Курсовая работа (т): Методика поисково-разведочных работ

Методика поисково-разведочных работ

ВВЕДЕНИЕ

Питьевые подземные воды являются жизненно важным минеральным ресурсом, обеспечивающим развитие социальной сферы и экономики любого государства, и пользуется все возрастающим спросом. Для водоснабжения городов и населенных пунктов, промышленных комплексов проводятся поисковые и поисково-оценочные работы, разведаны и разведываются месторождения питьевых подземных вод. Значительные ресурсы подземных вод привлекаются в связи с рассредоточенным их использованием, в том числе сельскохозяйственным производством, для которого подземные воды являются также источником водоснабжения.

Недостаток питьевых подземных вод в России, по оценкам В.В. Куренного (2010) отмечается на 80% ее территории. По глобальным оценкам И.С. Зекцера (2007) эта цифра составляет 60% территории земного шара.

К питьевым подземным водам относят воды, которые по своим качественным показателям выделяются среди пресных вод по величине общей минерализации в интервале 0,25 - 0,75 г/дм3 (Куренной, 1965, 2008, 2009; Куренной, Шварцев, 2010). Воды с минерализацией до 0,25 и более 0,75 г/дм3 (до 1,5 г/дм3) целесообразно считать допускаемыми для питьевых целей с соблюдением определенных требований, в том числе к режиму потребления, разрабатываемых для гидрогеологических условий той или иной сложности. С учетом санитарно-гигиенических требований к микрокомпонентной группе показателей их питьевые качества уточняются нормативными документами.

В конце прошлого столетия Министерством природных ресурсов России была осуществлена оценка водообеспеченности населения России ресурсами подземных вод. Впервые были получены данные о ресурсном потенциале хозяйственно-питьевых подземных вод страны, достигающем 870 млн. м3/сут (Боревский, Язвин, 2005). Ресурсы собственно питьевых подземных вод не оценивались. Региональные гидрогеологические исследования, основанные на использовании методов структурно-гидрогеологического анализа, позволяют произвести типизацию условий и вскрыть закономерности формирования и локализации ресурсов питьевых подземных вод, присущие конкретному региону.

Представления об условиях локализации складываются последовательно при изучении закономерностей неоднородности фильтрационных сред. Геологическая неоднородность - ключевая проблема гидрогеодинамики (Шестаков, 2003). Исследование природного явления неоднородности позволяет выделять части водоносных систем, благоприятные для формирования питьевых подземных вод, разрабатывать критерии для построения соответствующих прогнозно-поисковых моделей их формирования.

Одна из важнейших гидрогеологических закономерностей состоит в том, что формирование питьевых подземных вод происходит в зоне свободного водообмена, требует целенаправленного изучения и оценки ее как пространства, находящегося под влиянием дренирования земной коры в границах гидрологического цикла. Водосборы гидрографической сети являются непосредственными гидрогеологическими структурами, реализующими процессы дренирования и единство подземных и поверхностных вод. При этом подземное питание поверхностных водных объектов (водотоков, озер, водохранилищ) выполняет роль регулирующего фактора (Аполлов, 1963), а водосборы располагают всеми атрибутами геологической среды для формирования питьевых подземных вод. Исключение могут составлять некоторые регионы с крайне специфическими гидрогеологическими условиями (криолитозона, регионы приповерхностного распространения эвапоритовых формаций седиментационных бассейнов, аридные и субаридные регионы).

В настоящем проекте рассматриваются типы месторождений подземных вод горно-складчатых областей, содержащие ресурсы воды питьевого качества, подробно анализируются методические приемы ведения поисково-разведочных работ, оценки запасов и расчета водозаборов. На примере одного из месторождений горных областей Башкирского Зауралья представлен весь комплекс мероприятий по детальной разведке подземных вод трещинно-карстового комплекса на перспективном участке; оцениваются эксплуатационные запасы и исследуются источники возможных привлекаемых ресурсов (поверхностных речных вод) с точки зрения влияния на качество извлекаемых подземных вод.

ГЛАВА 1. ТИПИЗАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ГОРНО-СКЛАДЧАТЫХ ОБЛАСТЕЙ

Существует две общепринятых классификации подземных вод по характеру залегания: А.М. Овчинникова (1955) и Е.В. Пиннекера (1979), согласно которым различают три типа вод: верховодка (подвешенные), грунтовые (без напорные) и артезианские (напорные).Кроме того, в напорных водах Е.В. Пиннекер выделяет класс глубинных вод и субмаринной зоны, связанных и не связанных с континентом.

Таблица 1 - Классификация подземных вод по А.М. Овчинникову (1955) в трещиноватых горных породах и районах молодого вулканизма

Таблица 2 - Классификационная схема подземных вод по характеру залегания (Пиннекер, 1979) в трещиноватых и кавернозных породах и районов современного вулканизма

По геолого-гидрогеологическом условиям, определяющим методику проведения разведочных работ и подсчета эксплуатационных запасов, месторождения подземных вод горно-складчатых областей подразделяются на следующие типы:

месторождения межгорных артезианских бассейнов;

месторождения в конусах выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин;

месторождения в ограниченных по площади структурах или массивах трещинных и трешинно-карстовых пород и в зонах тектонических нарушений;

месторождения в надморенных и межморенных водно-ледниковых отложениях;

По степени неоднородности фильтрационных свойств водовмещающих пород водоносные горизонты и комплексы могут быть разделены на условно однородные, неоднородные и весьма неоднородные. Для предварительной характеристики степени неоднородности пласта могут быть использованы данные по отдельным дебитам скважин. В условно однородных пластах максимальные и минимальные дебиты однотипно оборудованных скважин различаются не более чем в 5 раз, в неоднородных - в 5-10 раз и в весьма неоднородных - более чем в 10 раз.

В зависимости от сложности гидрогеологических условий все месторождения подземных вод могут быть подразделены на три обобщенные группы.

Группа I. Месторождения с простыми гидрогеологическими условиями. Подземные воды приурочены к спокойно залегающим коллекторам выдержанной мощности, представленным однородными (пористыми и равномерно трещиноватыми) породами.

Группа II. Месторождения со сложными гидрогеологическими условиями. Подземные воды приурочены к относительно спокойно залегающим коллекторам невыдержанной мощности или неоднородным по фильтрационным свойствам (неравномерно трещиноватым и закарстованным).

Группа III. Месторождения с очень сложными гидрогеологическими условиями. Подземные воды приурочены к весьма неоднородным по фильтрационным свойствам (неравномерно трещиноватым или закарстованным) коллекторам, имеющим локальное распространение, или пластам, невыдержанным по мощности и осложненным тектоническими нарушениями.

Месторождения пресных подземных вод горно - складчатых областей преимущественно относятся к двум последним группам. Ниже приводится характеристика наиболее распространенных типов месторождений.

1.1 Подземные воды межгорных артезианских бассейнов

К данному типу относятся бассейны, связанные с межгорными и внутри горными впадинами горно-складчатых областей. Типичные бассейны межгорного типа характерны главным образом для молодых мезокайнозойских складчатых областей и, как исключение, для складчатых областей палеозойского возраста. Основными особенностями природных условий, геологического строения и истории развития типичных бассейнов межгорного типа, в значительной мере определяющими строение гидрогеологического разреза и условия формирования подземных вод, являются следующие.

. Наличие межгорной депрессии (тектонической впадины) относительно ограниченных размеров - до сотен, в ряде случаев тысяч квадратных километров равнинный, холмисто-равнинный рельеф поверхности с заметным увеличением отметок и расчлененности рельефа в краевых (предгорных) частях впадины и резко выраженный средне- или высокогорный рельеф в пределах ее складчатого обрамления.

. Наличие в разрезе бассейна двух структурно-тектонических этажей: чехла, сложенного рыхлыми аллювиально-пролювиальными, озерно-аллювиальными и другими континентальными осадками, мощность которых в центральной части впадины достигает 400-600 м (реже более), и сложно построенного фундамента, представленного кристаллическими породами, интенсивно дислоцированными и литифицированными ("складчатыми") осадочными толщами и др.

. Формирование осадочного чехла впадины в течение одного цикла осадконакопления в условиях близко расположенных областей сноса обломочного материала с резко расчлененным горным рельефом, что определяет в целом слабую отсортированность обломочного материала и наличие преимущественно крупно- и грубообломочных образований (пески, галечники и др.) в основании разреза осадочного чехла и в краевых частях впадины и преимущественно тонко - дисперсных (глины, суглинки), формирующихся на заключительной стадии цикла осадконакопления (верхняя часть разреза) в центральных районах впадины.

Крайняя периферийная область бассейна, приуроченная к относительно приподнятым участкам предгорной равнины, рассматривается как область питания или формирования потока подземных вод. Благоприятные в целом условия питания определяются здесь преобладанием в разрезе крупно- и грубообломочных высоко проницаемых (до 50-100 м/сут и более) отложений и относительно глубоким (до 50-80 м и более) залеганием уровня грунтовых вод. В этих условиях, как правило, основным источником питания грунтовых вод является поглощение поверхностных вод из временных и постоянных водотоков, поступающих из соседней горно-складчатой области, которые в связи с особенностями рельефа и строением гидрогеологического разреза являются "подвешенными" по отношению к уровню грунтовых вод.

Для третьей зоны бассейна в общем случае характерно распространение в верхней части гидрогеологического разреза относительно выдержанных и значительных по мощности (до 50-60 м и более) слабопроницаемых отложений (глины, суглинки). Наличие слабопроницаемых пластов затрудняет (в сравнении со второй зоной) условия взаимодействия грунтовых и напорных межпластовых вод нижней части разреза бассейна, в связи с чем, третья зона бассейна может рассматриваться как зона слабого взаимодействия грунтовых и напорных подземных вод, или как зона транзита ("транзитного" стока напорных подземных вод).

Четвертая зона в гидродинамической структуре бассейна является региональной областью разгрузки подземных вод, формирование которой определяется наличием крупной (наиболее глубоко врезанной) речной долины, озерной котловины, бессточных солончаковых понижений с интенсивным испарением грунтовых вод и др. В некоторых случаях разгрузка подземных вод осуществляется также подземным стоком в соседний (гипсометрический ниже расположенный) межгорный бассейн или смежный структурно-гидрогеологический район другого типа.

Формирование минерализации и химического состава подземных вод межгорных артезианских бассейнов определяется главным образом их гидродинамическими особенностями (близкое расположение областей питания и разгрузки подземных вод, значительные скорости фильтрации, отсутствие участков с резко затрудненным водообменом) и практическим отсутствием в аллювиально-пролювиальных и других континентальных отложениях относительно легкорастворимых соединений. В связи с этим в разрезе бассейна на всю мощность рыхлых отложений распространены обычно маломинерализованные (менее 1,0 г/л, в области питания чаще до 0,2-0,3 г/л) подземные воды гидрокарбонатного кальциевого (кальциево-натриевого) состава.

В аридных условиях в центральной части межгорных бассейнов, на участках с неглубоким залеганием уровня грунтовых вод характерной является их разгрузка путем испарения. Показателем такой разгрузки нередко является наличие соляных озер, солончаков, солончаковых понижений и др. В пределах таких участков распространены, как правило, солоноватые и соленые (иногда до 30-50 г/л и более) грунтовые воды хлоридного состава.

В краевых предгорных зонах, преимущественно в верхней части разреза, они нередко характеризуются широким распространением рыхлых аллювиально-пролювиальных отложений или интенсивно закарстованных карбонатных пород. Это определяет высокую проницаемость разреза, благоприятные условия питания подземных вод (приток из складчатых областей, поглощение поверхностного стока и др.), формирование мощной (1000-1500 м и более) зоны пресных подземных вод и т.д.

Минерализация глубоких подземных вод (2-3 км и более) может изменяться от 10-20 г/л в разрезах, сложенных континентальными или прибрежно-морскими терригенными породами, до 270-300 г/л и более при наличии галогенных толщ. При этом в зависимости от внутреннего структурного плана бассейна, мощности и строения разреза гидродинамические условия, типы гидрогеохимической зональности (прямая, инверсионная), характер изменения минерализации и состава подземных вод с глубиной, геотермические градиенты и другие характеристики могут достаточно резко изменяться даже в пределах различных структурных зон и участков одного бассейна.

1.2 Трещинные воды гидрогеологических массивов

Трещинные подземные воды являются основным типом свободных (гравитационных) вод в изверженных, метаморфических, сильно литифицированных осадочных и вулканогенных породах, фильтрационные и емкостные свойства которых определяются развитием трещиноватости (трещин) различных генетических типов.

Подземные воды в трещиноватых и закарстованных породах характеризуются своеобразными особенностями распределения, движения и накопления. Исследователи сталкиваются с определенными затруднениями при установлении путей движения таких вод, выделении водоносных зон и определении их мощности, оценке глубины распространения зон интенсивной трещиноватости, выборе показателей для гидрогеологических расчетов. Это связано с тем, что элементарными коллекторами (ячейками), в которых движется вода, здесь являются различные по размерам пустоты (трещины, каверны, жилы) разного генезиса к характера, формирующие неравномерно проницаемую среду.

Трещинные воды широко развиты в пределах гидрогеологических массивов и в меньшей степени в бортовых частях бассейнов пластовых вод. Они могут быть безнапорными и напорными.

Горизонты безнапорных трещинных вод (водоносные зоны трещиноватости) обычно связаны с верхней частью разреза гидрогеологических массивов, находящейся в сфере активного воздействия экзогенных процессов, где формируются подземные потоки, направленные от водоразделов к подошве склонов. Проницаемость водовмещающих пород интенсивно меняется по всей площади распространения горизонтов, поэтому в непосредственной близости могут быть встречены весьма водообильные и практически непроницаемые зоны. Мощность водоносных зон обычно сопоставима с мощностью открытой трещиноватости и изменяется от 30 до 200 м.