|
| ||
| Бурение скважин | Технология | Цены | Фото и видео | Техническая литература | ||
 |
Месторождения подземных водных долин |
|
|
Техническая литература Станок для бурения БУР-50:  | ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ ТИПОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ Месторождения трещинно-карстовых вод карбонатных пород Общие условия водоносности карбонатных пород. Большой практический интерес для решения проблем централизованного водоснабжения представляют промышленные месторождения, приуроченные к площади распространения бассейнов трещинно- карстовых вод карбонатных пород. Среди всех литологических разностей трещиноватых осадочных, метаморфических и изверженных пород карбонатные горные породы (известняки, доломиты, мраморы) обладают самыми высокими коллекторскими свойствами. Именно поэтому в карбонатных породах, как правило, формируются крупные естественные "ресурсы и запасы трещинно-карстовых вод. В других литологических разностях осадочных, метаморфических и интрузивных пород промышленных месторождений подземных вод не образуется. Описываемый тип месторождений наиболее характерен для районов горно-складчатых областей, где сложно дислоцированная и обычно мощная толща карбонатных пород распространена в виде линейно-вытянутых складчатых структур, интенсивно тектонически нарушенных по простиранию и падению. В районах платформенных областей месторождения безнапорных трещинно-карстовых вод встречаются сравнительно редко. В гидрогеологическом отношении карбонатные породы могут быть подразделены на две формации. Формация карбонатных пород платформенного типа распространена в разрезе верхнего чехла платформы. Породы, весьма слабо дислоцированные и тектонически ненарушенные, имеют горизонтальное залегание с четко выраженной слоистостью. Общая мощность карбонатных пород обычно незначительная (не превышает 250 м). Для платформенных областей отмечается наиболее интенсивное развитие трещи- новатости и закарстованности карбонатных пород непосредственно в речных долинах. Поэтому буровые скважины, заложенные в долине реки, при прочих равных условиях всегда имеют повышенную водообильность по сравнению с водораздельными участками. Более интенсивная трещиноватость и закарстованность карбонатных пород в долинах рек может быть объяснена влиянием развития речной долины на состояние пород: эрозионная деятельность поверхностных вод способствует усилению потенциально заложенной трещиноватости, а затем и закарсто- ванности. Эти гидрогеологические особенности в условиях водоносности карбонатных: пород можно использовать как поисковый критерий (см. гл. 8). Формация карбонатных пород горно-складчатых областей обычно имеет большую площадь распространения, значительные мощности отдельных толщ и отличается сложной дислоцированностью и интенсивной тектонической нарушенностью. В гидрогеологическом отношении она характеризуется сравнительно высокой степенью закарстован- ности и водообильности. Условия формирования и накопления подземных вод в карбонатных породах в значительной мере определяются их структурными -элементами, т. е. трещиноватостью и закарстован- ностью, поэтому целесообразно вначале кратко рассмотреть условия образования в известняках среды для циркуляции подземных вод и закономерность ее размещения в толще пород, а затем остановиться на характеристике условия водоносности карбонатных пород. Как известно, все виду карстовых форм, распространенных в карбонатных породах, подразделяются на поверхностные и подземные. Если в развитии поверхностных карстовых форм- (карры, поноры и др.) трещиноватость известняков может иногда играть второстепенную роль, то в образовании подземных карстовых форм (мелкие пустоты, каверны, пещеры, галереи, вертикальные колодцы и др.) первоначальная трещиноватость горных пород имеет ведущее значение. В формировании различных форм подземного карста в карбонатных породах и интенсивности их проявления большую роль играют следующие взаимосвязанные факторы: 1) химическая активность пород; 2) структурные и текстурные особенности карбонатных пород (в первую очередь степень и характер слоистости); 3) степень тектонической нарушенности пород; 4) макропористость и первичная трещиноватость известняков; 5) продолжительность периода активного взаимодействия с подземными водами, под влиянием которого происходит химическое и физическое выветривание карбонатных пород; 6)' положение базиса дренажа подземных вод в известняках, определяющего направление и величины стока, а также скорость движения подземных вод. Все эти факторы необходимо учитывать при оценке условий формирования трещиноватости и закарстованности, а также при проведении поисково-разведочных работ на месторождениях трещинно-карстовых вод. Накопленные материалы по разведке подземных вод и осушению горных выработок позволяют подразделить формы тре- щиноватости карстовых пустот, распространенные в карбонатных породах, на две группы: 1) региональные, или рассеянные карст и трещиноватость; 2) локальные, или сосредоточенные карст и трещиноватость. К первой группе можно отнести сравнительно небольшие каверны, пустоты, тонкие каналы, мелкие трещины, местные раздувы и другие открытые карстовые полости. Региональный карст развивается непосредственно по системам мелкой трещинова- тости и пустотам выщелачивания, вследствие чего эти формы карста равномерно рассеяны по всей толщине известяков. Ко второй группе относятся крупные открытые карстовые полости, каналы, галереи, колодцы и пещеры, которые обычно сосредоточены на узких участках, в определенных зонах и отдельных свитах, не характерных для всей толщи карбонатных пород. Такие формы карста часто концентрируются, например, в виде линейно-вытянутой структуры, по зонам дробления мощных тектонических нарушений и брекчирования вдоль контактов с подстилающими породами. Нередко они приурочены к площади распространения отдельных свит карбонатных пород; обладающих высокой химической активностью, или в сводной части складчатых форм. Региональные и локальные трещиноватость и закарстован- ность известняков создают следующие характерные особенности в распределении в них подземных вод. 1. Открытые карстовые пустоты локального типа, как правило, играют роль главных коллекторов, в которых сосредотачиваются мощные потоки трещинно-карстовых вод. К зонам распространения локального карста по тектоническим нарушениям и контактам часто приурочены крупные родники с расходом до 1,5 м3/с (реже до 5 м3/с), которые могут служить критерием для поисков наиболее перспективных участков и проведения на их площади предварительной и детальной разведки, а в дальнейшем — для создания концентрированных водозаборных сооружений. Исследованиями ' установлено, что локальные трещиноватость и закарстованность в сложно дислоцированных известняках, поражают карбонатные породы на всю их мощность и распространяются на большие глубины (на 800—1500 м ниже современного местного базиса эрозии). В некоторых горноскладчатых районах Урала, Казахстана и Средней Азии на таких глубинах открытые пустоты являются водоносными и содержат пресную воду гидрокарбонатно-кальциевого состава. В связи с этим закарстованные известняки в гидрогеологическом отношении можно рассматривать как огромные естественные подземные водохранилища. 2. Трещиноватость и закарстованность регионального типа, широко поражающие карбонатные породы по мощности и в плане, в гидрогеологическом отношении играют роль среды, связывающей массив известняков в целом с отдельными зонами распространения открытых пустот локального типа, к которым приурочены мощные потоки подземных вод. Вследствие этого в карбонатных породах формируется единый гидравлически связанный бассейн трещинно-карстовых вод. Степень гидравлической связи, так же как и гидрогеологический режим карстового бассейна в целом, характеризуется сложностью и фильтрационной неоднородностью. 3. Закарстованный массив карбонатных пород на площади бассейна трещинно-карстовых вод характеризуется большой фильтрационной неоднородностью в плане и в разрезе. Наибольшая водопроницаемость известняков отмечается вдоль зон распространения карста локального типа. В отдельных блоках известняков иногда встречаются слабообводненные или практически необводненные участки. Участки детальной разведки обычно невелики, -поэтому с фильтрационной неоднородностью известняков приходится считаться и учитывать эти особенности при разведке месторождений трещинно-карстовых вод и оценке их эксплуатационных запасов. Осадки В горно-складчатых областях в условиях водоносности карбонатных пород формируется вертикальная гидрогеологическая зональность (рис. 11), для которой характерно наличие трех зон: I — зона инфлюации и транзита подземных вод, залегающая выше местного базиса эрозии современной гидрографической сети; II — зона активного подземного стока, в пределах которой формируются основные ресурсы трещинно-карстовых вод. Здесь можно выделить подзону активного местного стока (сток под влиянием местного базиса эрозии) и подзону регионального подземного стока (сток под влиянием регионального базиса эрозии); III — зона затрудненного подземного стока, 
Рис. 11, Схема вертикальной гидрогеологической зональности в карбонатных породах.I — зона инфлюацни и транзита трещинно-карстовых вод; II — зона активного подземного стока и накопления основных естественных ресурсов и запасов трещинно-карстовых вод; III — зона замедленного подземного стока и накопления трещинно-карстовых вод повышенной минерализации. 1 — известняки; 2— тектоническое нарушение; 3 — направление стока подземных вод; 4 — родник; 5 — галечники; 6 — границы зон залегающая ниже местного базиса эрозии, где трещинно-кар- стовые воды имеют незначительные скорости движения и в некоторых случаях несколько повышенную минерализацию. Месторождения трещинно-карстовых вод замкнутых бассейнов. Как видно из табл. 4, месторождения второго типа встречаются в двух разновидностях бассейнов трещинно-карстовых вод: в замкнутых и открытых. Первый подтип объединяет ограниченные по площади бассейны трещинно-карстовых вод, имеющие такие геолого- структурные условия, при которых образуются относительно замкнутые или почти 'замкнутые гидрогеологические районы, обычно вытянутые по простиранию узких полос известняков, залегающих в форме синклиналеподобных складок. Подземный сток из таких бассейнов характеризуется преимущественно родниковым расходом и определяется граничными условиями "слабоводопроницаемых вмещающих некарстующихся пород (рис. 12). Вверх по течению поверхностного потока в зоне контакта карбонатной толщи с вмещающими породами уровень трещинно-карстовых вод обычно залегает на глубинах ниже современного русла реки (до 10 м), поэтому в этой части бассейна располагается основная область питания и наблюдается естественное, иногда довольно интенсивное, поглощение поверхностных вод. 
Рис. 12. Месторождения трещинно-карстовых вод:а —замкнутый бассейн; б — открытый бассейн. 1 — водоносные карбонатные породы; 2 — слабопроницаемые трещиноватые породы (эффузивы, сланцы); 3 — рыхлые песчано- глннистые отложения (преимущественно водоносные пескн); 4 — глины; 5 — зона тек-» тонических нарушений; 6 —родники; 7 — уровень трещинно-карстовых вод; 8 — фонтанирующие , скважины В зоне нижнего контакта происходит естественная разгрузка трещинно-карстовых вод в виде родников. При наличии на площади распространения бассейнов этого подтипа большой мощности известняков и постоянно действующего поверхностного речного стока промышленная их ценность резко возрастает, так как появляется возможность создать наиболее производительные водозаборы инфильтрационного типа. Месторождения трещинно-карстовых вод этого подтипа наиболее широко распространены и изучены на Урале, где они интенсивно используются для водоснабжения ряда городов и горнорудных предприятий. В области развития мощной толщи зеленокаменных пород палеозойские известняки часто залегают в форме замкнутых, линейно-вытянутых в плане, синклиналепо- добных структур. Месторождения трещинно-карстовых вод, приуроченные к замкнутым бассейнам, распространены также на Алтае, в Центральном Казахстане и в Средней Азии. Опыт разведки и эксплуатации месторождений трещинно- карстовых вод описываемого типа показывает, что при отсутствии на площади замкнутых бассейнов речной сети с постоянно действующими или паводковыми расходами промышленная ценность таких месторождений резко снижается. Атмосферные осадки не играют существенной роли в формировании эксплуатационных запасов, так как водосборная площадь бассейна обычно мала. Эксплуатационные запасы на 'водозаборных участках в этом Случае формируются за счет естественных ресурсов и запасов. Своеобразные замкнутые бассейны трещинно-карстовых вод встречаются в Центральном Казахстане, где они имеют относительно большие площади распространения (до 800 км2) и более сложные гидрохимические условия формирования естественных ресурсов и запасов, характерные для аридных зон СССР. Поверхность распространения карбонатных пород на площади бассейна слабо расчленена, а мелкая гидрографическая сеть, как правило, не имеет постоянно действующих поверхностных потоков; весьма редко развита1 и родниковая сеть. Характерным в гидрогеологическом отношении является то, что замкнутые бассейны трещинно-карстовых цод в Центральном Казахстане формируются в пределах относительно полого залегающих брахиантиклинальных складок. Трещинно-карсто- вые воды пород палеозоя, если отсутствует речная сеть, имеют единственный источник питания — атмосферные осадки, выпадающие в течение года неравномерно и в незначительном количестве (160—220 мм/год). Области питания замкнутых бассейнов трещинно-карстовых вод, таким образом, обычно полностью совпадают с площадью их распространения. Гидрохимические условия на площади таких бассейнов являются . сложными. В центральной части брахискладок обычно распространены пресные воды гидрокарбонатно-хлоридно-кальциево- натриевого состава с общей минерализацией до 1 г/л. В краевых частях свода, где наблюдается постепенное погружение водоносных карбонатных пород под более молодую толщу песчаников, а также на глубинах более 120 м в центральной части бассейна отмечается постепенное повышение общей минерализации трещинно-карстовых вод до 3 (реже 8) г/л. Пресные воды, таким образом, залегают на месторождении в форме огромной линзы (рис. 13). Месторождения трещинно-карстовых вод замкнутых бассейнов брахиантиклинальных структур имеют большое значение в разрешении проблем водоснабжения горнорудных объектов Центрального Казахстана. Месторождения трещинно-карстовых вод открытых бассейнов обычно распространены в открытых бассейнах трещинно- карстовых вод, в которых геолого-структурные условия и значительная площадь распространения карбонатных пород отличаются наличием четко выраженной области питания, что обеспечивает формирование относительно свободного местного (родниковый) и регионального глубинного подземного стока в сторону погружения водовмещающей структуры под более молодые образования. К таким бассейнам, имеющим большую площадь распространения, как правило, приурочены мощные подземные потоки (см. рис. 12, б). На площади бассейнов, таким образом, формируются значительные естественные ресурсы и запасы трещинно-карстовых вод, накопление которых происходит преимущественно на глубинах ниже местного базиса эрозии. За счет глубинного регионального стока трещинно-карсто- вых вод в сторону погружения известняков в покрывающих толщах более молодых пород очень часто образуются напорные водоносные горизонты сопряженного артезианского бассейна. 
Рис. 13. Схематический разрез замкнутого бассейна трещинно-карстовых вод казахстанского типа./ — закарстованные водоносные известняки; 2 — глинистые породы; 3 — песчаники; 4 — уровень трещинно-карстовых вод; 5 — граница раздела пресных (I) и минерализованных (II) подземных вод Наиболее характерные в гидрогеологическом отношении месторождения этого подтипа встречаются в Южном Казахстане, по западному склону Урала, в Средней Азии, в Восточной Сибири и других горно-складчатых областях Советского Союза, где карбонатные породы имеют значительные мощности и большую площадь распространения. В перечисленных областях промышленное значение этих месторождений очень велико. На некоторых из них действуют водозаборные сооружения, суммарный дебит которых достигает 200 тыс. м3/сут, а суммарные водопритоки в систему подземных горных выработок на рудниках достигают 320 тыс. м3/сут. Бассейны трещинно- карстовых вод в укааанных районах имеют обычно большие площади (от 3000 до 8000 км2), поэтому существенную роль в питании таких вод играет инфильтрация атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на площади распространения известняков и прилегающих контактирующих пород. Инфильтрация атмосферных осадков в данном случае может обес- .-лечить формирование в водоносной толще карбонатных пород значительных естественных ресурсов и запасов подземных вод. Такие природные особенности принципиально отличают месторождения этого подтипа от месторождений, приуроченных к замкнутым бассейнам трещинно-карстовых вод. Однако и для месторождений этого подтипа большую роль в увеличении эксплуатационных возможностей отдельных водозаборных участков играют процессы инфильтрации поверхностных вод из речной сети. На некоторых участках поверхностные воды рек имеют прямую связь с подземными водами через открытые карстовые пустоты, обнажающиеся в современном русле реки. Эти участки обычно отчетливо фиксируются в виде мощных родников. Такие участки разгрузки наиболее благоприятны для создания водозаборных сооружений инфильтрационного типа. Очень часто в долинах рек родниковый сток приурочен к мощным зонам тектонических нарушений. На некоторых отрезках речных долин гидравлическая связь трещинно-карстовых и поверхностных вод может осуществляться через рыхлые аллювиальные песчано-галечниковые отложения, выполняющие современное русло реки. В этих условиях дебиты водозаборных скважин будут формироваться за счет естественных ресурсов и запасов. Большое промышленное значение месторождений трещинно-карстовых вод для развития народного хозяйства требует пристального и тщательного их изучения. Наличие, в изучаемом районе большой площади распространения карбонатных толщ может являться поисковым критерием на обнаружение бассейнов трещинно-карстовых вод. |
|