Флоридский водоносный горизонт - Floridan aquifer

Система водоносных горизонтов Флоридана , состоящая из водоносных горизонтов Верхнего и Нижнего Флоридана, представляет собой последовательность палеогеновых карбонатных пород, занимающих площадь около 100 000 квадратных миль (260 000 км ² ) на юго-востоке Соединенных Штатов. Он лежит в основе всего штата Флорида и некоторых частей Алабамы , Джорджии , Миссисипи и Южной Каролины .

Система водоносных горизонтов Флориды является одним из самых продуктивных водоносных горизонтов в мире и обеспечивает питьевой водой почти 10 миллионов человек. По данным Геологической службы США , общий забор воды из системы водоносных горизонтов Флоридана в 2000 году занял 5-е место среди всех основных водоносных горизонтов в стране и составил 3 640 миллионов галлонов в день (Mgal / d) (13,8 миллиона м ³ / d; 11 200 акров⋅). фут / день). Из общего количества 49% (1949 Мгал / сут; 7,38 млн м ³ / сут; 5 980 акров · футов / сут) использовалось для орошения, 33% (1329 Мгал / сут; 5,03 млн м ³ / сут; 4080 акров · фут / сут.). / г) использовалось для коммунального водоснабжения , 14% (576 Мгал / сут, 2,18 млн м ³ / сут; 1,770 акров · фут / сут) использовалось для промышленных целей, а 4% приходилось на водозабор из домашних хозяйств. Система водоносных горизонтов Флориды является основным источником питьевой воды для большинства городов центральной и северной Флориды, а также восточной и южной Джорджии, включая Брансуик, Саванну и Валдосту.

История

Вода под артезианским давлением взлетает из колодца, выходящего из системы водоносных горизонтов Флоридана на юге Джорджии.

Сравнение гидрогеологической терминологии, используемой для системы водоносных горизонтов Флоридана.

В 1936 году геолог Виктор Тимоти (В.Т.) Стрингфилд впервые идентифицировал существование Флоридского водоносного горизонта на полуострове Флорида и назвал карбонатные образования «основными артезианскими образованиями». В 1944 году М.А. Уоррен из Геологической службы Джорджии описал расширение этой системы на юге Джорджии и применил термин «главный артезианский водоносный горизонт » к затронутым карбонатным пластам. В 1953 и 1966 годах Стрингфилд также применил к этим породам термин «главный артезианский водоносный горизонт». В 1955 году Гаральд Г. Паркер отметил гидрологическое и литологическое сходство третичных карбонатных образований на юго-востоке Флориды, пришел к выводу, что они представляют собой единую гидрологическую единицу, и назвал ее «Флоридский водоносный горизонт». При дополнительном сборе информации было выявлено больше зон высокой и низкой гидравлической проводимости. В результате название Флоридский водоносный горизонт превратилось в «Флоридскую систему водоносных горизонтов», которая включает водоносные горизонты Верхнего и Нижнего Флоридана.

Забор воды из системы водоносного горизонта Флоридана начался в 1887 году, когда город Саванна, штат Джорджия , начал дополнять забор поверхностных вод из реки Саванна грунтовыми водами. В то время артезианские напоры в системе находились на высоте 40 футов (12 м) над поверхностью земли, и насосы не требовались; к 1898 г. было завершено от 200 до 300 скважин в Южной Георгии, а к 1943 г. около 3500 скважин было пробурено в шести прибрежных графствах Джорджии. Примерно к 1910–1912 гг. Разработка системы водоносных горизонтов Флориды уже происходила в Фернандине и Джексонвилле и на юге вдоль восточного побережья Флориды, а также на юге от Тампы до Форт-Майерс на западном побережье. Со временем количество скважин увеличилось, как и законченные глубины, так как спрос увеличился. Промышленное снабжение целлюлозно-бумажных комбинатов составляло значительную долю забора воды, начиная с конца 1930-х годов. В 1950-х годах все муниципальное, бытовое и промышленное снабжение (кроме систем охлаждения) и около половины сельскохозяйственного снабжения в Орландо, Флорида, были переведены в подземные воды из системы водоносных горизонтов Флориды. Забор подземных вод из системы водоносных горизонтов Флоридана неуклонно увеличивался с 630 Мгал / день (2,4 миллиона м ³ / день; 1900 акров-футов / день) в 1950 году до 3430 Мгал / день (13,0 млн. М ³ / день; 10 500 акров-футов / день). ) в 1990 году. Разрешения и нормативные акты, принятые в 1990-х годах, сократили годовой рост изъятия; однако изъятие в 2000 году увеличилось до 4 020 Мгал / день (15,2 млн. м ³ / день; 12 300 акров-футов / день) из-за экстремальных засушливых условий в период с 1999 по 2001 год, которые преобладали на большей части юго-востока Соединенных Штатов. Большая часть увеличения произошла за счет увеличения спроса на сельское хозяйство.

Место расположения

Система водоносных горизонтов Флоридана лежит в основе частей пяти штатов. Источник: USGS.

Система водоносных горизонтов Флориды занимает площадь около 100 000 квадратных миль (260 000 км ² ) на юго-востоке Соединенных Штатов и лежит в основе всей Флориды и некоторых частей южной Алабамы, юго-восточной Джорджии и южной части Южной Каролины. Водоносный горизонт Верхнего Флоридана на большей части своей протяженности содержит пресную воду, хотя к югу от озера Окичоби он солоноватый и соленый.

Система водоносных горизонтов Флоридана обнажается в центральной и южной части Джорджии, где известняк и его выветрившиеся побочные продукты присутствуют на поверхности суши. Система водоносного горизонта обычно опускается ниже поверхности суши на юг, где она оказывается погребенной под поверхностными отложениями песка и глины. В областях, показанных коричневым на изображении справа, система водоносного горизонта Флоридана обнажается и снова обнажается на поверхности земли. Эти регионы особенно подвержены образованию воронок из-за близости закарстованного известнякового водоносного горизонта к поверхности суши. Некоторые из трещин / каналов в водоносном горизонте достаточно велики, чтобы по ним могли проплыть аквалангисты.

Гидрология и геология

Идеализированная геологическая диаграмма, показывающая ограничивающий слой, который разделяет Верхний Флоридан и поверхностные водоносные горизонты и играет важную роль в определении качества воды в водоносном горизонте Верхнего Флоридана (из Berndt and others, 2015).

Обобщенное поперечное сечение от округа Мэрион, штат Флорида, до округа Коллиер, штат Флорида.

Водоносные горизонты, составные и ограничивающие блоки системы водоносных горизонтов Флоридана, юго-восток США.

Карбонатные породы, которые образуют систему водоносных горизонтов Флориды, относятся к возрасту от позднего палеоцена до раннего олигоцена и перекрыты глинами с низкой проницаемостью миоценового возраста (верхняя ограничивающая единица) и поверхностными песками плиоценового и голоценового возраста ( поверхностная система водоносных горизонтов ). В западно-центральной Флориде, на севере Флориды и вдоль восходящей границы системы известняк обнажается, а система водоносного горизонта не ограничена. Там, где присутствуют глины с низкой проницаемостью в верхнем ограничивающем блоке, система является замкнутой, а грунтовые воды находятся под давлением. Верхняя ограничивающая толща особенно толстая в прибрежных районах Джорджии и Южной Флориде; Нисходящая утечка воды через верхний ограничивающий блок в этих областях минимальна, а система водоносных горизонтов Флоридана является плотно замкнутой. Низкопроницаемые известняковые породы палеоценового возраста (например, формация Сидар-Киз) образуют основу системы водоносных горизонтов Флоридана. Система водоносных горизонтов Флориды имеет толщину от менее 100 футов (30 м) в областях с подъемом вверх, где скалы выклиниваются, до более чем 3700 футов (1100 м) на юго-западе Флориды. Пополнение, сток и естественный сток в системе водоносных горизонтов Флоридана в значительной степени контролируются степенью удержания, обеспечиваемой верхними ограничивающими блоками, взаимодействием ручьев и рек с водоносным горизонтом на их неограниченных участках, а также взаимодействием пресной и соленой воды вдоль побережья. береговые линии.

Там, где система водоносных горизонтов Флоридана находится на поверхности суши или вблизи нее (области, заштрихованные коричневым на изображении выше), глины тонкие или отсутствуют, а растворение известняка усиливается, и видны многие родники и воронки. Трансмиссивность водоносного горизонта в karstified таких областях, как это значительно выше , в связи с развитием крупных, хорошо соединенных трубопроводов в пределах породы (см изображение справа). Источники образуются там, где давление воды достаточно велико, чтобы грунтовые воды вытекли на поверхность земли. Во Флориде нанесено на карту более 700 источников. Вакулла-Спрингс в округе Вакулла является одним из ряда крупных истоков водоносного горизонта с расходом 200–300 миллионов галлонов США (0,76–1,14 миллиона кубических метров; 610–920 акров-футов) воды в день. Рекордный пиковый поток с весны 11 апреля 1973 года был измерен в 14 324 галлона США (54,22 м ³ ) в секунду, что эквивалентно 1,24 миллиардам галлонов США (4,68 миллиона м ³ ; ³ 800 акров · футов) в день.

Система водоносных горизонтов Флоридана состоит из двух основных водоносных горизонтов : водоносного горизонта Верхней Флориды и водоносного горизонта Нижней Флориды. Эти водоносные горизонты разделены отложениями, которые варьируются от глин с низкой проницаемостью в панхандле (глина Букатунна) и доломитов с низкой проницаемостью и гипсоносного ангидрита в западно-центральной Флориде до проницаемых известняков вдоль восточного побережья Флориды и в других местах. Там, где эти промежуточные отложения и порода проницаемы, водоносные горизонты Верхнего и Нижнего Флоридана ведут себя как единое целое. И наоборот, там, где промежуточные отложения менее проницаемы, гидравлическая связь между водоносными горизонтами Верхнего и Нижнего Флоридана меньше.

Водоносный горизонт Верхней Флориды

Водоносный горизонт Верхнего Флоридана является основным источником воды, забираемой из системы водоносных горизонтов Флоридана из-за высокой урожайности и близости к поверхности суши. Подземные воды в Верхнем Флоридане пресные в большинстве районов, хотя локально могут быть солоноватыми или солеными, особенно в прибрежных районах с проблемами проникновения соленой воды и в Южной Флориде. Водоносный горизонт Верхнего Флоридана включает самые верхние или самые мелкие проницаемые зоны в системе водоносных горизонтов Флоридана. В северной половине исследуемой территории этот водоносный горизонт ведет себя как единая гидрогеологическая единица и недифференцирован. В южной половине исследуемой области, включая большую часть центральной и южной Флориды, водоносный горизонт Верхнего Флоридана является толстым и может быть разделен на три отдельные зоны, а именно на самую верхнюю проницаемую зону, зону нижней проницаемости Окала и проницаемую зону Эйвон-Парк. Зона.

Основание водоносного горизонта Верхнего Флоридана обозначено двумя составными блоками (см. Ниже) и одним ограничивающим блоком в средней части системы водоносных горизонтов Флоридана: составным блоком Лиссабон-Эйвон-Парк или композитным блоком Мидл-Эйвон-Парк и глиной Букатунна. Узел удержания. В областях восходящего подъема основание Верхнего Флоридана либо совпадает с кровлей ограничивающих блоков над водоносными горизонтами Клэйборн, Лиссабон или Гордон, либо оно лежит выше любого глинистого пласта, который отмечает границу между преимущественно карбонатными и в основном обломочными слоями или ранее нанесены на карту пронумерованные микроконтроллеры Миллера (1986). Если один или несколько эвапоритовых единиц присутствуют, такие как средний удерживающего устройства MCUIII вблизи Вальдоста в юго-центральной части Грузии (Miller, 1986) или MCUII на юго - западе Флориды (Miller, 1986), основание верхнего Floridan водоносного горизонта совпадает с вершиной установки эвапорита. В регионах, где не существует отчетливой нижней единицы проницаемости, основание Верхнего Флоридана экстраполируется вдоль горизонта, что позволяет провести стратиграфическую группировку проницаемых пород в верхнюю или нижнюю части системы водоносного горизонта. В юго-восточной Алабаме, северной Флориде, Джорджии и Южной Каролине стратиграфические единицы сгруппированы в составную единицу Лиссабон-Эйвон-Парк. На полуострове Флорида этот горизонт совпадает с одним или несколькими эвапорит-содержащими или неэвапоритовыми единицами композитного комплекса Мидл-Эйвон-Парк. На просторах Флориды и на юго-западе Алабамы база совпадает с вершиной ограничивающего блока глины Букатунна.

Средние удерживающие и составные блоки

Гидрогеологическая структура системы водоносных горизонтов Флоридана была пересмотрена Геологической службой США в 2015 году. Масштабы системы были пересмотрены с целью включения некоторых восходящих обломочных фаций, которые постепенно переходят в водоносный горизонт Нижней Флориды и ранее были включены в состав Юго-восточного побережья. Система равнинных водоносных горизонтов, система водоносных горизонтов Флоридана или и то, и другое. Был предложен новый метод разделения водоносных горизонтов Верхнего и Нижнего Флоридана, а также введен новый термин «составная единица» для обозначения протяженных в регионе литостратиграфических единиц породы, ранее классифицированных Миллером как одна из восьми «Срединно-конфайнинговых единиц». (1986), которые не оказались ни ограничивающими, ни проницаемыми во всей своей степени. Для последовательного разделения водоносного горизонта Верхнего и Нижнего Флоридана в пересмотренной структуре используются три лито-стратиграфических единицы, которые можно нанести на карту: пластовая залежь Букатунна, композитная единица Мидл-Эйвон-Парк и композитная единица Лиссабон-Эйвон-Парк. Водоносные горизонты Верхнего и Нижнего Флоридана ведут себя как единая гидрогеологическая единица в областях, где эти составные единицы являются негерметичными.

Нижний Флоридский водоносный горизонт

Водоносный горизонт Нижнего Флоридана обычно менее проницаем, чем водоносный горизонт Верхнего Флоридана, и добываемая вода может быть сильно минерализованной и / или соленой; тем не менее, водоносный горизонт Нижней Флориды является относительно пресной водой для основания системы в центральной Флориде и в районах подъема центральной и южной Джорджии и Алабамы. Новая базальная проницаемая зона нанесена на карту по всему полуострову Флорида и немного в юго-восточной Джорджии, которая включает ранее установленную зону Боулдера и проницаемую зону Фернандина; эта более обширная единица называется проницаемой зоной Олдсмар. Проницаемая зона Олдсмара, по-видимому, имеет более высокую проницаемость, намного большую, чем кавернозные области проницаемых зон Боулдер и Фернандина, и содержит пресную воду в центральной части полуострова. Эта недавно очерченная обширная базальная единица, содержащая пресную воду, может влиять на движение пресной воды через самую глубокую часть системы водоносного горизонта к областям разгрузки. Проницаемая зона Олдсмар, которая является частью водоносного горизонта Нижнего Флоридана, представляет интерес, поскольку она может быть важным альтернативным источником воды там, где она ограничена (и изолирована) под водоносным горизонтом Верхней Флориды, и может иметь важное значение для перемещения грунтовых вод в море. в ранее неизвестных областях.

Общие гидравлические характеристики

Расчетное трансмиссивность системы Floridan водоносного горизонта.

Карбонатные породы, составляющие систему водоносных горизонтов Флоридана, обладают очень разными гидравлическими свойствами, включая пористость и проницаемость. Трансмиссивность в рамках системы водоносного горизонта сообщалось в диапазоне более чем на шесть порядков, от менее чем 8 футов ² / D (0,74 м ² / г) до более чем 9000000 футов ² / сут (840000 м ² / г), с большинством значений в диапазоне от 10 000 до 100 000 футов ² / сут (930–9 290 м ² / сут). Там, где водоносный горизонт является неограниченным или тонко ограниченным, просачивающаяся вода растворяет породу, и коэффициент пропускания обычно бывает относительно высоким. Там, где водоносный горизонт плотно закрыт, происходит меньшее растворение и коэффициент пропускания, как правило, ниже. На первой региональной карте, изображающей изменение проницаемости в водоносном горизонте, Миллер (1986) показал, что значения проницаемости превышают 250 000 футов ² / сут (23 000 м ² / сут), если система водоносного горизонта является неограниченной или тонко замкнутой. Миллер (1986) указал, что в областях, где водоносный горизонт плотно ограничен, более низкая проницаемость была связана в первую очередь с изменениями текстуры и, во вторую очередь, с толщиной пород. Было установлено, что микритовый известняк на юге Флориды и в районах выхода на поверхность имеет гораздо более низкий коэффициент пропускания, чем где-либо еще в системе.

Воронки

Процессы образования воронок

Воронки растворения образуются, когда растворимые породы, такие как известняк или доломит, вступают в контакт с растворяющим агентом, таким как вода. Растворение усиливается в областях, где поток воды сосредоточен, например, вдоль стыков, трещин и плоскостей напластования внутри породы, создавая предпочтительные пути потока.

Воронки с просадочным покрытием имеют тенденцию к постепенному формированию там, где покрывающие отложения проницаемы и содержат песок. В областях, где покровный материал более толстый или отложения содержат больше глины, провалы в грунте проседают относительно редко, они меньше по размеру и могут оставаться незамеченными в течение длительного времени.

Воронки с обрушением покрытия могут образовываться внезапно (в течение нескольких часов) и вызывать катастрофические разрушения. Они возникают там, где покрывающие отложения содержат значительное количество глины. Одним из наиболее ярких примеров такой воронки является воронка в Винтер-парке 1981 года, которая поглотила общественный бассейн, часть автосалона и дом, расположенный в Уинтер-Парке, Флорида.

Изображение всего потока поверхностных вод реки Алапаха около Дженнингса, Флорида, впадающего в провал, ведущий к водоносному горизонту Верхней Флориды.

Воронки являются обычным явлением там, где скала под поверхностью земли представляет собой известняк, карбонатную породу, соляные пласты или породы, которые могут естественным образом растворяться подземными водами, циркулирующими через них. По мере растворения скалы под землей развиваются пространства и пещеры. Если нет достаточной опоры для земли над пространствами, может произойти внезапное обрушение поверхности земли. Эти обрушения могут быть небольшими или огромными и могут происходить там, где дом или дорога находятся наверху.

Воронки можно классифицировать на основе процессов, в результате которых они образовались: растворение, оседание покрытия и обрушение покрытия. Формирование воронок может быть ускорено за счет интенсивного забора грунтовых вод в течение коротких периодов времени, например, вызванного откачкой для защиты озимых культур от замерзания в западно-центральной части Флориды. Воронки, образовавшиеся под гипсовыми плитами в 1994 и 2016 годах, вызвали потерю миллионов галлонов минерализованной воды, содержащей фосфогипс и фосфорную кислоту , побочные продукты производства удобрений из фосфоритов . Эти воронки, вероятно, образовались в результате обрушения существовавших ранее полостей растворения в известняке под штабелями. Озеро Джексон около Таллахасси, Флорида, иногда стекает в провал на дне дна озера, когда уровень воды в водоносном горизонте падает. В июне 2006 года из колодца Дувр, расположенного вдоль реки Пис недалеко от Бартоу, Флорида , из реки Пис стекало около 38 000 м ³ воды в сутки.

Спрингс

В системе водоносных горизонтов Флориды инвентаризовано 824 источника, из которых 751 находится во Флориде, 17 - в Алабаме и 56 - в Джорджии. Пружины классифицируются по среднему значению всех доступных измерений расхода .

Во Флориде есть 33 источника магнитудой 1, наиболее известные из которых:

• Спринг-Крик (округ Вакулла)
• Три сестры-Спрингс (округ Цитрус)
• Силвер-Спрингс (графство Мэрион)
• Радуга-Спрингс (округ Мэрион)
• Источник Вакулла (уезд Вакулла)
• Wacissa Spring Group (округ Джефферсон)
• Ичетакни-Спрингс (округ Колумбия)
• Weeki Wachee Springs (графство Эрнандо)
• Джунипер-Спрингс (округ Мэрион)

В Грузии есть только один источник магнитудой 1, Радиевый источник , который больше не течет в условиях засухи; Есть также шесть пружин 2-й и 5 3-й степени. Самыми большими из 17 источников в Алабаме являются три источника величиной 3; в Южной Каролине нет источников силой 3 балла и выше.

Известно, что многие источники существуют на шельфе в Мексиканском заливе и Атлантическом океане, однако величина сброса из этих источников в значительной степени неизвестна. Источник Кресент-Бич, расположенный примерно в 4,0 км от берега Кресент-Бич, штат Флорида, по оценкам, течет со скоростью до 1500 куб. Футов / с (42 м ³ / с), или 970 миллионов галлонов США в сутки ( 3,7 млн ​​м ³ / сут; 3000 акров-футов / сут).

Смотрите также

• Бискейнский водоносный горизонт
• Киссинген-Спрингс
• Карстовая равнина Вудвилля
• Желоб залива
• Гидрогеология
• Пещерный дайвинг
• Водные войны во Флориде
• Фонтан молодости

Рекомендации

Внешние ссылки

• Региональное исследование доступности подземных вод USGS Floridan Aquifer System
• Основы водоносного горизонта USGS
• Список источников первой величины во Флориде
• Геологическая служба США

Водоносные горизонты