Задание 9 построение и анализ гидрогеологического разреза
Используя таблицу 8.1 и 8.2 построить гидрогеологический разрез для участка, расположенного между рекой и оврагом; выделить водоносные горизонты; охарактеризовать их глубину, мощности, условия залегания, питания и разгрузки; установить тип подземных вод и выяснить их взаимосвязь с поверхностными водами.
Гидрогеологические разрезы являются графической формой обобщения гидрогеологической информации. Они характеризуют гидрогеологические условия территории в вертикальном разрезе. На разрезах показывают водоносные горизонты (ВГ) и разделяющие их водоупоры (ВУ), УГВ, пьезометрическую поверхность; специальными знаками характеризуется изменение различных свойств и условий залегания горных пород и подземных вод (фильтрационных свойств водоносных горизонтов, минерализации, химического состава подземных вод и т. п.).
Гидрогеологические разрезы поясняют и дополняют гидрогеологические карты; а во многих случаях они имеют самостоятельное значение. Если разрезы прилагаются к картам, то их масштаб и содержание определяются масштабом и содержанием карты; если составляются независимо от карт, то их масштаб и содержание определяются целевым назначением работы. Разрезы делят на общие гидрогеологические и специальные:
Первые характеризуют общие условия исследуемого участка, условия залегания и приуроченность подземных вод к различным породам, их взаимосвязь с поверхностными водами, положение пьезометрических уровней в разных ВГ, геолого-литологическое строение ВГ и т. п. Во многих случаях разрезы призваны детализировать условия изучаемого объекта и строятся в более крупном масштабе, чем карты.
Специальные гидрогеологические разрезы характеризуют изменение каких-либо определенных свойств ВГ, качество заключенных в них подземных вод. Их построение связано с решением конкретных гидрогеологических задач. Тогда они носят соответствующие названия; например, профили водопроводимости характеризуют изменение коэффициента водопроводимости в разрезе.
В зависимости от масштаба разрезы подразделяют на мелкомасштабные, среднемасштабные и крупномасштабные разрезы.
Мелкомасштабные разрезы (1:500 000 и мельче) отображают общие закономерности в изменении гидрогеологических условий крупных регионов, охватывают целые артезианские бассейны, месторождения подземных вод, гидрогеологические районы, отдельные водоносные комплексы. По назначению они являются обзорными.
Среднемасштабные разрезы (1:200 000 - 1:50 000) характеризуют основные геолого-структурные и гидрогеологические особенности исследуемого района: условия залегания водосодержащих толщ и распространения подземных вод, их гидродинамические и гидрохимические характеристики. Составляются обычно для части артезианского бассейна или месторождения подземных вод.
Крупномасштабные разрезы (1:25000 и крупнее) отображают условия залегания и строения ВГ и ВУ в зоне непосредственного расположения и влияния инженерного сооружения (водозабора, шахтного поля и т. д.). На них изображают детальные изменения литолого-фациального состава пород, их фильтрационных свойств, химического состава и минерализации подземных вод и т. п. Разрезы охватывают небольшие территории - участок месторождения подземных вод, часть водоносного комплекса или ВГ. Разрезы строятся по данным буровых скважин, результатов съемки, опытно-фильтрационных работ, гидрогеохимических и геофизических исследований, режимных наблюдений и данных лабораторных работ.
Гидрогеологические разрезы выполняются в следующей последовательности. По результатам анализа геолого-гидрогеологических условий выбираются характерные направления. Они выбираются таким образом, чтобы на мелко- и среднемасштабном разрезе можно было представить общие гидрогеологические условия залегания, питания, разгрузки и изменения минерализации подземных вод. Для крупномасштабных эти направления связаны с местонахождением проектируемых инженерных сооружений (например, створ плотины), с линиями наибольшей изменчивости в свойствах горных пород и подземных вод. Они обычно намечаются «вкрест» простирания основных геологических структур, пересекают геоморфологические элементы, зоны разломов, речные долины и т. п. После выбирают масштаб. Горизонтальный назначают в соответствии с масштабом карты или крупнее; вертикальный должен обеспечивать на средне- и мелкомасштабных разрезах четкое изображение условий залегания и взаимосвязи основных ВГ между собой и поверхностными водами; на крупномасштабных разрезах должны быть видны необходимые детали строения этих горизонтов и изменения их свойств. Обычно вертикальный масштаб принимается для среднемасштабных разрезов 10-20 м в 1 см, для крупномасштабных 1-5 м в 1 см. Затем строят гипсометрический профиль, наносят местоположение скважин вертикальными линиями, указывают отметки устья и забоя, вычерчивают рельеф поверхности земли. По данным бурения, проходки шурфов и т. п., строят геолого-литологические колонки, проводят геологические, литолого-фациальные границы, зоны разломов. Наносят положение урезов рек и водоемов, уровней и напоров подземных вод по скважинам, шурфам, колодцам и источникам. На основании этих построении выделяют ВГ или комплексы и разделяющие их ВУ.
Основные положения, которые должны быть установлены при чтении и анализе материалов, вынесенных на разрезы:
1. Гидравлический характер ВГ и условия их залегания устанавливаются из анализа литологического состава пород и данных водопроявлений по скважинам, шурфам и источникам. Показываются уровни грунтовых и напорных вод.
Напорный горизонт характеризуется наличием выдержанных ВУ в кровле и в подошве пласта и избыточным напором воды над его кровлей. Последний проявляется в том, что уровни, встреченные при бурении и вскрытии ВГ, поднимаются и устанавливаются выше кровли пласта, определяя пьезометрическую поверхность. Для любого сечения разреза по этим данным можно определить: мощность потока как разность отметок кровли и подошвы водоносного пласта, глубину вскрытия напорного водоносного горизонта как разность между отметками поверхности земли и кровли водосодержащего пласта, ожидаемый установившийся уровень напорных вод при бурении скважины как разность между отметкой поверхности земли и пьезометрической кривой. Напора над кровлей определяется разностью отметок между установившимся уровнем и кровлей пласта. На разрезе можно выявить участки возможного самоизлива. Грунтовые воды занимают не всю мощность пласта, поверхность их уровня свободна и давление на ней равно атмосферному. Установившийся уровень обычно фиксируется на той же отметке, на которой он был встречей при бурении скважины. Глубина до грунтовых вод определяется разностью отметок поверхности земли и уровня грунтовых вод, мощность потока - разностью отметок зеркала грунтовых вод и водоупорной подошвы водоносного пласта.
При характеристике условий залегания грунтовых вод устанавливается мощность и строение зоны аэрации, что важно для оценки условий их инфильтрационного питания. Обращается внимание на наличие относительно водоупорных линз и прослоев в зоне аэрации, так как, с одной стороны, на них может формироваться верховодка, а с другой при относительно большей их протяженности и мощности возможно (например, при орошении) создание зон местного напора в грунтовых водах.
2. По разрезу характеризуются условия движения потоков подземных вод, определяется их направление, вычисляются изменения уклона подземных вод на разных участках; определяется расход потока, если известны коэффициенты фильтрации. Направление движения потока устанавливается от участков с большими отметками пьезометрической кривой к участкам с меньшими отметками. Для грунтового потока устанавливается положение водораздела подземных вод - точки, в которой поверхность грунтовых вод достигает наиболее высокого положения. Расход потока Q между двумя сечениями определяют по уравнению Дарси, при ширине потока В = 1 м, где где h1, h2 — мощность потока в двух сечениях, К коэффициент фильтрации:
3. Условия питания и разгрузки подземных вод определяются для напорных вод из анализа формы и отметок пьезометрической кривой; максимальные отметки находятся в области питания подземных вид, минимальные - в области разгрузки. Областью питания для напорных вод служат участки выхода на поверхность земли водосодержащих толщ с наиболее высокими отметками, участки выклинивания или уменьшения мощности разделяющих водоупоров, где возможна фильтрация вод из вышележащих горизонтов. Направление перетекания из одного водоносного горизонта в другой устанавливается из сравнения положения пьезометрических кривых: от больших отметок к меньшим. Разгрузка напорных вод так же, как и питание, может носить местный характер и общий, региональный. Местная разгрузка отмечается на участках выхода водоносной толщи на поверхность земли (эрозионный тип разгрузки) в области минимальных отметок пьезометрических уровней горизонта в зоне тектонических нарушений, на участках «окон» размыва в водоупорной кровле или подошве. При разгрузке подземных вод под уровень рек, морей, в толщу отложений, содержащих грунтовые или напорные воды меньшими отметками уровней, образуются «скрытые» очаги разгрузки.
Питание грунтовых вод обычно происходит на всей площади их развития при инфильтрации атмосферных осадков через зону аэрации, а вблизи рек, озер, каналов - тем фильтрации воды из них. При гидравлической связи поверхностных и подземных вод, водоемы, в периоды паводков служат источниками питания подземных вод, в межень наоборот, и водоемы начинают дренировать грунтовый поток. Источниками питания грунтовых вод может быть перелив поземных вод из смежных горизонтов, например в области причленения разновозрастных террас, подпитывание из напорных горизонтов через «окна» в водоупорном ложе.
Сток грунтовых вод может осуществляться дренированием их поверхностными водоемами в виде нисходящих источников при вскрытии уровня грунтовых вод, также может происходить в другие ВГ; при неглубоком залегании ВГ его расходование может осуществляться путем испарения и транспирации. Кроме природных факторов питание и дренирование подземных вод может быть, обусловлено инфильтрацией вод из каналов, с полей орошения, из водохранилищ, работой водозаборных скважин и т. п.
4. Характер и интенсивность связи между ВГ устанавливаются из литолого-фациального анализа и соотношении напоров смежных ВГ, а также характера изменения этих соотношений по разрезу и во времени. Последовательное снижение отметок уровней в «этажнорасположенных» водоносных горизонтах определяет «нисходящий» характер взаимосвязи, что свойственно водораздельным областям. Обратное соотношение уровней указывает на «восходящий» тип связи, который проявляется в областях разгрузки подземных вод в долинах рек и других крупных депрессиях рельефа.
5 Оценка связи поверхностных и подземных вод также базируется на изучении геолого-литологического строения участка разреза в долинах рек и водотоков. Наличие фациальных замещений или размывов относительных водоупоров, отделяющих изучаемый водоносный комплекс от реки, наличие тектонических разломов указывает на геологические предпосылки возможности этой связи. Соотношение отметок урезов рек и поверхности подземных вод определяет направление их взаимосвязи. Характер взаимосвязи в естественных условиях может меняться во внутригодовом разрезе, что устанавливается по данным совместных наблюдений за изменениями уровней поверхностных и подземных вод.
6. При наличии инженерных сооружений на линии разреза необходимо выявить их влияние на гидрогеологические условия т е описать те изменения, которые вызваны действием этих сооружении, оценить участок, на который это влияние распространяйся.
Таблица 9.2
Абсолютные отметки скважин, м
№ |
Вариант |
||||||
скважины |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
325 |
319 |
320 |
323 |
328 |
317 |
320 |
2 |
348 |
341 |
349 |
340 |
350 |
342 |
348 |
3 |
362 |
357 |
353 |
352 |
360 |
351 |
352 |
4 |
343 |
337 |
340 |
338 |
346 |
335 |
344 |
№ скважины |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
1 |
326 |
320 |
327 |
324 |
315 |
325 |
312 |
2 |
350 |
348 |
342 |
350 |
340 |
349 |
337 |
3 |
361 |
352 |
350 |
362 |
349 |
357 |
347 |
4 |
346 |
335 |
343 |
345 |
338 |
345 |
331 |