Курсовая работа (т): Методика поисково-разведочных работ

Дебит источников, выводящих трещинные воды на поверхность, составляет сотые или десятые доли литра в секунду. Производительность скважин также невелика: удельный дебит характеризуется теми же значениями, что и дебит источников. Обычно водообильность кристаллических пород не зависит от их минералогического состава и структурных особенностей. Пределы значений дебита скважин в разных породах весьма близки, а их изменение определяется различной выветрелостью и трещиноватостью пород.

Трещинные воды гидрогеологических массивов питаются в основном за счет атмосферных осадков, вод поверхностных водотоков и водоемов. В фундаменте бортовых частей бассейнов пластовых вод они могут пополняться за счет перетока из водоносных горизонтов перекрывающих осадочных пород. Обычно трещинные воды безнапорные, а их движение подчиняется линейному закону фильтрации Дарси. Разгрузка из горизонтов трещинных вод осуществляется в речную и балочно-овражную сеть (рис. 1) либо в бортовые части впадин.

Рис. 1 - Схема залегания трещинных вод в гидрогеологическом массиве: 1 - рыхлые аллювиальные отложения; 2 - интрузивные породы; 3 - эффузивные породы; 4 - разрывное нарушение в зоне тектонического контакта; 5 - уровень трещинных вод; 6 - нижняя граница водоносных кристаллических пород; 7 - источник трещинных вод

В ряде случаев трещинные, воды могут иметь напорный характер. Появление напора обязано одной из следующих причин:

) наличию непроницаемой либо слабопроницаемой покрышки в виде коры выветривания (в этом случае вся водоносная зона трещиноватости, кроме области питания, вмещает напорные воды);

) неравномерному затуханию различных систем трещин с глубиной (тогда в верхней части трещиноватой толщи воды безнапорные, а в нижней приобретают гидростатический напор, хотя видимые водоупоры в разрезе пород отсутствуют).

Кристаллические породы гидрогеологических массивов обычно слабо взаимодействуют с фильтрующейся через них водой, имеющей низкую температуру. В связи с этим трещинные воды в подавляющем большинстве случаев - пресные.

Жильно-трещинные и жильные воды. Особо важную категорию подземных вод в трещиноватых породах, как гидрогеологических массивов, так и бассейнов пластового типа составляют жильные и жильно-трещинные воды, связанные с зонами тектонических нарушений и разломов. Наиболее широко тектонические разрывы распространены в горно-складчатых областях, реже на древних кристаллических щитах и обнаженном фундаменте платформ. Имея тектоническую и гравитационную природу, такие разрывы представлены открытыми либо заполненными рыхлым и обломочным материалом каналами (жилами), сопровождающимися мощными зонами дробления, брекчирования пород с интенсивной оперяющей трещиноватостью. Жильный характер водовмещающего коллектора предопределяет специфику питания, движения и разгрузки подземных вод. В связи с этим зоны разломов образуют особый тип гидрогеологических резервуаров.

Жильно-трещинные и жильные воды чаще всего формируют линейно-вытянутые и относительно неширокие потоки. Преимущественно это напорные (восходящие) воды, движущиеся с больших глубин и обладающие значительными ресурсами. Сохраняя гидростатическую природу напора, жильно-трещинные воды во многих случаях имеют турбулентный характер движения и в очагах разгрузки выводятся на поверхность групповыми источниками с огромным дебитом (до нескольких м3/с), либо переливаются в перекрывающие рыхлые отложения.

Трещинные грунтовые воды содержатся в верхней наиболее трещиноватой зоне изверженных (интрузивных и эффузивных) пород. В горно-складчатых областях трещинные воды встречаются в пределах распространения интрузивных массивов и покровах эффузивных пород.

Распределение трещин в породах в одних случаях бывает без видимой закономерности, а в других отмечается их ориентированность в тех или иных направлениях. В верхней зоне трещиноватых пород трещины обычно связаны между собой, и трещинные воды, как правило, образуют здесь единую гидравлическую систему.

По характеру залегания подземные воды трещинных коллекторов и трещинно-жильных зон разломов подразделяются на безнапорные и напорные (артезианские). По структурной приуроченности они классифицируются по типам коллекторов: гидрогеологическим массивам, зонам глубинных разломов или иных тектонических сопрягающих элементов, вулканическим покровам и потокам, а также фундаменту артезианских бассейнов и склонов.

Формирование химического состава грунтовых вод зоны экзогенной трещиноватости определяется двумя основными факторами: 1) короткими (местными) путями фильтрации и в целом высокими скоростями движения грунтовых вод; 2) отсутствием, как правило, в верхней зоне массивов скальных пород легкорастворимых минеральных соединений. В этих условиях формируются преимущественно ультрапресные и маломинерализованные (до 150-200 мг/л, реже более) фунтовые воды гидрокарбонатного кальциевого (кальциево-магниевого, реже кальциево-натриевого) состава. Воды сульфатного и хлоридного состава с минерализацией до 2,0-3,0 г/л и более могут формироваться в зоне экзогенной трещиноватости гипс-ангидритовых и интенсивно загипсованных пород. В отдельных случаях в зоне экзогенной трещиноватости (Южный Урал, Аравийская пустыня и др.) возможно формирование CI-Na, S 0 4 , CI-Са, Na подземных вод с минерализацией до 10-30 г/л и более. Наличие этих вод может быть связано с процессом континентального засоления при разгрузке грунтовых вод испарением, с участками восходящей разгрузки более глубоких трещинных вод и др. При распространении в верхней части разреза засоленных отложений (соленосный флиш Карпатской складчатой области) непосредственно в верхней зоне возможно формирование хлоридных вод с минерализацией до 50-70 г/л и более. При наличии полиметаллического оруденения трещинные воды верхней зоны могут содержать Fe, Mn, Zn, Pb в концентрациях до 10 мг/л и более.

1.3 Подземные воды трещинно - карстовых коллекторов

Карстовыми, или трещинно-карстовыми, называются свободные (гравитационные) подземные воды, связанные с горными породами, скважность которых наряду с трещиноватостью (реже пористостью) определяется наличием карстовых пустот, образующихся в результате растворения минерального скелета горной породы подземными водами.

Форма и размеры подземных карстовых пустот могут быть различными: от мелких пустот (каверн) диаметром 2-3 мм и расширенных участков трещин до пещер и крупных подземных гротов. Практически во всех случаях процесс подземного карстообразования развивается унаследовано, усиливая (усугубляя) уже имеющуюся трещинную или поровую скважность минерального скелета породы.

В связи с этим процессы карстообразования (подземные формы карста) наиболее интенсивно протекают на участках, характеризующихся относительно более высокими значениями скоростей и расходов подземных потоков, и, как правило, достаточно резко затухают с увеличением глубины залегания.

Условия залегания трещинно-карстовых вод определяются характером закарстованности массива и режимом уровней грунтовых вод.

Питание трещинно-карстовых вод осуществляется за счет инфильтрации (инфлюации) атмосферных осадков и за счет поглощения поверхностных вод. Формирование и распределение величин атмосферного питания грунтовых трещинно-карстовых вод, в еще большей степени, чем грунтовых вод зоны экзогенной трещиноватости определяются типом строения верхней части гидрогеологического разреза.

Наиболее благоприятные условия формирования быстрого (инфлюационного) питания характерны для участков открытого поверхностного распространения интенсивно закарстованных пород. В пределах таких участков большая часть (до 60-70% и более) атмосферных осадков, за вычетом испарения, расходуются на формирование инфильтрационного питания трещинно-карстовых вод (силурийское плато, Крымская яйла и др.). Практически столь же благоприятны условия питания на участках, где закарстованные породы перекрыты только песчаными, песчано-гравийными и другими высокопроницаемыми отложениями. Наименее благоприятные условия и низкие значения инфильтрационного питания характерны для участков, где закарстованные породы перекрыты значительными по мощности слабопроницаемыми отложениями.

Движение грунтовых трещинно-карстовых вод в общем случае направлено от центральной части массива (междуречья) к дренирующим понижениям. Однако структура потоков трещинно-карстовых вод может быть весьма сложной в связи с наличием зон локальной интенсивной закарстованности, блоков или участков слабо закарстованных пород, характером распределения карстовых зон в разрезе и т.д.

Разгрузка трещинно-карстовых вод осуществляется в виде многочисленных родников, в том числе субаквальных, а также рассредоточение через аллювиальные, аллювиально-озерные и другие рыхлые отложения. Именно для участков разгрузки трещинно-карстовых вод характерны крупные одиночные или групповые выходы, дебиты которых могут достигать десятков кубометров в секунду.

Несмотря на наличие многочисленных, в ряде случаев достаточно крупных источников, родниковая разгрузка составляет обычно только часть (менее 50%) суммарного расхода, так как основная часть разгрузки трещинно-карстовых вод часто происходит ниже уреза дрен.

Химический состав и минерализация грунтовых и неглубоко залегающих напорных трещинно-карстовых вод практически всегда определяются составом карстуюшихся горных пород. Карбонатные горные породы до глубин 150-200 м, в отдельных случаях до 500-800 м, в интенсивно расчлененных горных районах до 1000-1500 м (Зайцев, 1986) содержат гидрокарбонатные кальциево-магниевые воды с минерализацией менее 1,0 г/л. В глубоких частях разреза (1500-2000 м и более) в связи с наличием (сохранением) легкорастворимых хлоридных соединений, седиментогенных поровых растворов и рядом других причин, карстующиеся горные породы обычно содержат высокоминерализованные подземные воды и рассолы (до 100-300 г/л и более) хлоридного натриевого, натриево-кальциевого состава, часто с повышенными содержаниями I, Вг, В, H2S, СО2, Не, Rn, и др.

Гидродинамический режим трещинно-карстовых вод в зависимости от характера закарстованности массива, условий залегания подземных вод, физико-географических условий и других факторов может быть различным. В центральных относительно повышенных участках массива при залегании непосредственно с поверхности сильно закарстованных пород и наличии зон локального поглощения поверхностных вод и других участков интенсивного питания, амплитуды колебания уровня грунтовых вод могут достигать 15-20 м, в отдельных случаях 50-60 м и более. В связи с высокой проницаемостью среды быстрые подъемы уровня в периоды интенсивного питания после его прекращения сменяются столь же резкими спадами уровня. На относительно пониженных равнинных участках территории при значительной мощности перекрывающих рыхлых отложений колебания уровня грунтовых трещинно-карстовых вод в связи с регулирующей емкостью рыхлых отложений могут быть относительно небольшими (до 1-3 м реже более). Естественно, что в зависимости от местных условий (характер закарстованности, интенсивность питания, приток со стороны и др.) промежуточных случаев режима уровней карстовых вод может быть достаточно много.

Изменения химического состава, минерализации и температуры трещинно-карстовых вод в целом связаны с режимом уровней и дебитов источников. Наиболее заметные изменения характерны для участков локального интенсивного питания карстовых вод и определяются температурой инфильтрующихся вод, наличием и составом загрязнения поверхности земли, температурой и химическим составом речных вод при их интенсивном поглощении и др. В глубоких частях массива (зона постоянного насыщения) и тем более в пластовых условиях при глубинах залегания до 250-300 м и более для трещинно - карстовых вод обычно не характерны заметные изменения температуры, минерализации и химического состава.

1.4 Глубинные воды

В существующих классификациях все подземные воды, кроме безнапорных, принято называть артезианскими, подразделяя их далее но зонам с различной интенсивностью водообмена. Логичней к артезианским относить воды, находящиеся лишь под гидростатическим напором, так как существуют подземные воды и с совершенно иными источниками напора и питания. Достоверно установленное ныне широкое распространение таких вод оправдывает их выделение в самостоятельную категорию под названием «глубинных вод».

Универсальные критерии, особенно качественные, для распознавания глубинных вод пока дать нельзя: необходимо учитывать всю совокупность их характерных признаков. Глубинные воды - понятие не генетическое. Основой для диагностики этих вод служит главным образом избыточное пластовое давление, значительно превышающее величину гидростатического напора, что объясняется процессами уплотнения осадков (элизионное питание), геотектоническими напряжениями, подтоком флюидов из мантии (эндогенное питание) и рядом других причин.

Различия в геологическом строении районов распространения и факторов напорности глубинных вод обусловливают их деление на воды:

) бассейнов пластовых вод;

) кристаллического фундамента, в том числе древних щитов;

) различного рода разломов глубокого заложения в тектонически активных областях.

В первом случае, а отчасти и во втором, преобладают пассивные причины (гравитация, пластичность пород, присутствие углеводородов и т. д.), в третьем - колоссальные эндогенные силы. Соответственно, на противоположных полюсах будут находиться воды с элизионным и эндогенным питанием.

Наиболее типичные случаи распространения и проявления глубинных вод характерны для бассейнов пластовых вод. Глубинными являются, например, основная масса вод гидрогеодинамической зоны весьма затрудненного водообмена, воды нефтяных и газовых залежей.

Для скважин, вскрывающих глубинные воды, характерен пульсирующий режим излива. Дебит их обычно быстро, реже постепенно, уменьшается вследствие релаксации факторов пластового давления. Такой режим излива присущ рассолам упомянутых (Балыхтинской и Омолойской) скважин Сибирской платформы. Типичен он и для рассолов юрской галито-ангидритовой толщи в Средней Азии, после вскрытия которых на глубинах 2-3 км происходило фонтанирование с дебитом до 1000-8500 м3/сут (Соколовский, Седлецкий, 1970). Общим для глубинных рассолопроявлений является быстрое сокращение дебита и ограниченность периода самоизлива (от 3,5 месяца до нескольких суток). Глубина встречаемости рассматриваемых вод может изменяться весьма существенно.

Рис. 2 - Гидрогеодинамические аномалии в песчано-глинистых палеоген-меловых отложениях Восточно-Предкавказского артезианского бассейна по данным И.Г. Киссина (1967). Стрелками у знаков скважин показаны пьезометрические уровни вод (цифры у стрелок - величина напора, абс. отм.)

Высоконапорные глубинные воды в недрах кристаллического фундамента платформ и древних щитов установлены при сверхглубоком бурении. Они вскрыты Миннибаевской скв. 20000 на Татарском своде в гранито-гнейсах на глубине 4,7-5,1 км (более чем на 3 км ниже подошвы осадочного чехла) и представлены хлоридными кальциевыми рассолами с минерализацией 333 г/л (Муслимов и др., 1977).

Весьма своеобразны глубинные воды различных разломов глубокого заложения, рифтовых зон, областей современного вулканизма и вообще территорий с активным проявлением эндогенной энергии. Это обычно гидротермы (рис. 3). Высокую температуру в данных условиях могут иметь и воды зоны интенсивного водообмена, но глубинные выделяются по качественным показателям и гидрогеодинамическому режиму.