Гидрогеология

ГИДРОГЕОЛОГИЯ (от гидро... и геология), наука о подземных водах, изучающая их происхождение, состав, свойства, условия залегания и распространения, связь с геологическими структурами и горными породами, питание, движение и разгрузку, режим и баланс, взаимодействие с окружающей средой (атмосфера, поверхностные воды), возможности использования различных типов подземных вод (пресных питьевых, минеральных лечебных и промышленных, термальных), проблемы их охраны от истощения и антропогенного загрязнения. Основные разделы гидрогеологии: региональная гидрогеология, гидрогеодинамика, гидрогеохимия, гидрогеотермия, палеогидрогеология, гидрогеоэкология; научно-прикладные направления: разработка методов оценки запасов и ресурсов различных типов подземных вод, гидрогеология месторождений полезных ископаемых (твёрдых, нефти и газа), инженерная и мелиоративная. Гидрогеология  тесно связана с геологией, геохимией, геокриологией, гидрологией, метеорологией и другими науками о Земле, а также физикой, химией, вычислительной математикой.

Историческая справка. Сведения о подземных водах известны с 3-го тысячелетия до нашей эры в связи с их использованием для питьевого и хозяйственного водоснабжения в районах с дефицитом поверхностных вод (Ближний Восток, Средняя Азия, Южный Китай). Первые работы, в которых рассмотрено происхождение подземных вод, условия накопления и их роль в процессах круговорота воды на Земле, относятся к 1-му тысячелетию до нашей эры (Фалес, Платон, Аристотель, Лукреций). Наиболее близкие к современным представления о формировании подземных вод даны Витрувием в сочинении «Десять книг об архитектуре» и позднее в трудах среднеазиатских учёных Бируни и М. Каради. В 16-17 веках вопросы происхождения подземных вод и их движения в земной коре рассматривались в трудах европейских учёных (Г. Агриколы, Б. Палисси, Р. Декарта, И. Кеплера, А. Кирхера). В 1670-1717 французскими учёными П. Перро и Э. Мариоттом выполнены первые количественные оценки инфильтрационного питания подземных вод в бассейне реки Сена. Опытным путём французский исследователь А. Дарси (1856) вывел эмпирическую формулу движения подземных вод (линейный закон фильтрации), что явилось началом разработки теории движения подземных вод и методики фильтрационных расчётов, которые были продолжены французскими учёными Ж. Дюпюи, А. Тимом, американским исследователем Ч. Слихтером, в 20 веке - Ч. Хейсом, М. Маскетом и др. В 1902 году Э. Зюссом обоснована гипотеза ювенильного (магмогенного) генезиса подземных вод, в 1902-08 австрийскими учёными Г. Гефером и А. Лейном выдвинута гипотеза седиментационного (седиментогенного) генезиса подземных вод. Становление гидрогеологии связано также с именами А. Шези (Франция), Э. Принца, К. Кейльхака, Х. Хёфера (Германия), А. Хазена, О. Мейнцера (США) и др.

В России первые научные представления о происхождении подземных вод, их движении, взаимодействии с горными породами и др. были рассмотрены М. В. Ломоносовым (18 век), о минеральных водах - в трудах В. М. Севергина (на рубеже 18-19 века). Первые систематические исследования грунтовых и более глубоких подземных вод Центральной России и ряда других районов начаты в середине 19 века (С. Н. Никитин, А. П. Павлов, Г. Е. Щуровский и др.). В конце 19 века В. В. Докучаевым были заложены основы учения о зональности грунтовых вод.

В 1-м десятилетии 20 века (одновременно с европейскими учёными) Н. И. Андрусовым предложена седиментационная гипотеза происхождения подземных вод. В 1913 году А. Ф. Лебедевым выдвинута конденсационная теория их происхождения. С 1919 года в МГУ введён курс «гидрогеологии» (О. К. Ланге), начали создаваться кафедры гидрогеологии в вузах, в 1922 году издан первый учебник по гидрогеологии (П. Н. Чирвинский). К 1930-м годам выполнены крупные исследования в областях общей и региональной гидрогеологии, выявления зональности грунтовых вод, разработки принципов гидрогеологического районирования (П. И. Васильевский, Г. Н. Каменский, О. К. Ланге, А. Ф. Лебедев, Н. А. Плотников, Ф. П. Саваренский, Н. И. Толстихин, С. Н. Никитин, Н. Ф. Погребнов, П. И. Бутов, Б. Л. Личков, А. Н. Семихатов и др.). В 1935 году В. И. Вернадским в работе «История природных вод» обоснован тезис о единстве природных вод Земли, который стал основополагающим в развитии отечественной гидрогеологии. Создание теории движения подземных вод и методики фильтрационных расчётов связано с именами Н. Е. Жуковского, А. А. Краснопольского, Н. Н. Павловского, П. Я. Кочиной и др. В 1930-40-х годах интенсивно развивались региональные гидрогеологические исследования, в том числе артезианских вод с анализом их межпластового взаимодействия, разрабатывались принципы гидрогеологического районирования, определялись характеристики типов гидрогеологических районов и зональности грунтовых вод, изучались закономерности формирования термальных, минеральных лечебных и промышленных подземных вод. Разрабатывались также методы разведочных гидрогеологических работ (Г. Н. Каменский, М. Е. Альтовский, Н. А. Плотников, С. В. Трояновский); исследования режима и баланса подземных вод, в том числе грунтовых вод, особенно для орошаемых районов (М. М. Крылов, М. А. Вевиоровская, А. А. Коноплянцев); методы гидрогеологических расчётов и аналогового моделирования движения подземных вод в связи с эксплуатацией водозаборных сооружений, крупным гидротехническим строительством, горными работами и орошением. Развивались гидрогеохимические исследования, связанные с изучением формирования химического состава подземных вод; гидрогеохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых, радиогидрогеохимические исследования (В. И. Вернадский, О. А. Алекин, М. Г. Валяшко, В. С. Самарина и др.). Выявлены гидротермальные бассейны подземных вод (Н. Н. Славянов, Ф. А. Макаренко, Т. П. Афанасьев, А. М. Овчинников и др.). Создано учение о провинциях минеральных вод (Н. И. Толстихин, А. М. Овчинников, В. В. Иванов, Н. А. Маринов); начала формироваться нефтяная гидрогеология. Проводились гидрогеологические исследования области развития многолетнемёрзлых пород (О. А. Алекин, М. Е. Альтовский, А. А. Бродский, М. А. Вевиоровская, Н. К. Гиринский, Г. Н. Каменский, А. М. Овчинников, Н. Н. Павловский, М. И. Сумгин, А. И. Силин-Бекчурин, Н. И. Толстихин, А. В. Щербаков, П.Ф. Швецов и др.). В конце 1940-х годов существенные результаты достигнуты в разработке научных основ оценки ресурсов подземных вод, предложены их классификации, методы картирования, обоснования использования (Н. А. Плотников, Ф. М. Бочевер, М. Е. Альтовский, Н. Н. Биндеман и др.).

В 1950-80-е годы развитие гидрогеологии было связано с широким проведением гидрогеологических съёмок в масштабе 1:200 000 - 1:500000 и др., разработкой методических основ гидрогеологического картирования и принципов районирования. Составлены гидрогеологические карты страны в масштабе 1:2 500 000 и ряд крупномасштабных комплексных гидрогеологических карт (И. К. Зайцев, Б. И. Куделин, И. В. Гармонов, Н. А. Маринов, М. Р. Никитин, И. С. Зекцер и др.). Выполнены крупные региональные гидрогеологические исследования закономерностей распространения, формирования и размещения подземных вод, дана оценка ресурсов, возможности использования различных типов вод, гидрогеологических условий месторождений полезных ископаемых и др. по районам СССР (Ф. П. Саваренский, Г. Н. Каменский, О. К. Ланге, Н. И. Толстихин, В. Н. Кунин, Г. В. Богомолов, Н. В. Роговская, А. Е. Бабинец и др.), результаты которых обобщены в многотомной монографии «Гидрогеология СССР» (т. 1-45, 1966-72). Продолжены фундаментальные и прикладные исследования по гидрогеологии месторождений полезных ископаемых, борьбе с водопритоками в горные выработки (Д. И. Щёголев, С. В. Троянский, Н. И. Плотников, М. С. Газизов, П. П. Климентов и др.). Создана теория перетекания подземных вод через слабопроницаемые отложения, послужившая основой для опытно-фильтрационных исследований (Н. К. Гиринский, А. Н. Митяев и др.). Интенсивно развивались исследования, связанные с разработкой методов оценки фильтрационных параметров горных пород, гидрогеологических расчётов, аналогового и математического моделирования гидрогеологических процессов, изучения режима и баланса подземных вод (Ф. Д. Бабушкин, Ф. М. Бочевер, Н. Н. Веригин, И. К. Гавич, Н. К. Гиринский, И. Е. Жернов, В. С. Ковалевский, А. А. Коноплянцев, А. В. Лебедев, В. А. Мироненко, А. И. Силин-Бекчурин, В. М. Шестаков и др.). Предложены новые принципы прогнозирования, выявления, картирования, региональной оценки водных ресурсов недр аридных районов (У. М. Ахмедсафин и др.). Важнейшими направлениями гидрогеологических работ стали исследования закономерностей формирования (учение о подземном стоке) и совершенствование методики разведки месторождений и оценки ресурсов и запасов подземных вод. Созданы принципиально новые методы оценки эксплуатационных запасов, основанные на теориях упругого режима и неустановившейся фильтрации (Ф.М. Бочевер, Н. Н. Биндеман, В. Н. Щелкачёв и др.). Проведена впервые в гидрогеологической практике типизация месторождений подземных вод, предложенная Н. И. Плотниковым (1959) и усовершенствованная Л. С. Язвиным и Б. В. Боревским. Составлены карты естественных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод территории СССР (1:2 500 000 и 1:5000 000), Центральной и Восточной Европы (1:1 500000), ряда субъектов Российской Федерации (1:500 000-1:1 000 000) - Н. Н. Биндеман, Ф. М. Бочевер, Б. И. Куделин, Ф. А. Макаренко, Н. И. Плотников, О. В. Попов, Л. С. Язвин, Б. В. Боревский, В. А. Всеволожский, И. С. Зекцер и др. В связи с расширением поисков месторождений нефти и газа интенсивно развивались исследования глубокозалегающих подземных вод артезианских бассейнов платформ (изучались типы подземных вод, условия их залегания и движения, формирование и распределение пластовых давлений, гидродинамическая и гидрогеохимическая зональность артезианских бассейнов, а также формирование подземных вод нефтегазовых месторождений). Разработка основ гидрогеологии глубинных зон земной коры, изучение геохимии и радиохимии подземных вод связаны с именами Г. В. Богомолова, И. В. Гармонова, М. А. Гатальского, А. Е. Гуревича, В. Ф. Дерпгольца, И. К. Зайцева, Н. К. Игнатовича, Г. Н. Каменского, Л. Н. Капченко, А. А. Карцева, В. А. Кирюхина, С. Р. Крайнова, Б. Ф. Маврицкого, А. М. Овчинникова, А. Н. Павлова, Е. В. Пиннекера, К. Е. Питьевой, В. С. Самариной, Н. И. Толстихина, А. Е. Ходькова, В. М. Швеца и др. Наиболее крупные исследования подземных вод области распространения многолетнемёрзлых пород выполнены А. И. Калабиным, Н. Н. Романовским, М. И. Сумгиным, Н. И. Толстихиным, С. М. Фотиевым и др. Интенсивно развивалось новое направление гидрогеологии, связанное с проблемами охраны подземных вод от истощения и антропогенного загрязнения (Ф. М. Бочевер, М. В. Гольдберг, Е. Л. Минкин, А. Е. Орадовская, Н. И. Плотников и др.).

В 1990-е годы и в начале 21 века гидрогеологические исследования выполняются главным образом в виде научно-производственных работ, связанных с поисками и разведкой месторождений подземных вод, решением экологических проблем (в том числе антропогенные изменения режима и баланса подземных вод, загрязнение, прогнозы миграции загрязняющих веществ, взаимодействие подземных вод с другими компонентами окружающей среды), изучением гидрогеологии месторождений нефти и газа, организацией гидрогеологического мониторинга. Проводятся также исследования по совершенствованию методов разведки и подсчёта запасов подземных вод, решению теоретических проблем их миграции, геохимии подземных вод, гидрогеодинамики глубокозалегающих подземных вод и др. (А. П. Белоусова, Б. В. Боревский, В. И. Дюнин, В. П. Зверев, И. С. Зекцер, С. Р. Крайнов, В. М. Матусевич, В. А. Мироненко, В. Г. Румынии, В. М. Шестаков, С. Л. Шварцев, В. М. Швец, Р.С. Штенгелов, Л. С. Язвин и др.).

Гидрогеологические исследования в России проводятся в научно-исследовательских институтах РАН (в Институте водных проблем, Институте геоэкологии и др.) и других ведомств, на геологических факультетах вузов, в акционерных корпорациях. За рубежом эти исследования ведутся университетами, а также научно-исследовательскими организациями, геологической службой и крупными фирмами, специализирующимися в области водоснабжения и ирригации.

Лит.: Гордеев Д. И. Основные этапы отечественной гидрогеологии. М., 1954; Ланге О.К. Гидрогеология. М., 1969; Основы гидрогеологии. Новосиб., 1980. Т. 1: Общая гидрогеология; Основы гидрогеологии. Гидрогеодинамика / Под редакцией И. С. Зекцера. Новосиб., 1984; Шварцев С. Л. Общая гидрогеология. М., 1996; Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии. М., 2006.