Эти задачи в своей совокупности и определяют общие принципы и основные положения разведки месторождений.
Принцип последовательного приближения. Сущность принципа - в постепенном наращивании знаний о разведываемом месторождении по определенным этапам его изучения. Этот принцип по своему содержанию непосредственно связан с требованием стадийности разведки.
В результате всех стадий разведки необходимо получить исчерпывающие исходные гидрогеологические данные для конкретного проектирования эксплуатации месторождения.
Принцип полноты исследований. Этот принцип разведки содержит несколько основных требований. Первое требование выражается в необходимости изучения и оценки не только отдельных участков, но и всей площади разведываемого месторождения. Он определяет наиболее полное выявление эксплуатационных запасов подземных вод изучаемой территории.
Принцип равномерности изучения месторождения. Этот принцип предусматривает такое расположение разведочных выработок, которое было бы целесообразным для равномерного изучения гидрогеологической неоднородности месторождений. Что обеспечит правильную оценку площади отдельных участков детальной разведки. Буровые скважины и опытные откачки должны размещаться с учетом различной степени изменчивости свойств водоносного горизонта в разных направлениях с последующим сгущением выработок на наиболее перспективной площади.
Принцип максимальной гидрогеологической информации при разведке. Основное требование и содержание этого принципа заключается в том, чтобы размещение поисково-разведочных профилей на площади месторождения в период предварительной разведки производилось с учетом получения наибольшей информации о геологическом строении и гидрогеологических условиях изучаемого объекта.
Принцип экономической целесообразности. Этот принцип исходит из современных требований социалистического хозяйства-экономии материальных и трудовых затрат при разведке месторождений подземных вод, и в первую очередь трудоемких и дорогостоящих буровых работ и опытных откачек.
В соответствии с этими условиями количество разведочных выработок и объем всех видов исследований на площади месторождения или его отдельных участков должено быть минимальным, но достаточным для решения главной задачи разведки - промышленной оценки объекта.
Несколько сложнее осуществить принцип наименьшей затраты времени. В осуществлении принципа наименьших затрат времени решающая роль принадлежит правильной организации гидрогеологических работ. Хорошая и четкая организация этих работ, своевременное обеспечение полевых партий техническими средствами и применение современных методов разведочных работ может позволить успешно завершить разведку месторождения в короткое время.
В разведке месторождений пресных подземных вод выделяют три стадии: а) предварительная, б) детальная, в) эксплуатационная разведка.
Предварительная разведка. 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:
Детальная гидрогеологическая съемка участка предварительной разведки (площадь, на которой впоследствии разместится водозаборное сооружение). Масштаб съемки от 1:5000 до 1:25000 в зависимости от площади и степени сложности месторождения.
Бурение гидрогеологических скважин на площади предварительной разведки, включает проходку разведочных и наблюдательных скважин.
Опытно-фильтрационные работы (одиночные и кустовые откачки из разведочных скважин).
Опробование подземных вод.
Изучение режима подземных и поверхностных вод.
Камеральная обработка материалов, которая является завершающим этапом предварительной разведки месторождений подземных вод.
Детальная разведка. Главная задача гидрогеологических работ, на стадии детальной разведки, состоит в обосновании проекта строительства и рациональных условий эксплуатации будущего водозаборного сооружения. Для решения этой задачи на участках будущего водозабора эксплуатационные запасы подземных вод должны быть разведаны с детальностью, обеспечивающей подсчет запасов с учетом заданного количества воды на ближайший период по категориям А и В. Для удовлетворения на перспективу должны быть выявлены запасы с оценкой их не ниже категории С1.
Эксплуатационная разведка. Основными задачами ее являются: 1) стационарный надзор за режимом эксплуатации подземных вод на водозаборном участке (дебит водозаборных скважин и величина допустимого понижения уровня подземных вод); 2) изучение условий формирования депрессионной воронки подземных вод на площади влияния водозаборного сооружения; 3) исследование характера изменения качества подземных вод в годовом и многолетнем разрезе; 4) уточнение гидрогеологических параметров продуктивного водоносного горизонта; 5) периодическая переоценка эксплуатационных запасов подземных вод; 6) изучение техногенных процессов; 7) диагностика эксплуатационных скважин для определения их технического состояния, в том числе состояния фильтров водозаборных скважин; 8) доразведка флангов месторождения с целью приращения эксплуатационных запасов подземных вод на водозаборном участке (для удовлетворения перспективной потребности в воде); 9) выявление возможности искусственного восполнения эксплуатационных запасов подземных вод; 10) проведение сравнительной оценки гидрогеологических данных разведки и результатов эксплуатации.
Для решения этих задач на стадии эксплуатационной разведки на водозаборном участке целесообразно проводить следующий комплекс гидрогеологических и инженерно-геологических работ.
Стационарные наблюдения за режимом эксплуатации подземных вод.
Инженерно-геологические исследования на участках дейтвующих водозаборов.
Бурение гидрогеологических и наблюдательных скважин.
Геофизические работы в скважинах.
Камеральная обработка материалов для систематизации поступающих данных и составления отчетов.
Задачи гидрогеологических исследований
Важное место по своему значению при разведке и эксплуатации месторождений подземных вод занимают гидрологические исследования, изучение режима и качества подземных вод.
Гидрологические исследования, изучающие естественный режим поверхностного стока, обычно проводятся при поисках и разведке тех месторождений, на площади которых подземные воды имеют тесною гидравлическую связь с поверхностными водами, когда последние являются основным источником формирования эксплуатационных запасов на выбранное под разведку участке. В таких природных условиях гидрологические работы приобретают важное значение. При изучении конкретных месторождений в состав гидрологических исследований должны входить следующие виды работ.
Сбор, обобщение и анализ материалов, характеризующих режим поверхностного стока, в том числе обобщение данных наблюдений, которые проводятся организациями специализированной Государственной гидрометеорологической службы РФ.
Полевые (дополнительные) гидрологические исследования непосредственно по площади месторождения в период его разведки.
В процессе исследований по первому направлению необходимо представить характеристику режима поверхностного стока реки в многолетнем разрезе - расход и его изменения во внутри годовом и многолетнем циклах, температурный режим, режим паводковых и минимальных расходов реки, качество и санитарно-бактериологическое состояние поверхностных вод. При разведке участков под водозаборные сооружения инфильтрационного типа, как следует из требований Инструкции ГКЗ РФ, очень важно установить по результатам многолетних исследований внутри годовое распределение стока, в том числе минимальный средний за 30-ти суточный период расход для года 85, 90 или 95 %-ной обеспеченности. При этих расчетах необходимо сохранить в долине реки минимальный санитарный расход, значение которого должно быть согласовано с местными санитарно-эпидемиологическими станциями и органами по регулированию использования и охраны водных ресурсов.
В тех случаях, когда непосредственно по площади месторождения отсутствуют многолетние гидрологические наблюдения или недостаточно материалов для общей характеристики стока в многолетнем разрезе, целесообразно провести сбор и обобщение материалов по близко расположенным к месторождению рекам - аналогам.
В этом случае необходимо произвести пересчеты полученных результатов применительно к изучаемому объекту по разработанной в гидрологии методике.
Кроме сбора и обобщения материалов, ранее проведенных работ, на месторождениях проводятся дополнительные специальные полевые исследования. В комплекс дополнительных полевых гидрологических работ должно входить:
проведение наблюдений за режимом уровня поверхностных вод непосредственно на площади разведочного участка;
наблюдения за температурой воды; определение расходов реки (на небольших реках), когда минимальный ее расход соизмерим с производительностью будущего водозабора;
изучение химического состава поверхностных вод и их мутности; изучение проявления русловых процессов (интенсивность переработки берегов во время прохождения паводков), площади затопления паводковыми водами, ледовых явлений.
Для выполнения перечисленных выше работ на площади месторождения должна быть оборудована специальная сеть (гидрометрические посты, каптаж родников) для режимных наблюдений. Так как гидрологические данные являются очень важной информацией для оценки эксплуатационных запасов подземных вод на участках, где проектируются инфильтрационные водозаборные сооружения, гидрологические исследования необходимо начинать в стадию поисковых работ и продолжать их до завершения полного цикла разведочных работ (более 3-5 лет). Это позволит представить более достоверную характеристику режима поверхностного стока.
При разведке месторождений подземных вод
гидрологические исследования по своему содержанию и значению являются весьма
важными. Результаты таких исследований являются одной из основных информации,
которая по существу предопределяет количественную и качественную оценку
собственно эксплуатационных запасов подземных вод разведочного участка.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПОИСКОВО-
РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Методика поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов на месторождениях пресных подземных вод непромышленного типа сравнительно проста. 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).
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.
3.1 Методика разведки месторождений
напорных вод на площади межгорных артезианских массивов
Месторождения этой группы, несмотря на разнородность гидродинамических условий (напорных, напорно-безнапорных и безнапорных), достаточно однотипны по гидрогеологическому строению и условиям формирования эксплуатационных запасов подземных вод. Поэтому лишь условно эту группу месторождений подземных вод можно подразделить:
предгорные бассейны, включая артезианские склоны, конусы выноса и пролювиальные шлейфы;
межгорные бассейны, включая замкнутые впадины или межгорные долины.
Предгорные бассейны содержат часто огромные запасы подземных вод и поэтому имеют большое практическое значение. Сложены они щебнистым и галечниковым материалом, который по мере удаления от гор все более и более расчленяется прослоями глин и суглинков на несколько обычно хорошо гидравлически взаимосвязанных и невыдержанных по площади водоносных горизонтов. Безнапорные условия сменяются напорными, чаще всего увеличивающимися с глубиной напорами. Мощность отложений увеличивается по мере удаления от гор и может составить несколько сотен метров. Минерализация воды возрастает с глубиной и по мере удаления от гор.
Эксплуатационные запасы подземных вод в предгорных бассейнах формируются за счет перехвата естественной разгрузки, фильтрационных потерь из оросительных каналов и на массивах орошения, перетекания и в меньшей степени за счет инфильтрационного питания и осушения пласта.
Принимая во внимание, что водоносные прослои в указанных многослойных толщах, как правило, не выдержаны ни в плане, ни в разрезе, чаще всего маломощны и гидравлически тесно взаимосвязаны, эксплуатационные скважины обычно закладывают сразу на несколько (от двух до пяти) водоносных горизонтов или прослоев. В единой колонне с фильтрами на разные водоносные горизонты (прослои) производятся опытные опробования в период поисков и разведки месторождений.
Другой особенностью эксплуатации является линейное расположение эксплуатационных скважин, что определено стремлением перехватить либо поток, направленный от предгорий к долине по крупным или слившимся конусам выноса и предгорным шлейфам, либо фильтрационные потери из рек, выходящих из гор на предгорную равнину. В соответствии с этим водозаборы закладываются параллельно горам (вдоль основной долины), реже - поперек основной долины и вдоль ее притоков. Ввиду частой засоленности и загрязненности грунтовых вод основными эксплуатируемыми горизонтами являются напорные.
Граничные условия в зависимости от размеров водозабора и его местоположения могут быть различными. При сравнительно малом водоотборе, а также в силу значительной водообильности отложений и обильном естественном и искусственном питании подземных под воронка депрессии развивается в пределах ограниченных площадей. В этих случаях наблюдательная сеть может создаваться так же, как и в артезианских бассейнах, по схеме неограниченного изолированного пласта или по схеме с перетеканием.
При расположении водозабора вблизи выклинивания водоносного горизонта (замещения его слабопроницаемыми осадками, например, при сочленении аллювиально-пролювиальных и коренных отложений), наблюдательная сеть должна создаваться как для "полуограниченного" пласта с контуром постоянного напора на границах.
При расположении водозабора вблизи границы частичного выклинивания предгорного потока подземных вод основной створ из двух - трех скважин оборудуется перпендикулярно к этой границе. Организуются наблюдения и за родниками в зоне выклинивания в целях оценки их инверсии, а также за расходами рек, за счет которых идет питание подземных вод. Минимум одна скважина закладывается в зоне возможного снятия испарения.
Межгорные артезианские бассейны тесно связаны с предгорными, являясь их продолжением. Подразделение на межгорные и предгорные бассейны условно и эти группы месторождений подземных вод часто изучаются и используются одновременно. Сложены они гравийно-галечниковыми отложениями, разделенными не выдержанными в плане и разрезе суглинистыми отложениями содержащими гравий и гальку и являющиеся относительными водоупорами. Поэтому все водоносные прослои представляют собой единый водоносный комплекс. В отдельных случаях (Араратская долина) гравийно-галечниковые отложения подстилаются высокопроницаемыми коренными (лавовыми) отложениями, содержащими мощные водоносные горизонты, гидравлически взаимосвязанные с вышележащим гравийно-галечниковым водоносным комплексом.