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

Гидрогеологические основы поисков и разведки пресных подземных вод

 






Техническая литература



Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин
  СОДЕРЖАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ

Основные понятия
Гидрогеологические основы поисков и разведки пресных подземных вод следует рассматривать как научную базу разведочной гидрогеологии. Она представляет собой совокупность ряда научных и методических положений, основными из которых являются: а) учение о месторождениях пресных подземных вод; б) классификация промышленных, типов месторождений пресных подземных вод. применительно к различным гидрогеологическим условиям страны; в) закономерности распространения на территории СССР промышленных типов месторождений пресных подземных вод. Эти положения по существу предопределяют общее направление и методику проведения поисково- разведочных гидрогеологических работ для целей крупного водоснабжения.

Как и все другие виды полезных ископаемых, пресные подземные воды в верхней части гидрогеосферы образуют месторождения, в пределах которых обычно и формируется то или иное количество естественных ресурсов и запасов.

Г..Н. Каменский, рассматривая в работе «Поиски и разведка подземных вод» различные формы нахождения подземных вод в природе и связь этих форм с определенными типами водовме- щающих структур, отмечал, что те места гидрогеологических структур, в пределах которых концентрируются ресурсы подземных вод, можно было бы назвать водными месторождениями. В это понятие Г. Н. Камёнский вкладывал особое содержание, отражающее не только форму залегания водоносных пород, но и динамику, и режим вод. Придавая большое значение связи между формой залегания водоносных пород и геологическими структурами в целом, он выделил девять типов водовмещающих структур и рассмотрел некоторые примеры, характеризующие гидрогеологические условия выделенных типов.

Учитывая современный уровень знаний в области региональной гидрогеологии, накопленный опыт разведки и эксплуатации, а также современные запросы практики, вполне правомерно ввести в разведочную гидрогеологию научное понятие месторождение пресных подземных вод.

Это понятие было предложено автором в 1959 г. В дальнейшем формулировка его совершенствовалась и уточнялась. В инструкции- ГКЗ СССР [14] приведена следующая формулировка: «Под месторождением подземных вод подразумевается пространственно ограниченная часть водоносной системы, в пределах которой под влиянием естественных или искусственных факторов создаются благоприятные по сравнению с окружающими площадями условия для отбора подземных вод в количестве, достаточном для целевого использования их в народном хозяйстве».

Степень сложности гидрогеологических условий различных типов месторождений пресных подземных вод определяется несколькими факторами: условиями залегания, распространения и строения водоносных горизонтов, изменчивостью мощности и фильтрационных свойств водовмещающих парод, источниками формирования эксплуатационных запасов и гидрогеохимической обстановкой.

Ту часть месторождения подземных вод, где производится непосредственный их отбор для практического использования, можно назвать эксплуатационным, или водозаборным участком. На больших площадях месторождений подземных вод может быть несколько водозаборных участков. Отсюда следует, что месторождения пресных подземных вод формируются преимущественно в самой верхней части гидрогеосферы, в зоне активного подземного стока. Именно здесь на глубинах в среднем 300-—600 м формируется современная зона распространения основных ресурсов пресных подземных вод, участвующих в общем глобальном процессе влагооборота. Наряду с этим в практике гидрогеологических работ были выявлены месторождения пресных подземных вод на больших глубинах (более 800 м), условия формирования которых изучены слабо. Ниже этих глубин, в зоне замедленного подземного стока, в гидрогеосфере формируются подземные воды повышенной минерализации.

Подземные воды являются единственным полезным ископаемым, при эксплуатации которого происходит не только его расходование, но и во многих случаях дополнительное формирование на водозаборном участке, вызванное усилением питания. Не менее важной особенностью пресных подземных вод является возможность отбирать их непрерывно в течение практически неограниченного времени.

Именно поэтому в понятии месторождения пресных подземных вод учитывается не только объем вод, накапливающихся в продуктивном горизонте (как для других полезных ископаемых), но и величина возможного их отбора для непрерывной эксплуатации. Величина отбора определяется не только запасами подземных вод в пласте, но и величиной питания, фильтрационными свойствами водовмещающих пород и другими факторами.

Месторождения пресных подземных вод, так же как и месторождения всех других полезных ископаемых, имеют условные границы в плане и разрезе, определенные объемы и естественно- исторические условия формирования запасов.

В самом понятии месторождения пресных подземных вод есть некоторая условность. Например, в практике разведки подземных вод на площади крупных артезианских бассейнов или речных долинах не так просто обосновать четкое выделение границ месторождений. В связи с этим в работе [11] совершенно справедливо подчеркивается, что в этих условиях при оценке эксплуатационных запасов подземных вод возникает необходимость учитывать возможное взаимодействие отдельных месторождений между собой в процессе их эксплуатации. Вместе с этим в природных условиях встречаются такие объекты, границы которых могут быть выделены довольно четко. Это относится, например^, к ограниченным водоносным* структурам, на площади которых водопроводимость пород продуктивного горизонта значительно может превышать водопроводимость вмещающих пород. Очевидно, в таких гидрогеологических условиях вполне допустимо проведение границ месторождения пресных подземных вод по геологическим границам водовме- щающей структуры.

Такой же подход к выделению границ месторождения подземных вод применим и к узким речным долинам, где по бортам долины часто распространены породы с более низкими фильтрационными показателями по сравнению с .водовмещаю- щими породами продуктивного горизонта — песчано-галечнико- выми аллювиальными образованиями.

Следует отметить, что этот раздел гидрогеологических основ поисков-и разведки подземных вод в настоящее время еще недостаточно разработан. В этом направлении поиски более четкого определения научного понятия месторождения пресных подземных вод, в том числе основы выделения границ месторождения, целесообразно продолжать.

Выше подчеркивалось, что практика на данном этапе развития народного хозяйства постоянно требует разрешения проблем водоснабжения крупных объектов. В связи с этим для выбора научно-обоснованного направления поисково-разведочных работ для таких целей целесообразно выделить из всех разновидностей месторождений пресных подземных вод те типы месторождений, которые имеют большое практическое значение, т. е. месторождения промышленного типа.

Месторождения пресных подземных вод промышленного типа — это такие гидрогеологические объекты, которые на практике являются основными поставщиками значительных эксплуатационных запасов при решении проблем централизованного водоснабжения крупных городов, промышленных центров, горнорудных предприятий, а также проблем орошения крупных массивов земель. Нижний предел эксплуатационных запасов подземных вод "для месторождений промышленного типа можно условно принять примерно до 5—8 тыс.м3/сут. Месторождения с эксплуатационными возможностями ниже указанного предела могут быть отнесены к мелким объектам, ресурсы которых могут быть использованы главным образом для децентрализованного водоснабжения мелких населенных пунктов.

К непромышленным типай месторождений подземных вод можно отнести, например, месторождения, распространенные на площади бассейнов трещинно-грунтовых вод зоны выветривания интрузивных, эффузивных, метаморфических и других некарстующихся пород. Исследования показывают, что на площади таких бассейнов, где породы обычно обладают низкими фильтрационными показателями, отсутствуют благоприятные геолого-структурные условия для формирования крупных естественных ресурсов и запасов подземных вод. Открытая трещи- новатость в них очень быстро затухает с глубиной. Следовательно, в данном случае нет оснований ориентировать разведку подобных месторождений на решение проблемы централизованного водоснабжения крупных объектов.

Это обстоятельство необходимо учитывать при постановке поисково-разведочных гидрогеологических работ. Игнорирование правильной оценки природных условий формирования месторождений может привести к непроизводительным затратам на разведку месторождений подземных вод непромышленного типа. На площади распространения большой группы некарстующихся пород месторождения промышленного типа могут формироваться только в пределах крупных тектонических нарушений, имеющих сравнительно мощные, зоны дробления и брекчирования.

Такие месторождения можно назвать месторождениями трещинно-жильного типа —это линейные потоки подземных вод, локализующиеся непосредственно в зонах дробления тектонических нарушений (см. гл. 6).

Методика поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов на месторождениях пресных подземных вод непромышленного типа сравнительно проста и достаточно подробно осве--- щена в ряде монографий и учебников. При наличии общих гидрогеологических данных по тому или иному району, где могут быть распространены мелкие месторождения, сущность их разведки состоит в бурении одной или двух разведочных скважин для непосредственного вскрытия водоносного горизонта. Затем на скважинах, как правило, проводятся опытно-фильтрационные работы, главным образом для установления характера зависимости между дебитом выработки и понижением в ней динамического уровня Q = f (S), а также из скважины производятся обычно не менее чем при двух понижениях уровня.

По характеру зависимости, установленной опытным путем, простыми аналитическими расчетами или графически (путем экстраполяции графика Q = f(S) можно определить максимально возможный дебит разведочной скважины. Если этот дебит удовлетворяет заявленную потребность в воде небольшого хозяйственного объекта, то, по существу, задачу по разведке источника водоснабжения можно считать решенной положительно.

Учитывая, что приемы разведки месторождений подземных вод непромышленного типа просты и достаточно хорошо известны, методика их изучения в настоящем учебном пособии не рассматривается.

Значительно сложнее обстоит дело с методикой разведки и оценки эксплуатационных запасов крупных месторождений подземных вбд промышленного типа, которые используются для централизованного водоснабжения. Объясняется это необходимостью: а) отбора из продуктивного горизонта значительных объемов пресных подземных вод крупными водозаборными сооружениями, состоящими, как правило, из целой системы буровых скважин; б) учета взаимодействия между буровыми скважинами внутри системы крупного водозаборного сооружения, а также между крупными водозаборными сооружениями, расположенными на площади месторождения; в) прогнозной оценки влияния интенсивного отбора подземных вод из недр земли на состояние геологической и окружающей среды в целом.

Из этого перечня задач можно сделать вывод, что методика разведки и оценки эксплуатационных запасов пресных подземных вод на месторождениях промышленного типа является весьма сложной и принципиально отличается от изучения мелких объектов; этим проблемам и посвящено настоящее учебное пособие.

Введение в разведочную гидрогеологию понятий месторождение пресных вод, и тем более месторождение промышленного типа имеет таким образом большое научно-методическое и практическое значение. Эти понятия объединяют комплекс гидрогеологических признаков, а также условия формирования и масштабы использования пресных подземных вод при решении проблем централизованного водоснабжения крупных объектов.

В разрезе месторождения пресных подземных вод могут залегать несколько водоносных горизонтов, а нередко и водоносный комплекс. Однако в числе распространенных на месторождении водоносных горизонтов могут быть такие, в пределах которых по комплексу признаков формируются основные естественные ресурсы и запасы месторождения, а также складываются условия, благоприятные для их отбора. К таким признакам можно отнести: а) мощность водоносного горизонта и литологический состав водовмещающих пород; б) высокие фильтрационные показатели водоносных пород и их относительно слабую изменчивость в плане и разрезе; в) постоянно действующие источники питания, а также гидравлическую связь водоносных горизонтов с поверхностными водами и т. д.

Водоносные горизонты, которые по ряду гидрогеологических признаков могут быть основными поставщиками эксплуатационных запасов пресных подземных вод на данном объекте при разрешении конкретных проблем централизованного водоснабжения, можно назвать продуктивными.

Выбор под разведку продуктивного водоносного горизонта на месторождении может производиться по результатам анализа материалов ранее проведенных исследований, по опуту эксплуатации действующих водозаборных сооружений или по результатам поисковых работ. К факторам, определяющим закономерности формирования промышленного типа месторождений подземных вод, можно отнести геолого-структурные, гидрогеологические, геоморфологические, климатические, гидрологические И технические.

Геолого-структурные факторы являются основными, определяющими условия образования и залегания водо- вмещающих структур, литологический состав водосодержащих и разделяющих горных пород, закономерности формирования фильтрационных и емкостных свойств пород и их пространственную изменчивость, условия взаимосвязи подземных вод различных горизонтов и т. д. Гидрогеологические факторы обусловливают гидродинамический режим и структуру фильтрационного потока подземных вод, режим отбора (безнапорный, упруговодонапор- ный), условия питания, естественной разгрузки, формирования химического состава, а также влияние отбора подземных вод на состояние окружающей среды и др.

Геоморфологические факторы определяют для некоторых типов месторождений условия формирования продуктивного водоносного горизонта в плане и разрезе, а также фильтрационных свойств водовмещающих и разделяющих слоев (например, водоносных песчано-галечниковьхх толщ в речных долинах и конусах выноса).

Гидрологические факторы наиболее существенно определяют условия питания подземных вод в результате инфильтрации поверхностных вод, взаимосвязь поверхностных и подземных вод, а также возможность привлечения поверхностных вод на водозаборном участке. Климатические факторы определяют естественные условия питания подземных вод за счет инфильтрации атмосферных осадков, естественной разгрузки подземных вод путем испарения, транспирации растительности и т. д.

Технические факторы определяют возможность при- . менения рациональной в технико-экономическом отношении системы эксплуатации пресных подземных вод; учитывающей глубину отбора подземных вод, оптимальный дебит эксплуатацион ных скважин, конструктивные особенности каптажного сооружения и др.

Таким образом, формирование промышленных типов месторождений пресных подземных вод является многофакторным процессом, что и учитывается при их классификации.