13 Месторождения подземных вод. Основные виды, стадийность гидрогеологических исследований.

Подземные воды аккумулируются и циркулируют в порах, трещинах и карстовых пустотах горных пород и образуют месторождения подземных вод. 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.

Часть месторождения подземных вод, в пределах которой производится непосредственный их отбор для практического использования, называется эксплуатационным или водозаборным участком (Н.И. Плотников, 1985). На больших месторождениях подземных вод может быть несколько водозаборных участков. Способность подземных вод перемещаться в естественных условиях, полностью или частично восполняться в процессе эксплуатации отличает их от других видов полезных ископаемых (твердых, нефти, газа). Месторождения подземных вод, так же как и месторождения других полезных ископаемых, имеют условные границы в плане и разрезе.

Те месторождения, которые имеют большое практическое значение, именуются месторождениями промышленного типа. Нижний предел эксплуатационных запасов подземных вод для месторождений промышленного типа можно условно принять до 5—8 тыс. м³/сут. (Н.И. Плотников, 1985). Месторождения с меньшими запасами относятся к мелким объектам и являются непромышленными типами месторождений подземных вод.

Основные виды гидрогеологических исследований

К основным гидрогеологическим исследованиям относятся:

— сбор, обобщение и обработка материалов предшествующих работ;

— рекогносцировочное гидрогеологическое обследование;

— гидрогеологическая съемка;

— разведочные работы;

— опытно-фильтрационные работы;

— наблюдения за режимом подземных вод;

— опробование и лабораторные работы.

К комплексу методов исследований в последние годы добавились новые приемы — дистанционные, изотопные, математического моделирования и др.

Сбор, обобщение и анализ фондовых и опубликованных материалов проводятся на начальных этапах изучения подземных вод. Основное внимание уделяется сведениям, характеризующим геоло­гические и гидрогеологические условия района, режим работы действующих водозаборов и отдельных эксплуатационных скважин.

Рекогносцировочное обследование площади проводится с целью уточнения границ участка, предварительного изучения геоморфологических, геологических и гидрогеологических его особенностей, а также выявления технико-экономических условий проведения различных видов разведочных работ.

Гидрогеологическая съемка — комплекс полевых исследований, целью которых является изучение и картирование гидрогеологических условий территории: выявление гидрогеологического разре­за, закономерностей распространения водоносных толщ и различ­ных типов подземных вод и их качества.

Разведочные работы состоят из проходки, буровых скважин и реже мелких горных выработок — шурфов, канав, расчисток. Буровые работы — основной вид гидрогеологических исследований. Гидрогеологические скважины позволяют изучить геолого-литологический разрез до требуемой глубины, установить глубину залегания кровли и подошвы водоносного горизонта, его мощность, состав водовмещающих пород, положение зеркала или пьезометрического уровня подземных вод, высоту напора, а при определенных условиях и высоту самоизлива воды скважинами.

Опытно-фильтрационные работы осуществляются с целью определения гидрогеологических параметров водоносных толщ и горных пород зоны аэрации и заключаются в проведении откачек из скважин, колодцев, шурфов, наливов воды в скважины и шурфы и нагнетаний воды в скважины.

Откачки — основной вид опытно-фильтрационных работ. Они проводятся при гидрогеологических исследованиях подземных вод для любых целей. Наливы воды в скважины и шурфы чаще всего ведутся при гидрогеологических исследованиях, связанных с орошением и осушением земель, проложением каналов, устройством водохранилищ.

Опытные нагнетания воды в скважины чаще всего проводятся при гидрогеологических исследованиях под гидротехническое строительство.

Наблюдения за режимом подземных вод. Исследования по изучению режима подземных вод проводят с целью оценки условий их формирования, для решения вопросов прогноза режима, использования этих вод или борьбы с ними, оценки запасов, разработки мероприятий по охране их от истощения и загрязнения и др. Режимные наблюдения ведут по специально оборудованной сети наблюдательных точек, в число которых могут быть включены скважины, колодцы, источники, водомерные посты на реках.

Опробование и лабораторные работы осуществляют с целью изучения водно-физических свойств грунтов и физических свойств, химического и газового состава подземных вод. Заключаются эти работы в отборе проб грунта и воды на различные виды анализов. Пробы отбираются в процессе проведения гидроге­ологической съемки, разведочных работ, опытно-фильтрационных и наблюдений за режимом подземных вод.

В зависимости от целей и задач гидрогеологических исследований основные виды работ могут дополняться проведением геофизических, топографо-геодезических, гидрологи­ческих работ.

Последовательность выполнения гидрогеологических исследований

Для планомерного выявления ресурсов подземных вод и во избежание неоправданных затрат на гидрогеологические исследования с излишней детальностью, не отвечающей целевому заданию, единый по своему характеру геологоразведочный процесс на подземные воды (пресные, минеральные, термальные, промышленные) делится на следующие стадии:

— стадия I — гидрогеологическая съемка масштаба 1:200000;

— стадия II — поиски;

— стадия III — предварительная разведка;

— стадия IV — детальная разведка;

— стадия V — эксплуатационная разведка.

Стадии работы должны, как правило, проводиться в нормальной последовательности. В отдельных случаях, в зависимости от конкретных условий, и прежде всего от степени изученности, сложности гидрогеологических условий и потребности в воде, некоторые стадии могут выпадать из общей схемы геолого-разведочного процесса или объединяться с другими. Каждой стадии гидрогеологических исследований должен соответствовать рациональный комплекс различных видов работ, методика проведения. Результаты работ каждой предыдущей стадии должны быть основой для составления проекта работ последующей стадии.

Стадия I. Гидрогеологическая съемка масштаба 1:200000.

Гидрогеологическая съемка масштаба 1:200000 проводится с це­лью планомерного гидрогеологического изучения территории СССР. Основное назначение работ этой стадии — выяснение основных закономерностей формирования и распространения различных типов подземных вод, общая оценка водоносности изучаемой территории и условий существующего и возможного использования подземных вод. Это дает возможность осуществлять общее гидрогеологическое районирование с выделением перспективных площадей и водоносных комплексов (горизонтов) для проведения дальнейших поисков и разведочных работ, а также определять условия проведения этих работ.

Основной результат гидрогеологических съемочных работ масштаба 1:200000 — государственная гидрогеологическая карта по листам принятой в СССР разграфки. В дополнение к ней составляется комплекс специальных карт, характеризующих закономерности формирования и распространения различных типов подземных вод и условий существующего и возможного их использования.

Стадия II. Поиски. Поиски провидятся с целью выявления водоносных горизонтов и участков для постановки дальнейших разведочных работ и ориентировочной оценки их эксплуатационных возможностей. Стадия поисков разделяется на две подстадии: общие поиски; детальные поиски.

Общие поиски. Целевое назначение подстадии — оценка перспектив крупных гидрогеологических регионов на выявление тех или иных типов подземных вод, выделение водоносных горизонтов (комплексов), а также площадей их распространения, перспективных для дальнейшей постановки поисково-разведочных работ и проведения региональной оценки эксплуатационных запасов в пределах отдельных бассейнов, регионов, площадей по конкретным водоносным горизонтам и комплексам.

На подстадии исследований общие поиски региональное изучение распространения и условий залегания водоносных горизонтов проводится в основном путем сбора, обобщения и камеральной обработки материалов предшествующих съемочных работ, данных, полученных при поисках и разведке других полезных ископаемых или при наблюдениях за режимом под­земных вод. При наличии достаточного материала на этой подстадии проводится региональная оценка эксплуатационных запасов подземных вод. В случае необходимости на этой подстадии может проводиться бурение и опробование отдельных скважин, опытные работы на действующих водозаборах и ревизионное обследование ранее пробуренных скважин.

Детальные поиски. Целевое назначение детальных поисков выявление и обоснование в пределах перспективных площадей водоносных горизонтов и участков с благоприятными условиями для постановки дальнейших разведочных работ и ориентировочная оценка их эксплуатационных возможностей. Основная задача работ этой подстадии — получение необходимой исходной информации, позволяющей обосновать в пределах конкретных площадей наличие (или отсутствие) месторождений подземных вод и наметить первоочередные месторождения (участки), представляющие интерес для хозяйственного освоения. Основными видами работ являются: геолого-гидрогеологическая или гидрогеологическая съемка масштаба 1:50000 и крупнее с применением комплекса геофизических, гидрохимических, дистанционных аэрокосмических, буровых, опытно-фильтрационных (пробных откачек) работ, а также гидрометрических, топогеодезических и лабораторных; сбор данных по действующим водозаборам.

III. Предварительная разведка. Предварительная разведка необходима для изучения основных особенностей геолого-гидрогеологических условий месторождения (участка) и обоснования целесообразности постановки детальной разведки. Предварительная разведка осуществляется, если заявлена потребность в воде и если месторождение (участок) по своим масштабам, качеству воды и географо-экономическому положению и технико-эконо­мическим показателям представляет интерес для последующего освоения. Основными задачами работ на стадии предварительной разведки являются:

- выбор наиболее перспективного водоносного комплекса или горизонта (одного или нескольких) в пределах разведываемого участка;

- выявление и оценка основных источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод, общей их величины;

- выбор участка и обоснование схемы размещения скважин будущего водозабора;

- определение качества подземных вод.

Для месторождений промышленных и термальных вод дополнительно решаются следующие задачи:

- разработка технологического регламента извлечения из воды полезных компонентов или технология съема тепла;

- определение количества и качества промстоков и способа их удаления.

На стадии предварительной разведки проводятся работы: рекогносцировочное обследование участка, бурение скважин, опытно-фильтрационные работы, крупномасштабные площадные геофизические работы и геофизические исследования в скважинах, отбор проб воды и пород, лабораторные работы, наблюдения за режимом подземных и поверхностных вод, топогеодезические работы, санитарное обследование участка работ.

Стадия IV. Детальная разведка. Детальная разведка проводится с целью получения необходимых данных для обоснования проекта строительства нового или расширения существующего водозабора с выявлением запасов подземных вод в количестве, обеспечивающем работу водозабора в течение заданного срока эксплуатации, а для промышленных вод — обеспечивающем предприятие сырьем на амортизационный срок. Стадия детальной разведки подразделяется на две подстадии:

детальная разведка нового месторождения и

детальная разведка эксплуатируемого месторождения.

Стадия V. Эксплуатационная разведка. Эксплуатационную разведку ведут в процессе строительства и эксплуатации водозаборов на участках с утвержденными запасами для выявления соответствия режима эксплуатации прогнозным расчетам, обоснования рационального режима эксплуатации и ее текущего планирования.

Гидрогеологические исследования при различных видах строительства также проводятся по стадиям. При изысканиях под ответственные сооружения выделяют стадии проекта и рабочей документации. При строительстве мелких объектов исследования проводятся в одну стадию — рабочий проект (СНиП 1.02.01—85).