Уменьшение артезианского напора в мощных долинных отложениях вызывает уплотнение водоносных горизонтов и прилегающих слоев илов и глин. Лабораторные исследования песков и гравия показывают, что степень уплотнения этих материалов сравнительно невелика и что наибольшее сокращение объема отложений происходит при уплотнении тонкозернистых пород. Но тот факт, что изменение объема отложений на глубине совершается очень быстро в результате изменения напора, наводит на мысль, что лишь отложения, непосредственно прилегающие к водоносным горизонтам, подвергаются уплотнению сразу же после уменьшения артезианского давления. Однако постоянное снижение артезианского напора вызывает в конце концов уплотнение мелкозернистых отложений, залегающих значительно ниже или выше водоносного горизонта.
Первые хорошо документированные данные об оседании поверхности долинных отложений содержатся в классической книге Толмана о подземных водах. Толман установил тесную связь между распространением напорных водоносных горизонтов и территорией оседания поверхности в долине реки Санта-Клара в Калифорнии. Оседание поверхности в результате уплотнения водоносного горизонта и связанных с ним пород, а не под влиянием тектонических смещений было подтверждено наблюдениями за обсадными трубами, которые оказались приподнятыми над поверхностью земли, поскольку последняя осела по отношению к забою скважины. Дальнейшие наблюдения показали, что скорость оседания тесно связана с интенсивностью снижения артезианского напора (рис. 9.19).
Рис. 9.19. Изменение высоты по реперу Р7 в Сан-Хосе, штат Калифорния, в связи с изменением уровня воды в близрасположенной скважине.
Отношение величины оседания репера Р7 к изменению уровня воды в 1920—1935 гг равно 1 : 13.
Оседание поверхности земли происходит также в результате откачки подземных вод. Многочисленные районы такого оседания имеются в США, Японии, Мексике и Англии. Наиболее резко выраженные случаи оседания поверхности в южной части Большой долины Калифорнии и на территории города Мехико приурочены к крупным речным долинам тектонического происхождения. В обоих случаях максимальное оседание, вероятно, превысило 15 футов и, несомненно, оказалось бояее 10 футов на сравнительно-больших площадях этих территорий.
Оседание земной поверхности выдвигает далеко идущие проблемы: водоносные горизонты прекращают накапливать подземные воды; отметки реперов, определяемые дорогостоящим нивелированием, периодически должны пересчитываться; топографические карты необходимо составлять заново; движение воды в каналах и реках становится замедленным вследствие уменьшения и без того малых уклонов. Если скважины пройдены ниже основных зон оседания, нижние концы обсадных труб остаются неподвижными при оседании вышезалегающих пород, которые оказывают давление на них. В результате этих напряжений обычно происходит разрушение обсадных труб. Свайные основания зданий и других сооружений могут располагаться в зонах оседания и ниже этих зон. В таких случаях при оседании земной поверхности здание остается неподвижным, но разрушаются аппарели и лестницы, если они жестко соединены с конструкцией здания. Особенно резко это явление выражено в Мехико, где оседание поверхности частично вызвано откачкой подземных вод из водоносных горизонтов, залегающих на глубине около 150 футов. Неустойчивость новых зданий, построенных на свайных основаниях и примыкающих к ранее возведенным зданиям с фундаментами мелкого заложения, почти всегда служила причиной серьезных разрушений и более старых зданий при оседании поверхности. Оседание земной поверхности в Мехико стало настолько серьезным, что была запрещена откачка подземных вод в центральной части города.
