Наличие напора воды в самоизливающей скважине объясняют тем, что область питания артезианского водоносного горизонта расположена выше точки заложения скважины. Такое простое объяснение верно лишь по отношению к ограниченным водоносным горизонтам, приуроченным, например, к зонам разрывных смещений консолидированных пород (рис. 2.11, б). Крупные водоносные горизонты отличаются упругостью слагающих их пород, поэтому для объяснения явлений, наблюдаемых в большинстве артезианских бассейнов, необходима более сложная механическая модель.
Если бы артезианский бассейн имел идеальную жесткую структуру и был бы заполнен невязкой и несжимаемой жидкостью, то в результате водоотбора уровень воды в скважинах и в области питания понизился бы мгновенно. В действительности этого не происходит. Обычно влияние откачки сказывается лишь на расстоянии до десяти миль от скважины. Одним из первых геологов, объяснивших это явление, был Мейнцер. Он заметил, что уровни воды в скважинах, вскрывающих огромный дакотский артезианский бассейн, зависят только от местных откачек и что количество воды, поступающее в область водозабора, значительно меньше объема откачиваемой воды. Расчеты Мейнцера показали, что откачиваемая вода включает: 1) воду, поступающую на данную площадь, 2) воду, отжимаемую в результате уплотнения водоносных пород, и 3) воду, поступающую при понижении давления в водоносном горизонте. Мейнцер пришел к выводу, что из этих трех источников вода, отжимаемая при уплотнении водоносных пород, преобладает. Вода перемещается к области водозабора также в результате действия следующих факторов, не рассмотренных полностью Мейнцером: 1) расширение газов, 2) увеличение объема минералов, 3) отжатие воды при уплотнении водоупорных слоев и 4) действие температуры, химических реакций и разности электрических потенциалов. Поступление воды в результате расширения газов и отжатия из водоупорных пород существенно для некоторых артезианских водоносных горизонтов, но другие из выше перечисленных источников воды, вероятно, незначительны для пресноводных горизонтов.
Рис. 2.11. а — артезианские скважины в закрепленных песчаных дюнах; б — кристаллических породах; в — сложноскладчатых и трещиноватых осадочных породах; г— горизонтально залегающих осадочных породах; в — ледниковых отложениях.
Об упругости пород артезианских водоносных горизонтов свидетельствуют: изменения уровня земли около скважин; колебания уровня воды, вызванные нагрузками на поверхности земли; соотношения объема откачиваемой воды и изменения уровня воды около скважины; колебания уровня воды под действием сейсмических и приливно-отливых сил.
