подземных вод

СПБГУАП группа 4736

Оглавление

Введение Глава 1. Природные ёмкости подземных вод

Типы природных емкостей подземных вод Водоносность кристаллических пород Водоносность трещиноватых пород

Глава 2. Водно-физические свойства горных пород Геометрия и свойства порово-трещинного пространства Влагоемкость горных пород

Виды воды и взаимодействия в системе «горная порода - подземные воды» Глава 3. Закономерности распространения подземных вод в горных породах

Гидрогеологическая стратификация Закономерности локализации подземных вод в горных породах

СПБГУАП группа 4736

Систематика подземных водоносных систем Глава 4. Гидрогеологическая стратификация Прикаспийской впадины в пределах Астраханской области

Основные гидрогеологические подразделения Водоносные горизонты и комплексы осадочного чехла

Заключение Список литературы

СПБГУАП группа 4736

Введение

Природный коллектор - пласт горных пород с высокой пористостью и проницаемостью, содержащий определенное количество запасов подземных вод, нефти или газа. Основными классификационными признаками коллектора являются условия фильтрации и аккумуляции в них подземных вод и пластовых флюидов. По этим условиям коллекторы делятся на простые

(поровые и чисто трещинные) и сложные (трещинно-поровые и порово-

трещинные).

Чисто трещинные, трещинно-поровые и порово-трещинные коллекторы часто объединяют понятием «трещинные коллекторы»,

подразумевая, что фильтрация в таких коллекторах при отсутствии в них трещиноватости была бы затруднена или невозможна.

Каждый из перечисленных типов коллекторы связан с определенными типами горных пород и характеризуется своими особенностями стационарной, нестационарной и двухфазной фильтрации, а также приуроченностью пластового флюида к тому или иному типу пустотного пространства. Коллекторы классифицируются по проницаемости независимо от типа фильтрующих пустот.

По рентабельности промышленной эксплуатации коллекторы делят на эффективные коллекторы и неэффективные.

Коллектор эффективный - коллектор, обладающий такими емкостными и фильтрационными свойствами, которые обеспечивают рентабельность промышленной эксплуатации месторождения в конкретных геолого-

технических условиях.

По мере освоения любого гидрогеологического или нефтегазоносного бассейна минимальные значения промышленно-рентабельных дебитов и запасов уменьшаются. Если не принимать во внимание величину промышленных запасов в коллекторе, то можно пользоваться термином коллектор эффективный, условно ограничивая его каким-либо единым для

СПБГУАП группа 4736

любых бассейнов значением проницаемости (например, 0,001 мД) или дебита

(например, 3 м3/сут жидкости при депрессии па пласт 10 МПа).

Доля коллектора эффективного в составе коллекторов колеблется в очень широких пределах (от долей процента до десятков процентов в зависимости oт состава коллекторов и степени их уплотнения).

На примере обновления легенды к гидрогеологической карте масштаба

1:200000 Нижневолжской серии приводятся определения и принципы гидрогеологической стратификации, а также дается краткое описание основных водоносных комплексов, слагающих осадочный чехол Прикаспийской впадины.

СПБГУАП группа 4736

Глава 1. Природные ёмкости подземных вод

Проведение границ между геологическими телами, заполненными водой, во многом зависит от четкого представления об их систематике и соподчиненности друг с другом. Выделение природных емкостей подземных вод и их пространственное картирование - одна из первоочередных задач гидрогеологии.

Природная емкость подземных вод имеет различные наименования.

Многие ее называют «водонапорная система» (Л.М. Овчинников, В.II.

Корценштейн и др.), иногда «геогидродинамическая система» (Б. А. Тхостов,

Л. А. Карцев и др.) или «водообменная система» (П. Ф. Швецов и др.). Имея целевое назначение, эти термины характеризуют лишь динамику и не затрагивают подземных вод в целом. Собирательный термин (для водоносного пласта, бассейна подземных вод и т.д.) должен быть более емким. В иностранной литературе (США, Чехия. Германия) используется термин «тело подземных вод» (Jetel, 1973; Richter, Lillich, 1975). Но подземные воды не образуют самостоятельного тела, они заполняют геологическое тело или правильнее, содержатся в нем.

Самым подходящим наименованием был бы термин «водоносная система». Однако он слишком широкий и общий. Предпочтение следует отдать термину «резервуар подземных вод (гидрогеологический резервуар)».

Это - подземная водоносная система. Понятие о природных резервуарах успешно используется в нефтегазовой геологии. В последние годы оно проникает и в гидрогеологию [Пиннекер, 1977]. Слово «резервуар» с

дополнением «подземных вод» пли определением «гидрогеологический» достаточно полно отражает собирательное понятие емкостной среды подземной гидросферы.

Гидрогеологический резервуар, т. е. подземная водоносная система, -

это не только коллектор или хранилище подземных вод. Когда резервуар обладает сложным строением, в нем сочетаются коллекторы и водоупоры

СПБГУАП группа 4736

(точнее, изоляторы). В зависимости от положения в пространстве, резервуар подземных вод по гидравлическому механизму может быть и накопителем, и

проводником. Отсюда следует, что это понятие характеризует как статику,

так и динамику подземных вод.

Таким образом, подземная водоносная система есть обособленное и содержащее воду геологическое тело, характеризующееся общностью пространственного распределения, перемещения и формирования подземных вод.

Типы природных емкостей подземных вод

Разграничение природных емкостей подземных вод учитывает этажное строение верхней части земной коры. В пределах платформенных и складчатых регионов различаются два этажа:

) фундамент - нижний этаж, сложенный главным образом кристаллическими (магматическими и метаморфическими) породами, часто смятыми в складки и интенсивно дислоцированными;

) чехол - верхний этаж, представленный преимущественно осадочными породами, которые имеют спокойное залегание и слабо дислоцированы.

Внеэтажное положение занимают молодые вулканогенные образования, дайковые фации и зоны разломов. Сверху залегает покров рыхлых четвертичных отложений (на фундаменте, чехле, вулканогенных образованиях и т. д.).

Фундамент, будучи выведен на поверхность, имеет раскрытую гидрогеологическую структуру, а чехол в области погружения фундамента отличается хорошей гидрогеологической закрытостью. В фундаменте сосредоточены трещинные и жильно-трещинные воды. На больших глубинах он обводнен локально. Для чехла характерны поровые и разнообразные пластовые воды.

В зависимости от соотношения структурно-гидрогеологических этажей

СПБГУАП группа 4736

и господствующего типа подземных вод Я. И. Толстихин, Г. Н. Каменский и И. К. Зайцев устанавливают два основных типа природных резервуаров,

заполненных водой:

) артезианские бассейны - погружения, выполненные преимущественно слоистыми осадочными породами и состоящие из чехла и подстилающего его фундамента;

) гидрогеологические массивы - выступы фундамента, обычно лишенные чехла; в них господствующее значение имеют трещиноватые кристаллические породы.

В платформенных регионах типично преобладание крупных артезианских бассейнов и подчиненных им гидрогеологических массивов.

Складчатым регионам свойственно широкое развитие гидрогеологических массивов и ограниченное - артезианских бассейнов.

Некоторые гидрогеологи избегают термина «гидрогеологический массив», называя последний бассейном трещинных вод. Однако бассейн и массив отличаются по форме геологического тела, распределению, питанию,

стоку и разгрузке подземных вод. Различны и содержащиеся в них водные ресурсы, а в конечном итоге - закономерности и история формирования подземных вод. Поэтому нет оснований отказываться от одного из этих фундаментальных подразделений.

Артезианские бассейны отвечают отрицательным тектоническим формам - мульдам, впадинам, синклиналям с прилегающими склонами. Они содержат водоносные пласты. Для верхних горизонтов характерны грунтовые порово-пластовые воды; в зонах разломов, интрузивных телах и неглубоком фундаменте встречаются напорные жильно-трещинные воды, но превалируют напорные пластовые воды. По ведущим водно-коллекторским свойствам пород артезианский бассейн образует резервуар разнообразных пластовых вод.

Гидрогеологические массивы относятся к положительным тектоническим формам. Это поднятия складчатых сооружений, в них

СПБГУАП группа 4736

слоистость существенно утратила гидрогеологическое значение.

Водопроницаемость пород определяется трещиноватостью и разрывными нарушениями. Преимущественно развиты грунтовые трещинные и напорные жильно-трещинные воды, хотя в покровах встречаются порово-пластовые воды. Следовательно, по характеру распределения подземных вод гидрогеологический массив представляет резервуар трещинных и жильно-

трещинных вод.

И в бассейнах, и в массивах подземные воды движутся от области питания к области стока и дренируют резервуар или выходят на поверхность в области разгрузки.

Для артезианских бассейнов в целом характерна центростремительная направленность подземного стока. Правда, на ранних стадиях развития при отжатии поровых вод из уплотняющихся осадочных толщ проявляется противоположное движение подземных вод. Обычно из областей питания напор передается на громадные расстояния и значительную глубину.

Артезианские бассейныаккумуляторы подземных вод. Дренаж, за исключением самых верхних горизонтов, затруднен.

Подземный сток гидрогеологических массивов ориентирован от центра к периферии и происходит практически на всей площади. Глубина,

проникновения подземных вод, измеряемая мощностью интенсивно трещиноватых пород, сравнительно небольшая. Исключением служат разрывные нарушения. Вследствие сильной расчлененности рельефа гидрогеологические массивы глубоко дренированы. Область разгрузки располагается в основании массива.

Артезианские бассейны и гидрогеологические массивы встречаются в одиночку или в виде сложных систем. При сложном сочетании они объединяются в группы:

1) артезианская область - обширное погружение осадочных пород чехла, объединяющее группу связанных между собой артезианских бассейнов;

СПБГУАП группа 4736

) гидрогеологическая складчатая область - сочетание гидрогеологических массивов (выступов кристаллического фундамента) и

разделяющих их межгорных артезианских бассейнов.

Артезианская область представляет собой систему бассейнов пластовых вод, а гидрогеологическая складчатая область - систему массивов и бассейнов подземных вод, а иногда - систему массивов трещинных вод.

Строгие критерии разделения бассейнов и массивов на порядки отсутствуют. Нет единодушия и в проведении границ между бассейнами и массивами, соседними бассейнами или массивами, а также артезианскими и гидрогеологическими складчатыми областями.

Проведение границ между природными емкостями подземных вод во многом зависит от четкого представления об их объеме и соподчиненности.

Кроме основных типов резервуаров, существуют и другие подразделения -

более мелкие и более крупные. Поэтому рассмотрим детальную систематику гидрогеологических резервуаров, что позволит получить наиболее полное представление о подземных водоносных системах.

Водоносность кристаллических пород

Водоносность кристаллических пород отличается значительной пестротой, вызываемой характером и степенью их трещиноватости.

Коллекторы магматических и метаморфических пород приурочены:

во-первых, к верхней выветрелой оболочке таких пород - зоне интенсивной трещиноватости или кавернозности, сформированной экзогенными процессами (выветриванием, выщелачиванием и т. д.) и

характеризующейся водами трещинного типа;

во-вторых, к системе различных пустот - зоне тектонических нарушений (разломов), интрузивных контактов и сопровождающей их трещиноватости, которая прослеживается от поверхности на глубину и содержит воды жильного типа (И. К. Зайцев ее называет зоной локальной

СПБГУАП группа 4736

трещиноватости пород).

Вследствие неравномерной трещиноватости кристаллических пород названные емкости обводненных пород в плане обычно распространены ограниченно. Зачастую между ними отсутствует гидравлическая связь. На этом основании некоторые гидрогеологи считают более целесообразным выделение водоносных участков вместо обводненных зон. Наоборот, другие исследователи по аналогии с осадочными отложениями предлагают называть обе обводненные зоны водоносными горизонтами, что для зоны интенсивной экзогенной трещиноватости во многих случаях не лишено оснований, но к зоне разлома или контакта чаще всего неприемлемо. В практике гидрогеологических исследований по отношению к рассматриваемым коллекторам водоносных кристаллических пород наиболее привился термин обводненная, пли водоносная зона.

Обводненная зона - это в разной степени трещиноватые магматические или метаморфические породы, содержащие воду. Форма ее также различна, а

простирание меняется от горизонтального до вертикального. Водоупорами служат обычно не подверженные трещиноватости плотные и массивные разновидности этих же пород.

Подземные воды зоны интенсивной экзогенной трещиноватости имеют площадное распространение. Они в той или иной мере сообщаются между собой и, как правило, характеризуются отсутствием напорных свойств.

Обводненная мощность сильно колеблется - от нескольких метров до нескольких десятков метров, иногда более 100 м.

Наоборот, подземные воды зоны тектонических нарушений и контактов отличаются локальным, а в плане обычно линейным распространением, образуя так называемую обводненную «жилу». Ширина таких «жил» может достигать 0,5-1 км. Зоны разломов и контактов неглубокого (до 100200 м) заложения содержат пресные воды, при глубоком заложении ими выводятся минеральные воды - термальные,

углекислые, соленые и т. д. И те и другие обладают высоким напором;