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

Предварительная разведка месторождений подземных вод
 






Техническая литература



Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин
  Методика разведки месторождений подземных вод

В разведке месторождений пресных подземных вод обычно выделяют три стадии: а) предварительная, б) детальная, в) эксплуатационная разведка.

Предварительная разведка

В общей технологической схеме проведения поисково-разведочнЫых работ особое место занимает стадия предварительной разведки месторождений подземных вод. Объясняется это сложностью задач, стоящих перед исследователями на этой стадии: а) изучение основных особенностей геологического строения и гидрогеологических условий перспективных участков, выдвинутых под разведку в результате детальных поисков; б) качественная и количественная оценка источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод участка предварительной разведки; в) уточнение гидрогеологических параметров пород на площади разведочного участка, обоснование расчетной схемы и выбор метода оценки разведанных запасов; г) обоснование для данных гидрогеологических и технико-экономических условий наиболее рациональной схемы будущего водозаборного сооружения; д) прогнозная оценка (в предварительном виде) степени влияния планируемого отбора подземных вод на состояние геологической среды и окружающей среды в целом; е) выяснение общей величины эксплуатационных запасов подземных вод на площади разведочного участка.

На стадии предварительной разведки должны быть определены общие масштабы месторождения, возможность удовлетворения заявленной потребности в воде, а также (в предварительном виде) условия промышленной его отработки.

В процессе изучения месторождения на стадии предварительной разведки рекомендуется выполнить следующие основные виды гидрогеологических работ.

1. Детальная гидрогеологическая съемка участка предварительной разведки (площадь, на которой впоследствии разместится водозаборное сооружение). Масштаб съемки от 1:5000 до 1 :25 ООО в зависимости от площади и степени сложности месторождения. Детальные съемки в таких масштабах целесообразно проводить инструментальным путем на готовой топографической основе. Информативной основой для проведения съемки являются результаты комплекса гидрогеологических исследований, которые проводятся на участке предварительной разведки. Исходя из этого, детальную съемку целесообразно выполнять в два этапа.

В самом начале исследований необходимо провести детальные рекогносцировочные обследования всей площади перспективного участка с целью уточнения границ топографической съемки, предварительного изучения геоморфологических, геологических и гидрогеологических его особенностей, а также выявления технико-экономических условий проведения различных видов разведочных работ (выяснение степени проходимости застроенности территории, наличия подземных и наземных коммуникаций и т. д.).

Второй этап охватывает период работ на стадии предварительной разведки, когда выполняется весь комплекс исследований с соответствующим отображением на карте результатов всех видов исследований, геофизических, буровых и опытно- фильтрационных работ, изучения режима подземных вод и т. д.

Таким образом, площадь детальной съемки (предварительной разведки) может быть обеспечена информацией, достаточной для составления различных специализированных гидрогеологических карт и разрезов, отражающих особенности геологического строения, геоморфологических и гидрогеологических условий (карты глубин залегания, фильтрационных свойств продуктивного водоносного горизонта, минерализации подземных вод, гидроизогипс и др.).

2. Детальные наземные геофизические исследования на участках предварительной разведки проводятся с целью уточнения геолого-гидрогеологических условий и плана размещения буровых работ.

3. Бурение гидрогеологических скважин на площади предварительной разведки включает проходку разведочных и наблюдательных скважин. При сложных гидрогеохимичееких условиях, когда необходимо изучить условия взаимосвязи пресных и минерализованных подземных вод, могут быть пробурены структурно-картировочные скважины. Методика размещения буровых гидрогеологических скважин на площади предварительной разведки (число разведочных и наблюдательных скважин, их глубина, расстояние между скважинами) определяется рядом факторов, главными из которых являются: 1) конкретные гидрогеологические условия разведочного участка, в том числе степень их сложности; 2) схема будущего водозаборного сооружения; 3) требующееся количество-воды; 4) требования действующей инструкции ГКЗ СССР к изученности месторождений подземных вод и т. д.

В принципе для многих случаев можно рекомендовать следующую систему первоочередного ^размещения разведочных скважин: 1) на перспективном участке необходимо произвести сгущение скважин в створах ранее пройденных поисковых профилей или поперечников с таким расчетом, чтобы были охвачены фланги и«центральная часть площади разведочного участка; 2) в случае необходимости на разведочном участке могут быть заложены дополнительные разведочные скважины для более полного освещения гидрогеологических условий. Дальнейшее размещение разведочных скважин на участке исследований должно обосновываться в зависимости от результатов бурения скважин первой очереди.

Глубина заложения разведочных скважин во многих случаях определяется расположением и мощностью выбранного продуктивного водоносного горизонта. В сложных гидрогеохимических условиях допустимо бурение специальных разведочно-структурных скважин с целью изучения залегающих ниже подземных вод повышенной минерализации.

В водоносных горизонтах большой мощности (более 80 м) на первых этапах исследований целесообразно изучить изменение в вертикальном разрезе фильтрационных свойств водовме- щающих пород. По результатам таких исследований можно выделить наиболее продуктивную часть водоносного горизонта и установить оптимальную глубину разведочных скважин, которые смогут обеспечить наиболее эффективную работу будущего водозаборного сооружения. В решении этой задачи кроме опытно-фильтрационных работ существенную роль могут сыграть детальные каротажные геофизические исследования (резисти- виметровый и расходометрический каротаж и др.). На месторождениях, отличающихся весьма неоднородными фильтрационными свойствами водовмещающих. пород (месторождения трещинно-карстовых вод и зон тектонических нарушений), рекомендуется на участках разведки- предварительно проходить опережающие поисково-картировочные скважины небольшого диаметра. Последующее бурение собственно разведочных скважин на водозаборном участке осуществляется в зависимости от результатов бурения опережающих поисково-картировочных скважин.

4. Опытно-фильтрационные работы (одиночные и кустовые откачки из разведочных скважин) наиболее важны для оценки эксплуатационных запасов подземных вод разведочного участка. Главное назначение комплекса таких работ состоит в определении основных гидрогеологических параметров продуктивного водоносного горизонта и, в случае необходимости, разделяющих слоев; изучении граничных условий продуктивного водоносного горизонта в плане и разрезе; выяснении качества подземных вод с помощью химического и санитарно-ба^териоло- гического опробования. Для решения перечисленных задач на разведочном участке на стадии предварительного его изучения обычно проводятся следующие опытно-фильтрационные работы: опытные зональные откачки из одиночных скважин в процессе их проходки (с целью исследования изменений фильтрационных свойств водовмещающих пород в вертикальном разрезе); опытные откачки из одиночных скважин после окончания их бурения; опытно-кустовые откачки из разведочных скважин с кустом наблюдательных выработок (для уточнения гидрогеологических параметров пласта и их изменений по площади).

Степень достоверности разведанных запасов подземных вод на месторождении прямо связана со степенью достоверности определения основных гидрогеологических параметров пласта, поэтому опытно-фильтрационные работы при разведке месторождений подземных вод необходимо проводить качественно и на высоком научно-методическом уровне.

5. Опробование подземных вод. Особое место в общем комплексе работ, проводимых на стадии предварительной оценки, занимает изучение качества подземных вод и санитарного состояния площади разведочного участка путем отбора проб воды из разведочных и наблюдательных, скважин с последующим исследованием их в лабораторных условиях. Пробы воды целесообразно отбирать не только из продуктивного горизонта, но из смежных с ним водоносных горизонтов, а также поверхностных водотоков и водоемов. Частота отбора проб воды и их число определяются прежде всего сложностью гидрогеохимических условий разведочного участка и поэтому в каждом конкретном случае устанавливаются отдельно. Санитарное обследование для гидрогеологического обоснования зон санитарной охраны на разведочном участке целесообразно выполнять совместно с представителями органов санитарного надзора в соответствии с действующими в этих органах инструкциями. При обнаружении загрязнений в подземных водах допускается бурение дополнительных скважин в районе месторождения. Отбор, хранение, транспортировку проб воды и проведение анализов необходимо осуществлять в соответствии с ГОСТ 2874-82. 6. Изучение режима подземных и поверхностных вод. Изучение естественного режима подземных и поверхностных вод очень важно для достоверной оценки эксплуатационных запасов подземных вод. Особое значение такое изучение приобретает при разведке месторождений подземных вод речных долин и трещинно-карстовых вод карбонатных пород, режим которых тесно связан с воздействием окружающей среды (метеорологи- •ческие и гидрологические факторы). По своему содержанию и направленности эти исследования являются продолжением работ, которые были начаты в стадию детальных поисков.

Изучение естественного режима подземных и поверхностных вод на разведочном участке необходимо проводить на специально оборудованной для этой цели опорной наблюдательной сети (буровые наблюдательные скважйны, водомерные посты, организованные в речных долинах и в местах естественной разгрузки подземных вод в виде родников). Размещение опорной режимной наблюдательной сети определяется необходимостью решения целого комплекса задач, основнымя из которых являются следующие: выяснение величины годового колебания уровня подземных вод; определение минимальной, средней и максимальной мощности продуктивного водоносного горизонта и связанных с ними значений допустимого понижения уровня в будущих водозаборных скважинах на разведочном участке, а также внесение поправок в ходе снижения уровня при опытно-, фильтрационных работах; уточнение условий взаимосвязи подземных вод с поверхностными, а также с подземными водами, приуроченными к смежным водоносным горизонтам; установление (в некоторых случаях уточнение) гидрогеологических параметров пород и др.

Продолжительность наблюдений за естественным режимом подземных вод для грунтовых и неглубоко залегающих напорных вод должна быть не менее года, поэтому исследования сле- -дует начинать на стадии детальных поисков. Частота замеров уровней, температуры и расхода определяется в каждом конкретном случае в зависимости от закономерностей изменения элементов режима и характера решаемой задачи. Особое значение исследования по режиму приобретают на тех месторождениях, где подземные воды находятся в тесной гидравлической связи с поверхностными водами, когда последние при эксплуатации могут явиться основным источником формирования эксплуатационных запасов. В таких гидрогеологических условиях на месторождении необходимо провести цикл балансово-гидрометрических работ с целью изучения поверхностного стока реки и его изменения по сезонам года и в многолетнем разрезе. Чаще всего полевые работы должны сочетаться со сбором и обобщением материалов многолетних гидрологических исследований. В указанном направлении должны быть изучены: уровенный режим водотока, режим поверхностного стока, температура, химический и бактериологический состав поверхностных вод, режим твердого стока (в том числе мутность), условия промерзания поверхностных вод и прохождения весеннего паводка (в том числе границы затопления пойменной террасы) , продолжительность маловодного периода и его количественная характеристика. Исследованиями должны быть установлены максимальные и минимальные значения уроеенного режима поверхностного стока соответственно 1, 5 и 95%-ной обеспеченности. Особенно важно изучить минимальный средний за 30-суточный период расход реки гидрологического года 95 %-ной обеспеченности. При разведке водозаборных участков, на которых дебит каптажного сооружения формируется за счет периодической сра- ботки естественных запасов подземных вод с последующим восполнением в период прохождения паводка, необходимо получить количественную характеристику стока в маловодный период и установить продолжительность этого периода. В таких условиях необходимо гидрометрическими исследованиями установить внутригодовое распределение поверхностного стока в течение гидрологического года (95 и 50%-ной обеспеченности) и ряда лет.

Общая продолжительность балансово-гидрологических иссле-' дований на месторождениях должна быть по возможности максимальной, на некоторых месторождениях их целесообразно начинать на стадии детальных поисков и продолжать до окончания разведки. При изучении на стадии предварительной разведки некоторых объектов, например месторождений малых замкнутых бассейнов трещинно-карстовых вод, линз пресных подземных вод и др., важно установить величину ежегодного питания (разгрузки) водоносного горизонта. Для этого на опытных участках должны быть проведены специальные балансовые исследования (снегомерная съемка, наблюдения в лизиметрах, более частые микронаблюдения за режимом уровня и,др.). Продолжительность таких исследований должна составлять не менее одного года.

В процессе проведения гидрогеологических работ на стадии предварительной разведки исключительно важное значение приобретают специальные исследования по изучению опыта эксплуатации подземных вод на водозаборных сооружениях, расположенных в районе изучаемого месторождения. В тех случаях, когда на действующих каптажных сооружениях проводятся стационарные режимные наблюдения, необходимо собрать и обобщить материалы этих наблюдений и совместно с постами гидрогеологической службы провести контрольные замеры дебита и уровней подземных вод, а также оценить влияние этих сооружений на состояние окружающей среды.

6. Камеральная обработка материалов является завершающим этапом предварительной разведки месторождений подземных вод. В состав камеральных работ входят: а) обобщение и анализ собранных материалов комплексных исследований; б) подсчет разведанных запасов подземных вод и их категоризация; в) предварительная прогнозная оценка изменений окружающей среды, которые могут возникнуть при будущей длительной эксплуатации; г) обоснование дальнейшей постановки работ на стадии детальной разведки (составление технико-экономических расчетов по выбору участка водозабора). При изучении месторождений подземных вод с простыми гидрогеологическими условиями и небольшой заявленной потребностью в воде (намного меньше общих эксплуатационных возможностей месторождения) результаты предварительной разведки могут оказаться достаточными для оценки эксплуатационных запасов по категориям В и Q.

Однако в большинстве случаев, как это следует из требований Инструкции ГКЗ СССР [14], по результатам предварительной разведки определяется общая величина эксплуатационных запасов подземных вод с оценкой их по категориям Сі и Сг (по категории Сі —в количестве первоочередной заявленной потребности в воде). Кроме того, должен быть выбран участок для проведения детальной разведки, а также рациональная для данных условий схема водозабора.

Выбор рациональной схемы водозаборного сооружения целе: сообразно выполнять в такой последовательности [11]: а) исходя из конкретных гидрогеологических условий разведочного участка, необходимо наметить несколько вариантов размещения водозаборных скважин по площади, расстояния между скважинами, их число и проектный дебит; б) затем для каждого варианта следует провести предварительные ориентировочные расчеты общей производительности водозабора при заданной допустимой величине понижения уровня (производительность водозабора должна соответствовать общей заявленной потребности в воде объекта водоснабжения); в) далее необходимо выполнить с помощью приближенных экономических расчетов сравнительную оценку наиболее рационального размещения эксплуатационных скважин по выбранной схеме водозаборного сооружения. Приближенные экономические расчеты так же, как и выбор схемы водозабора, должны быть выполнены совместно с заинтересованной проектной организацией.