Бурение скважин | Технология | Цены | Фото и видео | Техническая литература
    
   

Месторождения подземных водных долин
 






Техническая литература



Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин
  ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ТИПОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Месторождения подземных водных долин

Из всех промышленных типов месторождений подземных вод на территории СССР наибольшим распространением пользуются месторождения первого типа (см. табл. 4), представленные преимущественно грунтовыми водами песчано-галечниковых аллювиальных отложений речных долин.

Типичные месторождения первого подтипа (см. табл. 4) распространены преимущественно в областях краевых прогибов геосинклинальных зон или в крупных межгорных котловинах, где .они имеют широкий фронт фильтрационного потока (рис. 8) (в Средней Азии, реже в Казахстане и в Закавказье).

В геоморфологическом отношении для месторождений этого подтипа характерно наличие четко выраженных в поперечном сечении молодых и древних террас рек. Так, в долинах рек Чирчика и Ангрена (в Узбекистане) прослеживается более 11 террасовых поверхностей. Ширина общего фронта подземного стока грунтовых вод на площади этих долин достигает 18 км, причем на долю пойменной террасы, периодически затопляемой паводковыми водами, приходится до 7 км (долина р. Ангрен). Общая мощность водоносных песчано-галечниковых аллювиальных образований в долине р. Ангрен достигает 250 м, из них наиболее хорошо водопроницаемая часть разреза галечников составляет от 80 до 100 м с коэффициентом фильтрации от 60 до 120 м/сут. Нижние горизонты галечников очень уплотнены (местами до состояния конгломератов) и отличаются пониженными фильтрационными показателями (коэффициент фильтрации изменяется от 0,5 до 2 м/сут). Такая зональность фильтрационных свойств галечников в вертикальном разрезе очень характерна для месторождений описываемого типа.

Производительность естественного потока грунтовых вод в поперечном сечении широких речных долин в некоторых случаях достигает 9 м3/с. Естественные запасы в мощной толще галечниковых образований формируют по существу огромное естественное водохранилище подземных вод.

С целью удовлетворения потребности централизованного водоснабжения крупных промышленных центров на базе разведанных и утвержденных в ГКЗ СССР эксплуатационных запасов грунтовых вод широких речных долин в Средней Азии нахо-. дятся в эксплуатации крупные водозаборные сооружения производительностью до 860 тыс. м3/сут каждый. Аналогичные месторождения выявлены в предгорной части долины р. Иртыша и в бассейне слившихся долин и конусов выноса рек Арыса, Ба- дама, Сайрама и др. (Казахстан), в долине р. Чу и на побережье Иссык-Куля (Киргизия). Крупные месторождения выявлены и на Северном Кавказе (в долине р. Терек и др.).

Месторождения грунтовых вод речных долин Рис. 8. Месторождения грунтовых вод аллювиальных отложений широких речных долнн.

/ — суглинки; 2 — пески; 3 — галечники; 4 — галечники с суглинками; 5 — песок с валунами; 6 — порфириты; 7 — глииы; 8 — уровень грунтовых вод; 9 — скважины

Этот подтип месторождений грунтовых вод целесообразно назвать среднеазиатским (впервые открыты и разведаны они были в Средней Азии). Основными характерными гидрогеологическими признаками их являются: 1) наличие мощной толщи водоносных песчано-галечниковых образований (до 400 м)

и широкого фронта распространения естественного потока грунтовых вод (более, 15 км); 2) присутствие вертикальной зональности фильтрационных свойств водоносных галечников, при которой отмечается постепенное ухудшение их водопроницаемости с увеличением глубины; 3) относительно близкое залегание» грунтовых вод от поверхности (на площади распространения молодых террас до 3 м, а на древних террасах до 20 м, реже более 20 м); 4) формирование в толще галечников крупных естественных ресурсов и запасов грунтовых вод; 5) активная- форма гидравлической связи грунтовых вод с речными поверхностными водами.

Последний признак имеет очень важное практическое значение при выяснении возможности привлечения на водозаборах дополнительных эксплуатационных запасов за счет инфильтрации поверхностных вод.

Подземные воды на месторождениях этого типа формируются и пополняются за счет трех основных источников: а) инфильтра; ции поверхностных речных вод, причем для некоторых речных долин этот источник питания действует не постоянно, а периодически; б) скрытой (подземной) естественной разгрузки трещинных и пластовых вод кореНных пород, слагающих основания и коренные борта долин, а также грунтовых вод притоков основной реки; в) инфильтрации атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на площади распространения аллювиальных галечниковых образований. Из этих источников питания наиболее существенное значение имеют поверхностные воды реки.

Учитывая основные гидрогеологические признаки и характеристику источников питания, оценку эксплуатационной возможности отдельных водозаборных участков для среднеазиатского типа месторождений в общем виде можно представить следующим балансовым уравнением:

Q98 = Qepa+-^г-Р + ДСпр, (6.1)

где Зэ3 — эксплуатационные запасы отдельных водозаборных участков; Qep — естественные ресурсы грунтовых вод месторождения; Уез — естественные запасы грунтовых вод на выбранной площади месторождения; Т— амортизационный срок эксплуатации водозабора; a, р— коэффициенты извлечения; AQnp — привлекаемые в процессе эксплуатации дополнительные ресурсы грунтовых вод (за счет береговой инфильтрации поверхностных вод в период эксплуатации водозабора—-основного источника формирования эксплуатационных запасов). Все виды эксплуатационных запасов, характеризующие правую часть уравнения (6.1) для данного типа месторождений, имеют большое практическое, значение. Именно поэтому на площади распространения месторождений широких речных долин можно производить разведку отдельных их участков под обоснование различных типов водозаборных сооружений:

а) наиболее производительных водозаборов инфильтрацион- ного типа, дебит которых формируется преимущественно за счет привлекаемых ресурсов (береговая инфильтрация поверхностных вод реки), эксплуатационные скважины таких водозаборов обычно проектируются вдоль берега современного русла реки (рис. 9);

б) поперечных водозаборов, когда эксплуатационные скважины (в том числе водозаборные сооружения ярусного типа) на участке каптажа расположены в поперечном сечении речной долины, дебиты скважин при этом формируются за счет естественных ресурсов и запасов, и в меньшей мере привлекаемых ресурсов;

в) рассредоточенных по площади водозаборов, когда эксплуатационные скважины можно располагать отдельными контурными группами в различных гидрогеологических условиях на площади широкого фронта потока грунтовых вод, в том числе вдали от современного русла реки; дебиты скважин таких водозаборов формируются преимущественно за счет использования естественных ресурсов и естественных запасов.

Выбор типа водозаборных сооружений, каждый из которых имеет большое практическое значение, до некоторой степени предопределяют методику разведки этих участков.

Месторождения подземных вод узких речных долин. Месторождения подземных вод этого подтипа встречаются в сравнительно узких речных долинах, где фильтрационный поток в плане ограничивается фронтом 1—2 км, реже 3 км. Как показывает практика разведки и эксплуатации, такие месторождения могут иметь большое промышленное значение только при наличии в долине постоянно действующих поверхностных водотоков, т. е. условий формирования дополнительных ресурсов подземных вод, привлекаемых в процессе эксплуатации инфиль- трационного водозабора. Суммарный дебит водозабора в этом случае может достигать 250 тыс.м3/сут.

Месторождения грунтовых вод речных долин Рис. 9. Формы гидравлической связи подземных и поверхностных вод в речных долинах.

Режим фильтрации: а —подпертый; б —свободный, i — водоносные породы (пески); 2 — водонепроницаемые породы; 3 — покровные суглинки; 4 — уровень грунтовых вод в естественных условиях; 5—скважина; 6 — фильтрация в форме капежа; 7 — Депрессионная воронка

Если на площади месторождений отсутствуют постоянно действующие поверхностные водотоки, то промышленная .ценность их резко снижается (известны водозаборные сооружения производительностью до 30 тыс. м3/сут).

Для практики организации водоснабжения весьма важно то, что месторождения подземных вод этого подтипа на территории СССР очень широко распространены в различных гидрогеологических областях и зонах (в европейской части СССР и Сибири, на Дальнем Востоке и Кавказе, в республиках Средней Азии, Прибалтике и Казахстане).

Водовмещающими породами на площади месторождений второго подтипа чаще всего являются аллювиальные песчано- галечниковые или песчано-гравелистые образования. Мощность их обычно незначительная и в среднем изменяется от 12 до 25 м, достигая иногда 60 м. К этим образованиям долин обычно приурочены грунтовые воды, залегающие в форме подземного потока. Поток в большинстве случаев имеет тесную гидравлическую связь с поверхностными речными водами.

Из всего разнообразия геолого-структурных и гидрогеологических условий можно выделить две разновидности речных долин, на площади которых: 1) водовмещающие аллювиальные песчано-галечниковые отложения залегают непосредственно на практически водонепроницаемых породах; 2) песчано-галечниковые образования на всей площади или на отдельных ее участках подстилаются водоносными породами, обладающими высокими коллекторскими свойствами (например, залегание аллювиальных образований на карбонатных закарстованных водоносных породах (см. рис. 6).

В этих случаях в эксплуатацию могут быть вовлечены оба водоносных горизонта или только нижний (если аллювиальные образования обладают низкими фильтрационными показателями).. Такое различие в гидрогеологических условиях месторождений второго подтипа предопределяет и выбор общего направления разведочных работ. Так, для первой разновидности месторождений узких речных долин гидрогеологические исследования целесообразно направить в первую очередь на изучение условий создания водозабора инфильтрационного типа с целью наиболее эффективного захвата естественных и "привлекаемых ресурсов. Для второй разновидности целесообразно привлечь к эксплуатации оба водоносных горизонта, особенно в том случае, когда в долине поверхностный поток действует периодически. Гидрогеологические работы в этих условиях целесообразно направить на разведку двух водоносных горизонтов с целью обоснования строительства концентрированного водозабора. Подземные воды месторождений могут иметь два основных вида питания за счет инфильтрации: а) атмосферных осадков, б) поверхностных вод.

При наличии в речной долине постоянно действующего потока эксплуатационные запасы подземных вод на водозаборном участке формируются преимущественно за счет привлекаемых ресурсов- Если поверхностные воды в речной долине действуют периодически, эксплуатационные запасы формируются за счет естественных ресурсов и запасов (с учетом периодического их возобновления).

Учитывая изложенное выше, можно отметить следующие характерные гидрогеологические признаки месторождений. подземных 'вод второго подтипа: 1) формирование в аллювиальных песчано-галечниковых образованиях естественного потока грунтовых вод, имеющего сравнительно узкий фронт (в среднем от 1 до 2, реже 3 км); 2) незначительная мощность водоносного горизонта (в среднем 40—60 м); 3) высокие и относительно однородные коллекторские свойства водовмещающих пород в верхней и средней частях речных долин (в нижней части долин наблюдается заметное ухудшение фильтрационных свойств пород и их неоднородность в плане и в разрезе); 4) активная форма гидравлической связи подземных вод с поверхностными речными водами, что при наличии постоянно действующих водотоков создает, благоприятные условия для привлечения дополнительных ресурсов подземных вод; 5) в некоторых случаях на месторождении возможно формирование двух водоносных горизонтов, что также повышает эксплуатационные возможности месторождения; 6) широкое распространение на территории СССР как в горно-складчатых, так и в платформенных областях. Все это определяет возможность применения сравнительно простых методов поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов таких месторождений.

Месторождения подземных вод погребенных и древних речных долин (см. табл. 4). По условиям формирования эксплуатационных запасов наиболее характерные в этом отношении месторождения распространены в Казахстане (например, в древних долинах рек Джон, Сарысу, Джаман-Сарысу, Токрау, Тал- дык и др.), где отмечаются своеобразные гидрогеологические условия. На рис. 10 представлен схематический разрез древней долины р. Джона. Ширина долины достигает здесь 25 км, мощность водоносных отложений в среднем изменяется от 12 до 15 м, достигая на некоторых участках 30 м. Грунтовые воды получают за счет инфильтрации: а) выпадающих атмосферных осадков, б) многолетних паводковых расходов поверхностных вод р. Чурубай Нуры, которые затапливают долины один раз в 7, 10 или 13 лет. В гидрогеологическом отношении такие древние долины можно рассматривать как огромные (по площади и емкости) естественные подземные хранилища грунтовых вод с весьма крупными естественными запасами (до 1 млрд. м3). Эти природные водохранилища грунтовых вод, как показывают данные разведки, могут иметь полезную водоотдачу до 1 м3/с на тридцатилетний срок эксплуатации площадных водозаборных сооружений.

Некоторый древние долины Казахстана характеризуются сложными гидрохимическими условиями. Многолетние максимальные паводковые расходы поверхностных вод, относительно широко разливаясь на площади древней долины, благоприятны для восполнения запасов грунтовых вод за счет инфильтрации поверхностных вод. Такой режим основного источника питания отражается на формировании химического состава грунтовых вод. В центральной части поперечного сечения потока, где заметно инфильтрационо-пресные грунтовые воды с общей минерализацией до 1 г/л. В краевых частях подземного потока и на некоторой глубине, доля фильтрационного питания грунтовых вод паводковыми водами снижается. Под влиянием неравномерного режима питания и интенсивного испарения грунтовые воды здесь приобретают повышенную общую минерализацию до 5. г/л, а иногда и более.

Среди древних долин выделяются разновидности уральского и европейского типов. Например, древняя долина р. Сакмары на Урале смещена по сравнению с современным руслом, древнее русло более глубоко врезано в поверхность коренных пород. Мощность песчано-галечниковых отложений на отрезке древнего эрозионного вреза достигает 80 м, что в несколько раз превышает их мощность в современной долине (10—15 м). Грунтовые воды, приуроченные к древней долине, питаются за счет инфильтрации поверхностных вод со стороны современного русла и скрытого дренирования трещинных вод коренных .пород. Большая мощность водоносного горизонта в древней части долины и связь грунтовых вод с поверхностными благоприятны для размещения водозаборного сооружения в виде линейного ряда скважин вдоль погребенного древнего русла.

1 — песчано-гравелистые аллювиальные образования; 2— водонепроницаемые глинистые сланцы; 3 — статический уровень подземных вод; 4 — плотина;_ 5 — контуры древней долины; б — древнее русло; 7 — современное русло

ное влияние весенних павод- Рис. 10. Древняя долина р. Джона. ков, обычно скапливаются В европейской части СССР месторождения грунтовых вод описываемого подтипа встречаются в области распространения ледниковых отложений. Древние доледниковые долины здесь глубоко врезаны в толщу коренных отложений и выполнены хорошо проницаемыми мощными песчаными и песчано-галечни- ковыми отложениями. Такие древние долины выявлены, например, на площади Московского артезианского бассейна. Нередко водоносные пески в древних долинах Московского бассейна имеют хорошую гидравлическую связь с напорными водами, приуроченными к известнякам верхнего карбона.

Аллювиальные образования в древних долинах рек европейской части СССР нередко представляют собой аккумуляторы значительных запасов грунтовых вод, которые могут обеспечить расход крупных каптажных сооружений, необходимый для решения проблем централизованного водоснабжения отдельных объектов (водозаборные сооружения с суммарным эксплуатационным дебитом от 20 до 60 тыс.м3/сут).