Поисково-разведочные работы

ПОИСКИ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Глава 7

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ;

Гидрогеологические работы по поискам и разведке Месторожде­ний подземных вод следует рассматривать как сложный научно- технический процесс, позволяющий с помощью методических и технических приемов выявить месторождения, изучить усло­вия формирования подземных вод, оценить их эксплуатацион­ные запасы и обосновать промышленное освоение. С этих пози­ций проведение поисково-разведочных работ требует большого объема знаний в области геологии, гидрогеологии, гидрологии, а также технических средств.

Поиски и разведка охватывают два тесно связанных между собой понятия: а) методику поисков и разведки месторожде­ний; б) методику проведения основных видов гидрогеологиче­ских работ.

Первое понятие включает такие важные методические приемы, как обоснование стадийности в изучении объекта; вы­бор под разведку продуктивного водоносного горизонта; обосно­вание глубины разведки месторождения; выбор -способов рас­положения в плане поисковых и разведочных скважин, рас­стояний между разведочными поперечниками и между скважи­нами в каждом разведочном поперечнике, системы и техноло­гии бурения гидрогеологических скважин, рациональной схемы водозаборного сооружения для данных конкретных условий и т. д.

Методика проведения основных видов гидрогеологических работ включает методику проведения съемочных работ и опыт­но-фильтрационных работ, стационарных наблюдений за режи­мом подземных и поверхностных вод, геофизических исследо­ваний, балансово-гидрологических работ, санитарно-гигиениче-, ских исследований и т. д.

В теории и практике изучения различных типов месторожде­ний подземных вод действуют общие принципы поис­ков и разведки: 1) принцип гидрогеологической обосно­ванности и экономической целесообразности постановки на каждом объекте поисково-разведочных гидрогеологических ра­бот; 2) принцип стадийности, или последовательных приближе­ний, изучения месторождений подземных вод; 3) принцип пол­ноты исследований объекта, обеспечивающий обоснование ка­тегоризации разведанных запасов подземных вод в соответствии с требованиями Инструкции ГКЗ СССР [14] (отнесение экс­плуатационных запасов подземных вод к той или иной катего­рии достоверности и степени разведанности); 4) принцип охраны окружающей (геологической) среды при длительной эксплуата­ции подземных вод, а также защиты их от истощения и загряз­нений; 5) "принцип минимальных затрат труда, времени, креди­тов при разведке месторождений.

Первый принцип, как следует из его названия, строго регламентирует в каждом конкретном случае гидрогеологиче­ское обоснование и экономическую целесообразность постановки поисково-разведочных работ в новых районах или на площади действующего водозабора. Он состоит как бы из двух разделов. Содержание первого раздела сводится прежде всего к обосно­ванию—постановке поисков и разведки месторождений прес­ных подземных вод в соответствии с заявленной потребностью в воде. Сущность его состоит в том, что на основе предвари­тельного обобщения и анализа геологических и гидрогеологиче­ских материалов по району будущих исследований, а также на основе общих закономерностей формирования различных типов месторождений необходимо произвести прогнозную оценку, обосновывающую возможность обнаружения в заданном районе месторождения подземных вод промышленного типа, эксплуата­ционные возможности которого могут полностью или частично удовлетворять заявленную потребность конкретного объекта в воде. Нельзя проектировать разведочные работы в районах, где отсутствуют геологические и гидрогеологические' предпосылки для формирования эксплуатационных запасов пресных подзем­ных вод в масштабах месторождений промышленного типа. На­копленный в СССР опыт показывает, что соблюдение требова­ний этой части принципа позволяет избежать неоправданной постановки поисково-разведочных- работ в районах, где отсут­ствуют гидрогеологические условия для формирования крупных местррождений пресных подземных вод.

Вторая часть этого принципа предусматривает непосредст­венную оценку экономической целесообразности проведения поисков и разведки подземных вод в данном районе. Сущность этих требований состоит в том, чтобы доказать предпочтитель­ность использования подземных вод по сравнению с другими возможными источниками водоснабжения (например, поверхно­стные воды реки, озера, водохранилища и др.) для данного объекта. Если подземные воды как возможный источник водо­снабжения имеют в данном районе значительное преимущество перед другими источниками, экономическая целесообразность организации поисково-разведочных работ довольно просто до­казывается предварительными соображениями и примерными расчетами конкурентной способности подземных вод. Такие предварительные соображения излагаются в программе или

проекте поисковых работ. В более сложной ситуации, когда два или три источника водоснабжения имеют примерно равные эко­номические показатели, доказательство конкурентной способно"- сти подземных вод, а следовательно, правомерности постановки поисково-разведочных работ целесообразно более подробно и всесторонне изложить в технико-экономическом докладе (ТЭД). ТЭД в таких случаях составляется геологоразведочной органи­зацией совместно с заинтересованными проектными институ­тами.

Второй принцип является основополагающим научно- методическим приемом в изучении месторождений подземных вод, строго регламентирующим требования к постановке поис­ково-разведочных гидрогеологических работ. Сущность его со­стоит в последовательном накоплении данных о конкретном ме­сторождении подземных вод, начиная с изучения общих усло­вий формирования месторождения, прогнозной оценки естествен­ных ресурсов и запасов и кончая количественной оценкой эксплуатационных запасов подземных вод, в том числе по вы­соким промышленным категориям, а также гидрогеологическим обоснованием промышленного освоения разведанного объекта.-.. Именно поэтому геологоразведочный процесс изучения место­рождений принято подразделять на несколько стадий.

Стадийность поисков и разведки регламентируется научно- методическими положениями, разработанными Министерством геологии СССР, а также требованиями действующей инструк­ции ГКЗ СССР по применению классификации эксплуатацион­ных запасов подземных вод к месторождениям пресных вод "И содержанию материалов по подсчету разведанных их запа­сов.

В соответствии с этим принципом гёологоразведочные ра­боты на всех объектах должны проводиться в следующей после­довательности (стадийности). Вначале в районе исследований проводятся поисковые работы —общие и детальные по­иски,— а затем по мере выявления на площади исследований промышленных типов месторождений подземных вод на кон­кретном участке (водозаборном участке) осуществляется пред­варительная и детальная разведки. После сдачи месторождения в промышленное освоение на водозабор­ном участке должны быть продолжены исследования на стадии эксплуатационной разведки, в процессе которой изучают режим и опыт эксплуатации подземных вод.

Принцип последовательных приближений не только регла­ментирует стадийность в изучении месторождений подземных вод, но и диктует выбор методических приемов разведки и со­четание основных видов гидрогеологических работ, содержание которых определяет степень изученности объекта и достовер­ность разведки. В табл. 6 приводится краткая характеристика стадийности разведки месторождений подземных вод, перечень основных задач, решаемых на каждой стадии, а также методи-

ческие приемы их решения. В связи с тем, что принцип стадий­ности является основополагающим в методике поисков и раз­ведки подземных вод, его содержание подробно рассмотрено в главах 8 и 9.

Не меньшее значение для выбора методики поисков, раз­ведки и оценки запасов подземных вод имеет принцип пол­ноты исследований месторождений. Сущность его состоит в необходимости проведения работ с такой полно­той, которая обеспечивает обоснованное выделение той или иной категории разведанных запасов подземных вод (в соот­ветствии с требованиями инструкции ГКЗ СССР) (табл. 7). Достоверность выявления эксплуатационных запасов подземных вод и общие принципы их разведки зависят от ряда природных факторов, основными из которых являются: 1) степень гидро-

геологической и гидрогеохимической сложности месторожде­ния, позволяющая количественно оценить источники формиро­вания, и в целом эксплуатационные запасы подземных вод (сложность гидрогеохимических и граничных условий фильтра­ционного потока в плане и разрезе и т. д.); 2) степень неодно­родности фильтрационных свойств водовмещающих пород, опре­деляющая возможность применения для данного месторожде­ния того или иного метода оценки эксплуатационных запасов подземных вод; 3) степень надежности прогнозной оценки ка­чества подземных вод на длительный период их эксплуатации.

Учитывая это обстоятельство, в Инструкции ГКЗ СССР [14] все типы месторождений пресных, подземных вод по степени сложности гидрогеологических условий для целей разведки под­разделены на три группы (см. табл. 7).

Для каждой из выделенных в табл. 7 групп месторождений подземных вод Инструкцией ГКЗ СССР [Н] установлены тре­бования к их разведке и обоснованию той или иной категории разведанных запасов подземных вод (см. гл. 15).

Большое значение для оценки* условий промышленного освоения разведанных запасов подземных вод на месторожде­нии имеет принцип охраны окружающей (геоло­гической) среды при длительной их эксплуатации, а также Защита подземных вод от истощения и загрязнения. По своему содержанию этот принцип состоит из двух разделов. Первый раздел содержит требования, связанные с обоснованием предупредительных мероприятий по охране окружающей среды от негативного влияния техногенных процессов при длительной эксплуатации крупных систем водозаборных сооружений. Вто­рой раздел предусматривает защиту подземных вод от загряз­нений и истощения.

Современный этап хозяйственного освоения подземных вод как источника централизованного водоснабжения и орошения характеризуется интенсивным их отбором преимущественно си­стемой крупных групповых сосредоточенных и взаимодействую­щих между собой водозаборов. При такой эксплуатации под­земных вод в сфере влияния водозаборов всегда происходит значительное нарушение естественных гидрогеологических и ин­женерно-геологических условий* Как правило, эти изменения имеют место на площади развития депрессионной воронки, осо­бенно в ее центральной "Гасти. Эти нарушения в окружающей среде происходят вследствие развития техногенных процессов (дренирование влаги на площади депрессионной-воронки, осу­шение части безнапорного водоносного горизонта, изменение режима взаимосвязи подземных и поверхностных вод, вторич­ная консолидация осушенных рыхлых пород, развитие суффо- зионно-карстовых явлений в карбонатных породах и др.). Нега­тивное влияние техногенных процессов приводит к изменению, прежде всего, геологической, а нередко и окружающей среды в целом. Именно поэтому на площади развития депрессионной во­ронки изменения могут привести к ухудшению экологических и ландшафтных условий, к деформации поверхности и поверх­ностных сооружений, ухудшению качества подземных вод и т. д.

Механизм развития техногенных процессов на водозаборных участках изучен очень слабо; недостаточно разработаны и гидрогеологические основы мероприятий по защите геологиче­ской и окружающей среды в целом от негативного воздействия этих процессов. Отсюда и возникает необходимость проведения гидрогеологических исследований при разведке и эксплуатации подземных вод в указанных направлениях. Техногенные гидрогеологические процессы представляют собой совокупность тесно связанных между собой и взаимно обу­словленных гидрогеологических, инженерно-геологических, фи­зико-химических и биогеохимических процесов, возникающих при эксплуатации подземных вод на водозаборных сооруже­ниях. Понятие окружающая среда является очень емким и обобщающим: содержание его определяется кон­кретно поставленной задачей. Например, при оценке условий обитания и производственной деятельности человека окру­жающую среду следует рассматривать как природную обста­новку (материальную систему), в которой все слагающие ее компоненты (атмосфера — гидросфера — литосфера — почва — животный и растительный мир) постоянно находятся в слож­ном взаимодействии. Окружающую среду как комплексный объект изучает большая группа взаимосвязанных наук. Веду­щей наукой является экология, которая в последнее время стала комплексной наукой, изучающей условия взаимодействия со­циально организованного общества с природой. Каждый компо­нент окружающей среды может детально изучаться (в условиях их взаимодействия) соответствующими науками. Именно по­этому следует признать правомерность существования гидро­геологических аспектов общей проблемы охраны и защиты ок­ружающей среды. .

Геологическую среду следует рассматривать как неотъемлемую часть окружающей среды, как материальную си­стему, компоненты которой (горные породы —• подземные воды — микроорганизмы — природные газы), слагая верхнюю часть гидрогеосферы, постоянно находятся во взаимодействии в есте­ственных и нарушенных условиях. Свойства каждого компо­нента геологической среды в отдельности в настоящее время исследованы достаточно детально. Однако условия их взаимо­действия при длительной эксплуатации подземных вод изучены слабо. Отсюда возникает необходимость "в изучении геологиче­ской среды не только при разведке месторождений, но и в пе­риод длительной эксплуатации, когда весьма интенсивно про­являются техногенные процессы.

Целесообразно выделить природную геологическую среду, не затронутую техногенными изменениями, и природно-техно- генную геологическую среду, существенно измененную под влиянием техногенных процессов.

Формы интенсивной эксплуатации подземных вбд определили в разведочной гидрогеологии выделение второго раздела рпи- сываемого принципа — защиту подземных вод от истощения и загрязнения. Истощение запасов пресных подземных вод на во­дозаборном участке — понятие емкое. В общем случае истоще­ние запасов продуктивного водоносного горизонта является следствием нерациональной их эксплуатации, когда на водоза­борном участке отбор подземных вод превышает общую вели­чину разведанных и утвержденных запасов, т. е. снижение уровня подземных вод в скважинах при эксплуатации превы­шает расчетное значение, установленное при оценке запасов. В этих условиях процесс истощения запасов на водозаборном участке всегда характеризуется общей тенденцией интенсивногоснижения уровня подземных вод в продуктивном водоносном горизонте. Это снижение обычно четко фиксируется на графи­ках режима уровней, В других случаях -наряду со снижением уровня по ряду причин может произойти существенное ухудше­ние качества подземных вод (подтягивание к водозаборным скважинам подземных вод повышенной' минерализации, изме­нения под влиянием биогидрогеохимических процессов и т.д.).

В безнапорном водоносном горизонте процесс истощения ха­рактеризуется не только сработкой естественных запасов и сни­жением уровня подземных вод на водозаборном участке, но и значительным осушением водовмещающих пород, уменьшением их мощности, формированием искусственной зоны аэрации. В напорном, водоносном горизонте, имеющем иные граничные условия потока в разрезе, эти процессы проявляются иначе. В начале интенсивного водоотбора, т. е. в первую фазу, отме­чается непрерывное снижение пьезометрического напора, при этом сохраняется мощность налорного водоносного горизонта и происходит сработка естественных упругих запасов подзем­ных вод. В дальнейшем, во вторую фазу, когда уровни подзем­ных вод на водозаборном участке будут ниже отметки кровли напорного горизонта, начнется частичное осушение продуктив­ного горизонта и формирование на водозаборе напорно-безна- порного режима фильтрации потока.

В практике использования подземных вод могут быть вы­явлены такие гидрогеологические условия, когда на месторожде­нии формируются преимущественно естественные запасы. В та­ких случаях, по мнению Н. Н. Биндемана, при необходимости слеДует подходить к эксплуатации запасов так же, как к ис­пользованию других твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, т. е. планировать отбор подземных вод, как добычу невосполняемых Запасов угля, железных, полиметаллических руд и т. д. Ограничение отбора подземных вод в этих условиях значительно занизило бы эксплуатационные возможности ме­сторождения. Совершенно очевидно, что возникает, необходи­мость рассчитать срок эксплуатации водозабора. В таких усло­виях на участке происходит истощение подземных вод при за­данном режиме их отбора на объекте.

Наиболее эффективным способом защиты эксплуатационных запасов подземных вод от истощения является искусственное восполнение. В настоящее время этот способ начинает широко применяться при эксплуатации крупных водозаборных сооруже­ний. Именно поэтому в некоторых случаях целесообразно на различных стадиях разведки месторождений проводить комп­лексные исследования с целью оценки источников искусствен­ного восполнения эксплуатационных запасов подземных вод с тем, чтйбы заранее выяснить способы их защиты от исто­щения.

Второй раздел принципа охраны окружающей (геологиче­ской) среды имеет большое значение для оценки эксплуатацион­ной возможности разведываемого -месторождения. Сущность этой части принципа состоит в необходимости проведения до­стоверной прогнозной оценки качества подземных вод на весь период проектируемой эксплуатации водозаборного сооруже­ния. В процессе разведки прежде всего необходимо обосновать в гидрогеологическом и санитарно-бактериологическом отноше­нии организацию на будущем водозаборном участке зон сани­тарной охраны (зона строгого режима и охранная зона второго пояса). Исследования в этом направлении, как правило, про­водятся гидрогеологической службой совместно с санитарной инспекцией, по результатам таких работ составляется совмест­ное заключение.

Принцип минимальных затрат труда, в р е- мени и средств при проведении разведки месторожде­ний заключается в том, чтобы при минимальных затратах труда, времени и средств обеспечить решение поставленных перед разведкой задач, не снижая при этом достоверность получен­ных результатов. Сокращение сроков разведки месторождений и своевременная подготовка объекта к промышленному освое­нию имеют принципиальное значение- на современном 'этапе проведения всех видов гидрогеологических исследований.

Необходимыми условиями повышения эффективности гидро­геологических работ, вытекающими из требований этого прин­ципа, являются тщательный анализ гидрогеологических мате­риалов- по районам исследований на стадии проектирования поисково-разведочных работ, выполнение прогнозной оценки степени гидрогеологической сложности месторождения, намечен­ного под разведку; учет имеющегося по району исследований опыта эксплуатации подземных вод (на действующих водоза­борах) . В результате может быть решен вопрос об объединении во времени отдельных стадий поисков и разведки месторожде­ний подземных вод и др.