|
| ||
| Бурение скважин | Технология | Цены | Фото и видео | Техническая литература | ||
 |
Разведка месторождения подземных вод на площади таликовой зоны древней речной долины |
|
|
Техническая литература Станок для бурения БУР-50:  | Разведка месторождения подземных вод на площади таликовой зоны древней речной долины Описываемое месторождение подземных вод относится к первому типу второго подтипа, в соответствии с принятой классификацией (см. табл. 5). Оно расположено в области распространения многолетнемерзлых пород и приурочено к ограниченному по площади подрусловому талику древней речной долины с периодически действующим поверхностным потоком. По степени сложности гидрогеологических условий для целей разведки месторождение следует отнести ко второй группе. Опыт многолетней эксплуатации сравнительно крупного водозабора с периодическим отбором, сработкой и последующим возобновлением емкостных запасов, расположенного в одной из древних долин зоны вечной мерзлоты, подтверждает отмеченное выше предположение о том, что в районах распространения многолетнемерзлых пород могут быть обнаружены крупные месторождения подземных вод. Горно-складчатый район, где расположено месторождение, характеризуется резко континентальным климатом. Многолетняя среднегодовая температура воздуха является отрицательной и равна — 9,2° С. Количество выпадающих атмосферных осадков изменяется по годам от 400до850мм. Продолжительность периода с отрицательной температурой составляет 240—250 дней в году. Подземные воды на месторождении приурочены к песчано-галечниковым аллювиальным обра.-- зованиям древней горной долины, имеющей поверхностный сток только в теплое время'года (примерно 4—5 мес в году). Средне- многолетний сток реки равен 1,34 м3/ с. Данные по режиму поверхностного стока реки приводятся в табл. 31. В районе месторождения широко распространена мощная толща многолетнемерзлых горных пород (мощность более 150—200 м). Исключение составляет небольшой участок талых аллювиальных пород в северной части древней долины, распространенных непосредственно под современным руслом реки (подрусловая таликовая зона). Подземные воды древней долины формируются в валунно- галечниковых и песчано-гравийных образованиях четвертичного возраста. На южном и центральном участках'долины водовмещающие песчано-галечниковые образования с поверхности перекрыты слоем непроницаемых глин мощностью от 3—4 до 60 м. Мощность водоносного горизонта древней долины постепенно увеличивается с юга на север вверх по достине. В поперечном разрезе мощность водоносного горизонта уменьшается от осевой части долины к ее бортам, соответственно от 80 до 3—5 м вплоть до полного выклинивания. Глинистые породы, распространенные в южной части древней долины реки, резко сужают живое сечение потока подземных вод, и поэтому на этом участке формируется естественная их разгрузка летом в виде родников, а в зимнее время в виде наледей (рис. 72). Наледи, занимая сравнительно большую площадь распространения, явились надежным поисковым признаком, на основании которого и было открыто новое для района Сибири месторождение подземных вод таликовой зоны древней речной долины. На площади распространения .сквозного талика подземные воды в летний период имеют тесную связь с поверхностными водами реки; в зимнее время в период полного промерзания водотока подземные воды лишаїртся источника питания и их уровни вскрываются на глубине от 5 до 25 м. Накопленные в летнее время в песчано-галечниковых образованиях емкостные запасы в зимнее время постепенно расходуются в виде родникового стока, а затем в виде образования наледи. Условия формирования подземных вод древней долины приведены на рис. 73. Разведочные работы на воду на месторождении древней долины выполнялись в три стадии: детальных поисков, предварительную и детальную разведку. На стадии детальных поисков на площади древней долины  Рис. 72. Схема питания водоносного горизонта (продольный разрез долины реки). 1 — водоносные галечники; 2 — глины; 3 — слабопроницаемые эффузивы; 4 — контур вечной мерзлоты; 5 — источник; б — скважина; 7— наледи; 8 — максимальный уровень грунтовых вод; 9 —- минимальный уровень груИтовых вод; 10 — направление инфильтрации речных вод; —направление движения грунтовых вод; 12 — направление естественной разгрузки грунтовых ВОД; 13 -— прогнозный уровень грунтовых вод при работе водозабор были проведены комплексная мерзлотно-гидрогеологическая съемка и наземные геофизические исследования — электропрофилирование и вертикальное электрозондирование. Результаты наземных геофизических работ были положены в основу размещения в древней долине картировочных и поисковых скважин, а также были использованы для оценки условий распространения на месторождении многолетнемерзлых пород. Во всех буровых скважинах проводились термометрические исследования, а также пробные откачки. По результатам поисково- съемочных работ в пределах древней речной долины была произведена оценка перспективной площади, по которой общие эксплуатационные запасы подземных вод определялись балансовым методом по категории Сг, с целью обоснования необходимости постановки в дальнейшем на месторождении предварительной разведки. В стадию предварительной разведки на месторождении был выполнен следующий комплекс работ: а) детальные геофизические работы с целью всестороннего исследования мерзлотно- гидрогеологических условий на площади перспективного участка древней долины; б) бурение разведочных и дополнительных наблюдательных скважин; в) опытные кустовые откачки с целью уточнения гидрогеологических параметров; г) наблюдения за режимом подземных вод для установления взаимосвязи подземных и поверхностных вод; д) балансово-гидрометрические исследования с целью изучения режима поверхностного стока; е) изучение фильтрационных свойств пород, слагающих покровные образования современного русла реки с целью оценки условий возобновления запасов подземных вод в стоковый период.  Рис. 73. Схема питания водоносного горизонта (поперечный разрез древней долины). / — водоносные галечники; 2— слабопро- ницаемыё эффузивы; 3 — контур вечной мерзлоты; 4 — скважина и депрессионная воронка; 5 — максимальный уровень грунтовых вод; 6 — минимальный уровень грунтовых вод; 7 — направление движения потока В стадию предварительной разведки большое внимание было уделено: а) уточнению фильтрационных свойств водовмещающих пород по площади и в вертикальном разрезе; б) изучению с помощью натурных исследований (режимных и балан- сово-гидрометрических) условий возобновления емкостных запасов подземных вод, срабатываемых в зимнее время года, когда сток реки полностью промерзает до дна и водоносный горизонт не получает питания; в) решению теплофизических задач (методом моделирования) с целью прогнозной оценки возможного изменения мерзлотных условий в период будущей длительной эксплуатации .подземных вод (оценка возможной миграции границы распространения многолетнемерзлых пород в зимнее время, когда понижение уровня грунтовых вод в скважинах водозабора достигает глубин от 15 до 35 м). Обработка материалов кустовых откачек производилась обычным графоаналитическим методом с помощью графиков временного и площадного прослеживания уровня. Результаты опробования водоносного горизонта показали, что коэффициенты фильтрацци водоносных пород изменяются от 1—2 м/сут в бортовой части долины до 85—200 м/сут в осевой части. В соответствии с этим удельные дебиты скважин изменяются от 0,2—2 до 8,5—64 л/с. Фильтрационные свойства водовмещающих пород в осевой части сквозного талика оказались однородными. По качеству подземные воды древней долины, как показали гидрогеохимические исследования, полностью отвечают требованиям ГОСТа для хозяйственно-питьевых вод. Исследования количественной оценки естественных запасов подземных вод показали следующие результаты. В контуре древней речной долины на разведочной ее части объем естественных емкостных запасов подземных вод при максимальном положении уровней в конце летнего периода составляет 63 млн. м3; минимальный объем запасов формируется в зимнее время в количестве 50—55 млн. м3. Около 10—12 млн. м3 подземных вод разгружается в зимний период из водоносного горизонта в виде родников и наледей. По результатам предварительной разведки были выполнены балансовые и аналитические расчеты с целью оценки эксплуатационных запасов подземных вод по категориям В- и С| и выбрана наиболее рациональная схема будущего водозаборного сооружения. В эту стадию была решена и теплофизическая задача. Требовалось детально исследовать температурный режим толщи мерзлых горных пород, контактирующих с отложениями сквозного талика, расположенного в русле древней реки и предопределяющего условия восполнения запасов подземных вод месторождения при систематическом нарастании м'ощностей водоотбора и повышения уровня. Подлежащий исследованию теплофизический процесс был воспроизведен на гидравлическом интеграторе, предназначенном для решения задач по расчету неустановившейся теплопередачи. Результаты моделирования показали, что эксплуатация подземных, вод месторождения и, как следствие, увеличение объемов инфильтрации поверхностных вод создают еще более благоприятные условия для питания подземных вод (по сравнению с естественными условиями) в связи с увеличением размеров сквозного талика, а также .приводят к увеличению аккумулирующей емкости древней долины за счет оттаивания мерзлых пород над водоносным горизонтом. По результатам расчетов мерзлые породы, контактирующие с отложениями сквозного талика (вертикальный контакт), по мере наращивания отбора объемов воды будут оттаивать и через 5, 10, 20, 30, 40, 50 лет сквозной талик расширится соответственно на 7, 13, 8, 27, 40, 52 м, а мерзлые породы, залегающие над водоносным горизонтом (горизонтальный контакт) за то же время соответственно уменьшат мощность на 1,5; 4,2; 11,4; 17,5; 23; 28,5 м. На стадии детальной разведки, учитывая реальные эксплуатационные возможности месторождения, а также острую потребность в воде, Основные виды гидрогеологических работ были совмещены со стадией поочередного строительства собственно водозаборного сооружения. Бурение и испытание разведочно-эксплуатационных скважин на водозаборном участке производились строго по схеме запроектированного каптажного сооружения и по мере их опробования передавалось в опытную эксплуатацию. В короткий срок были введены поочередно в ра^ боту 12 разведочно-эксплуатационных скважин, суммарная производительность которых к концу 1970 г. составила 600 л/с. Такое совмещение комплекса гидрогеологических работ в стадию детальной разведки со строительством собственно водозабора и опытно-промышленной его эксплуатацией оказалось экономически целесообразно и гидрогеологически оправдано. Двухлетняя опытно-промышленная эксплуатация подземных вод позволила оценить собственно эксплуатационные запасы по высоким промышленным категориям; наиболее надежным способом проверить достоверность ранее выполненных гидродинамических расчетов, в деталях изучить условия сработки и восполнения эксплуатационных запасов в период весенне-летнего поверхностного стока и одновременно ускорить решение задачи'по водоснабжению крупного промышленного объекта. Режимными наблюдениями, проведенными в процессе двухлетней опытно-промышленной эксплуатации водозаборного сооружения, было четко установлено, что восполнение ранее сработанных в зимнее время запасов подземных вод в летний паводковый период происходит очень быстро — в течение 10— 15 сут. Расчетами было установлено, что в принципе такие условия восполнения емкостных запасов сохранятся при расходах реки в период 95%-ной обеспеченности. Методика аналитических расчетов эксплуатационных запасов, разработанная для речных долин с периодическим питанием, действием поверхностного стока, может быть применена и для древних речных долин районов Сибири, где на площади сквозных таликовых зон были выявлены аналогичные условия формирования, сработки и возобновления запасов подземных вод. В связи с оценкой эксплуатационных запасов этим методом природные условия месторождения были преобразованы в расчетную схему «пласт-полоса» с непроницаемыми границами в плане (на контакте с границей вечной мерзлоты), площадь которой разделена на условно изолированные между собой водоносные блоки. Учитывая необходимость периодического возобновления запасов, водозаборное сооружение в виде линейного ряда скважин было размещено в осевой части древней долины, где водоносные породы таликовой' зоны имеют максимальную мощность.  Рис. 74. Схема расчета эксплуатационных запасов (план расположения скважин). Для оценки эксплуатационных запасов для данных мерзлотно-гидро- геологических1 условий необходимо было провести: а) расчет производительности линейного ряда скважин, расположенных вдоль долины, в период отсутствия питания и сработки емкостных " запасов подземных вод (наихудшие условия работы водозабора); б) оценку восполнения ранее сработанных емкостных запасов подземных вод в период действия поверхностного водотока. У—контуры распространения продуктивного горизонта; 2 — то же, с полезной мощностью; 3 — границы блоков; 4 — скважины в центре блоков. Римские цифры — номера блоков Для решения первой задачи вся площадь водозаборного сооружения («пласт-полоса» водовмещающих пород) условно была разбита на восемь расчетных блоков для первой очереди и двенадцать — для второй очереди водозабора, в центре каждого расчетного блока располагалась одна эксплуатационная скважина (рис. 74). Оценка эксплуатационных запасов подземных вод по восьми расчетным блокам с учетом периода независимого режима (отсутствия питания) и сработки емкостных запасов на величину 5Д0П (0,6—0,7 мощности водоносного горизонта) была произведена по формуле Примечание. 1. При расчетах были приняты следующие значения параметров: коэффициент водоотдачи валунно-галечных отложений—20%; радиус скважии—0,2 м; коэффициент пьезопроводности — 10s м'/сут, расчетный период—240 сут; остаточная мощность водоносного горизонта—20 м. 2. Коэффициент уровиепроводиости рассчитан по кустовым откачкам. В стадию эксплуатационной разведки на водозаборном участке были продолжены комплексные исследования по изучению режима подземных и поверхностных вод. Результаты изучения режима эксплуатации первой и второй очереди водозабора подтвердили результаты разведки и ранее выполненных аналитических расчетов по оценке эксплуатационных запасов. Была установлена хорошая восполняемость емкостных запасов подземных вод древней долины. Так, отобранные в 1975 г. из продуктивного водоносного горизонта подземные воды в объеме 146,4 млн. м3 довольно быстро возобновлялись в паводок. При этом уровни подземных вод в конце летнего периода (сезон постоянного поверхностного стока) во всех водозаборных скважинах фиксировались на максимальных отметках. Вместе с тем опыт эксплуатации водозабора и режимные наблюдения показали, что при отборе из водоносного горизонта подземных вод в количестве 1100 л/с не полностью используются регулировочная емкость песчано-галечниковых отложений и степень восполнения запасов. Следовательно, эксплуатационные возможности месторождения могут быть увеличены. Всего по месторождению в целом с учетом периодической сработки и возобновления эксплуатационные запасы подземных вод были утверждены в ГКЗ СССР в следующем количестве: по категории А — 700 л/с (подтвержденные опытом эксплуатации); по категории В — 400 л/с (обоснованные опытом эксплуатации второй очереди водозабора и многолетними режимными наблюдениями). |
|