Необходимо провести физико-математическую интерпре­тацию полевых данных, которая состоит в преобразовании измерен­ных в поле параметров в картину распределения физических свойств в массиве пород. Особенность этой стороны геофизических методов состоит в невозможности получения однозначной информации о распределении физических свойств. Поэтому на этом этапе обяза­тельно привлекают геологические и гидрогеологические данные, которые позволяют выбрать наиболее достоверное распределение. Эта область геофизики в настоящий момент переживает быстрое развитие, связанное с использованием новых технических средств измерения и новых математических методов интерпретации данных, которые позволяют детально восстанавливать распределение физи­

ческих свойств в массиве пород. Указанный подход, называемый томографическим, требует использования густой сети наблюдений (на поверхности, а также в сочетании наблюдений на поверхности и в скважинах). Томографический подход в геофизике имеет много общего с методами медицинской томографии, дающими информа­цию о внутреннем строении тела человека.

Геофизические методы играют важную роль при изучении скважин. Казалось бы, по керну, извлекаемому из скважин, гидро­геолог может получить всю необходимую информацию о разрезе. Однако этому препятствует ряд причин. Так, часто выход керна ока­зывается не очень большим. Чаще всего это происходит тогда, когда скважина встречает породы, подвергнувшиеся изменению (выветри­вание, дробление), или когда скважина проходит через рыхлые по­роды. Кроме того, по скважине сложно непосредственно оценить интервалы водопритоков. Для исследования скважины и околосква- жинного пространства используют несколько геофизических мето­дов. Гамма-каротаж (ГК) позволяет измерить радиоактивность гор­ных пород. Глины, обладающие большой сорбционной способно­стью, аккумулируют радиоактивные минералы. Поэтому признаком толщи глин являются повышенные значения радиоактивности. Ка­ротаж удельного электрического сопротивления (КС) также позво­ляет выделять слои глин, поскольку последние в большинстве слу­чаев обладают более низким сопротивлением, чем песчаники и из­вестняки. При каротаже измеряют также естественное электриче­ское поле (метод собственных потенциалов), анализ которого позволяет судить о положении в разрезе водоносных горизонтов. Для оценки водопритоков в скважину используется расходометри­ческий метод, позволяющий измерить дебит воды вдоль оси сква­жины. Применяют также резистивиметрический и термометриче­ский каротаж, т.е. измерение удельного сопротивления воды и ее температуры вдоль оси скважины. По этим данным можно также судить об интервалах водопритоков в скважину. Геофизический ка­ротаж дополняется техническими методами, позволяет изучать гео­метрию и состояние скважины. К их числу относятся инклиномет­рия (определение угла наклона скважины) и кавернометрия (опреде­ление диаметра скважины).

На заключительном этапе полученное распределение физи­ческих свойств должно быть подвергнуто гидрогеологическому ис­толкованию. Как мы видели, физические свойства, определяемые с помощью геофизических методов, зависят от многих параметров: плотности, пористости, коэффициента фильтрации, влажности и др. Для того, чтобы разделить влияние этих параметров, как правило, привлекают результаты нескольких методов. Совместный анализ позволяет получить достоверные оценки параметров гидрогеологи­ческих объектов.

Более подробно использование геофизических методов отра­жено в специализированной литературе, в частности в учебнике [32].

9.S. РЕЖИМНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ И МОНИТОРИНГ

Режим подземных вод представляет собой весьма важную характеристику их поведения во времени и пространстве. Подземная гидросфера находится в тесной взаимосвязи с другими оболочками Земли, и потому чутко реагирует на все внутренние и внешние воз­действия. Эта реакция может быть зафиксирована в изменении по­ложения уровня подземных вод, их температуры, химического и га­зового состава, минерализации, дебита источников, расхода изли­вающих скважин и др. (см. раздел 7.3). Анализ временных графиков поведения отдельных компонентов представляет весьма важную информацию для решения ряда вопросов формирования подземных вод. Как врач по различным признакам судит о состоянии здоровья пациента, так и гидрогеолог по поведению подземных вод может сделать важные выводы о структуре водного баланса изучаемого объекта, процессах формирования химического состава подземных вод, влиянии на их режим различных природных и техногенных факторов.

При изучении поведения вод зоны аэрации и грунтовых вод, особое внимание обращают на роль экзогенных факторов (климати­ческих и техногенных). С глубиной их роль постепенно ослабевает и растет интерес к эндогенным факторам (землетрясениям, вулканиз­му, неотектоническим движениям, проявлениям мантийного диапи- ризма и др.). В глубоких слоях подземной гидросферы могут быть

получены весьма ценные сведения о влиянии на движение и состав подземных вод космических тел. Каждая водоносная система живет своей жизнью и знание этих особенностей, позволяет решать раз­личные практические и научные проблемы. В частности, анализируя их, можно заглянуть в гидрогеологическое прошлое водоносных систем, оценить их сегодняшнее состояние и дать прогноз на буду­щее. Третий закон гидрогеологии (см. гл.З) говорит о циклах и рит­мах подземной гидросферы, сезонных, годовых и многолетних. Что­бы выявить циклы нужен длительный ряд наблюдений. В нашей стране они начались в конце XIX в. Систематически они стали про­водиться с середины прошлого столетия. Для этой цели были орга­низованы полигоны наблюдений на наиболее типичных для изучае­мого региона водоносных горизонтах. В сеть режимных наблюде­ний было включено более десятка тысяч различных водопунктов (скважин, источников и др.). Кратковременные режимные наблю­дения были связаны с производством гидрогеологической съемки, разведки месторождений полезных ископаемых, велись также на участках гидротехнического, мелиоративного и другого строительст­ва. В 60-х гг. XX в. начали появляться монографии, обобщавшие ре­зультаты наблюдений за режимом подземных вод (А.А. Коноплянцев,

О.В. Попов, B.C. Ковалевский, С.М. Семенов и др.).

Примерно 15-20 лет тому назад начала создаваться новая система — Государственный мониторинг геологической среды, со­ставной частью которого стала гидрогеологическая режимная сеть. Она унаследовала задачи и функции прежних режимных наблюде­ний: контроль подземных вод от истощения и загрязнения и ведение государственного водного кадастра. Поэтому многие нормативные методические документы по изучению уровня, состава, температуры и других показателей подземных вод сохранили свое значение. Но­выми стали управленческие функции. Они регламентируют изуче­ние геологической среды (подземной гидросферы) и прогнозирова­ние изменения гидрогеологических условий под воздействием тех­ногенной нагрузки. На основании этих сведений принимаются ад­министративные решения и обосновывается выбор мероприятий по обеспечению экологической безопасности условий водопользова­ния. Изменение социально-экономической обстановки в стране по­

родило ряд новых проблем, в частности правового порядка (появле­ние права на земельную собственность, закрытость некоторых све­дений о технологии производства, могущего оказывать вредное воз­действие на окружающую среду и др.). Согласно лицензионной сис­теме недропользования предприятие, которое эксплуатирует недра, обязано вести мониторинг геологической среды и представлять не­обходимую информацию в территориальные центры мониторинга, что делается часто некачественно и несвоевременно.

Количество и качество информации, которое может бьггь по­лучено в результате мониторинга, зависит от направленности прово­димых исследований. Так, при изучении подземных вод хозяйствен­но-питьевого назначения, должны быть составлены эколого­гидрогеологические карты различного типа (гидрогеологическая, гидрогеохимическая очагов загрязнения подземных вод, водохозяйст­венная и др.). Материал по территории обследуемого объекта должен быть представлен в виде данных о динамике и химии подземных вод, фильтрационных свойствах водовмещающих пород, характере и па­раметрах очагов загрязнения, гидравлической связи между водонос­ными горизонтами, подземными и поверхностными водами. В техни­ческих паспортах водозаборных скважин и других водопунктов должны быть отражены результаты регулярных наблюдений за под­земными водами, опытных фильтрационных и миграционных работ по участку эксплуатируемого месторождения. Обобщенные фактиче­ские материалы представляются также по данным наблюдений на ре­презентативных водопунктах, лабораторным анализам проб воды, газов и грунтов и графиков временного прослеживания изменения отдельных показателей. По результатам исследований и наблюдений формулируются выводы о техническом состоянии эксплуатируемого водозабора, предлагаются и уточняются схемы водоснабжения и во­доотведения, дается прогноз об изменении гидрогеологических усло­вий в результате дальнейшей эксплуатации месторождения, обосно­вываются методы водоподготовки для улучшения качества воды, рас­сматриваются возможные техногенные источники загрязнения под­земных вод и методы устранения их вредного воздействия.

Геологическая среда является лишь одним компонентом Го­сударственного мониторинга. В него включено также изучение ат-

мосфернмх явлений, деятельности биосферы, состояния наземной гидросферы. Для этой цели функционирует многочисленная сеть наблюдательных постов и станций. По данным на начало 2000 г., эта сеть состояла из 521 пункта для замера степени загрязненности воз­духа, 1145 водных объектов для изучения состава поверхностных вод, 160 станций прибрежных районов для анализа загрязненности морских вод, 154 пунктов наблюдений за составом почв на террито­риях сельскохозяйственных предприятий и 220 участков, в том чис­ле заповедников, для изучения техногенного загрязнения почв, 30 участков для анализа состояния растительного покрова, 145 пунк­тов для определения кислотности дождей, 554 объектов для уста­новления степени загрязненности снежного покрова, 1297 пунктов для замера гамма-излучения [41]. Этот длинный перечень видов на­блюдений, которые проводит Федеральная служба для изучения природной обстановки и ее изменение под влиянием техногенной нагрузки показывает, в каких направлениях действует Государст­венный мониторинг.

Следует иметь в виду, что в каждой точке наблюдений прово­дятся регулярные замеры и наблюдения с отбором проб на десятки различных показателей. Кроме Федеральной режимной сети сущест­вует также система мониторинга на региональном уровне, а также отдельные точки наблюдений на локальном уровне (объекты пред­приятий и учреждений). Все эти сведения до 90-х гг. XX в. публико­вались в ежегодниках Гидрометеослужбы страны или в соответст­вующих справочниках (гидрологических, метеорологических и т.д.) с сообщением данных по длинному ряду наблюдений. Эти материалы и сейчас можно найти в различных библиотеках. В последние годы сбор, накопление и обработка фактических данных мониторинга про­водится с помощью компьютерных технологий. Информационные банки и сведения о результатах мониторинга находятся в разных мес­тах: центре, учреждениях Федеральных округов, областного подчине­ния, специальных организациях. Гидрогеологу, который начинает вести гидрогеологические исследования, крайне полезно ознакомить­ся с этими данными по конкретному району. Эти знания позволят ему установить важные природные закономерности и целенаправленно и успешно решать производственные и научные задачи.

9.6. Лабораторные исследования

определение органолептических свойств воды;

изучение содержания неустойчивых компонентов;

оценка качества вод по комплексу санитарно-токсиколо­гических и органолептических показателей.

Полевая лаборатория оснащена портативным приборным оборудованием фирмы «HANNA Instruments», зарегистрированным в Государственном реестре РФ, и наборами реактивов фирмы «Merck», имеющими международный сертификат. С помощью лабо­ратории проводятся следующие определения:

• электропроводимость, водородный показатель pH, окисли­тельно-восстановительный потенциал

общая жесткость, щелочность;

содержание гидрокарбонатов HCOJ, карбонатов СО^2-, хлоридов СГ, сульфатов SOj“, нитратов NO3, нитритов NOj, каль­ция Са²⁺, аммония NH4, железа общего Fe, кремния Si, фторидов F;

органолептические свойства воды (запах, вкус, привкус, цветность, мутность), присутствие специфических химических со­единений, что может потребовать специального анализа на них;

наличие кислорода 0₂, углекислого газа С0₂, озона О_э, се­роводорода H₂S;