) водоносного горизонта. Гидрогеологи говорят, что подземные воды имеют избыточный напор и называют такие горизонты напорными. Но это не обязательное правило. В областях питания, там, где водоносный горизонт залегает первым от поверхности, подземные воды часто не имеют избыточного напора и их уровень находится внутри слоя водоносных пород (это называется безнапорный водоносный горизонт). Так же бывает и там, где водоносные горизонты прорезаются реками. Вода из них стекает (дренируется) в реку и слои водоносных пород бывают частично осушены. Избыточный напор также может быть снижен за счёт интенсивной откачки подземных вод водозаборами.
Артезианские скважины
Так что же получается? Артезианская скважина может вскрывать водоносный песок и известняк, фонтанировать и не фонтанировать, быть напорной и безнапорной, иметь глубину и 20, и 200 метров. Так в чём же отличие артезианских скважин от других? И какие они эти другие скважины?
Выше слоёв, образующих артезианский бассейн, часто залегают более молодые отложения, сформировавшиеся в нашем четвертичном периоде геологической истории в условиях, когда здесь уже была суша. Это отложения ледников и рек. Среди них тоже есть и проницаемые и водоупорные, те же пески и глины. В них тоже могут формироваться водоносные горизонты. Главное отличие этих горизонтов от артезианских в том, что они не простираются на сотни километров. Вода, которая в них содержится, попадает в них обычно здесь же на месте и недавно, а не течёт сотни лет по водоносным горизонтам. Часто такие водоносные горизонты залегают непосредственно под поверхностью земли без верхнего водоупора. Такие подземные воды называют грунтовыми.
Получается, что в центральной России скважины могут быть пробурены на артезианские водоносные горизонты и на грунтовые воды? Не совсем так. В четвертичных отложениях может быть несколько водоносных горизонтов, причём нижние вполне могут иметь избыточный напор. Более того, в северной части Подмосковья выше известняков залегают пески, отложившиеся в юрский и меловой периоды на морском дне. Водоносные горизонты в них тоже относятся к Московскому артезианскому бассейну, но по своим качествам скважины на них мало отличаются от скважин на водоносные пески в четвертичных отложениях. Буровики называют эти водоносные горизонты «глубокие пески».
И теперь пора перейти от высокой науки к суровой правде жизни. На практике не так важно артезианский водоносный горизонт вскрывает скважина или не артезианский. Решающую роль здесь играет то, в каких породах залегают подземные воды. Скважина на известняки кардинально отличается от скважины на пески, будь водоносный горизонт в песках артезианским или нет. Поэтому на практике «артезианскими» называют только скважины, пробуренные на водоносные известняки. Скважины же на водоносные пески обычно так не называются, хотя с точки зрения науки многие из них и имеют право на это высокое звание.
Преимущества артезианских скважин
Скважины на известняк имеют ряд весомых преимуществ перед скважинами на песок.
- Предсказуемость. Хороший гидрогеолог всегда определит, на какой глубине на вашем участке залегают водоносные известняки, какой будет уровень воды в скважине и каков будет состав подземных вод. Вы можете заранее с высокой точностью оценить затраты на бурение скважины, насос и водоподготовку.
- Высокая производительность. Водоносные известняки обычно имеют хорошую проницаемость и обеспечивают высокую производительность скважин. Не редкость когда большие промышленные скважины поднимают тысячи кубометров воды в сутки. В случае же скважины для частного дома, её производительность обычно ограничивается не характеристиками водоносного горизонта, а диаметром обсадных труб, не позволяющих установить более производительный насос. Кроме того производительность артезианских скважин не зависит от погоды, даже в самый засушливый год уровень воды в них не падает.
- Стабильность химического состава. Существует распространённое заблуждение, что глубокие водоносные горизонты содержат воду идеального качества, так как туда не проникает загрязнение с поверхности земли. Да это так, подземные воды в глубоких водоносных горизонтах защищены от загрязнения, но они проходят долгий путь через водовмещающие породы, взаимодействуют с ними и поэтому набирают в себя большое количество минеральных солей. Часто их содержание превышает предельные концентрации, определённые санитарными нормативами, поэтому если такую воду предполагается пить, необходимо пропустить её через станцию водоподготовки. Часто в подземных водах из известняков превышен показатель жёсткости, содержание железа. Случается, что превышены допустимые концентрации лития, стронция, фторидов. Однако, обеспечив в доме качественную водоподготовку и правильно её эксплуатируя, вы гарантированно будете иметь хорошую воду. Неглубокие скважины на песок обычно не защищены от загрязнения, и даже если сейчас ваша скважина выдаёт идеальную воду, не исключено, что через год она подтянет к себе шлейф загрязнения от соседского сортира.
- Долговечность. Скважины на известняк обычно бурят с использованием высококачественных труб, которые прослужат долгие годы. Кроме того, известняки не требуют установки сложных фильтровых колонн. Раньше часто скважины вообще бурились без обсадной колонны. Сейчас, для того чтобы предотвратить выпадение кусков известняка со стенок скважины обычно устанавливают фильтровую колонну, которая представляет собой просто перфорированную трубу. Скважина на песок же требует установки высококачественного сетчатого фильтра и при малейшем его повреждении начинает выбрасывать песок и заиливаться.
- Ремонтопригодность. Если всё-таки происходит обрушение породы в водоприёмном интервале скважины или из-за долгого простоя производительность скважины уменьшилась, её можно отремонтировать и углубить. Для увеличения производительности скважины её можно подвергнуть солянокислотной обработке или обработке пневмоимпульсом. Если же пришла в негодность скважина на песок, исправить её бывает затруднительно, а часто невозможно.
И их недостатки
Главный и, пожалуй, единственный недостаток артезианских скважин — это их цена. Скважины на известняк обычно намного глубже, чем скважины на песок и требуют использования более мощных буровых установок, поэтому они существенно дороже. Однако потратив деньги один раз, вы на долгие годы получаете надёжный источник качественной воды.
