_{Содержиние}

Содержание гидрогеологии:

общая гидрогеология – основы учения о подземной гидросфере, появление и закономерности распределения воды в недрах Земли;

региональная гидрогеология – закономерности распространения подземных вод в земной коре, типы гидрогеологических структур, формирование различных типов подземных вод;

3. гидрогеодинамика – исследование законов движения подземных вод, закономерностей формирования их гидродинамического режима и ресурсов; 4. гидрогеохимия – исследование законов миграции химических элементов в подземной гидросфере и процессов формирования химического состава подземных вод;

5. гидрогеотермия – исследование термических свойств и процессов теплопереноса с подземными водами;

6. палеогидрогеология – происхождение и история развития подземной гидросферы, исследование роли подземных вод в геологических процессах.

Гидрогеология объектов недропользования включает комплекс специальных гидрогеологических исследований, связанных с поисками, разведкой и промышленным освоением месторождений полезных ископаемых — твердых, нефтегазовых и гидроминеральных, а также с решением задач инженерной геологии и геоэкологии. Многофункциональный комплекс исследований обусловил формирование соответствующих им ветвей в гидрогеологии. Таких как:

— горнопромышленная гидрогеология;

— гидрогеология месторождений твердых полезных ископаемых;

— гидрогеология месторождений углеводородного сырья (нефтяная гидрогеология);

— поиски и разведка подземных вод;

— криогидрогеология;

— экологическая гидрогеология.

Задачи гидрогеологии:

• Изучение химического состава и физических свойств ПВ с целью использования их для питьевого и технического водоснабжения

• Изучение законов происхождения и формирования иподземных вод

• Изучение законов движения подземных вод

• Изучение подземных вод как источник минерального сырья и тепловой энергии

• Изучение подземных вод в их взаимодействии с горными породами и подземными сооружениями

• Охрана подземных вод от истощения и загрязнения

Выделяют 3 этапа развития гидрогеологии:

1 этап: До нового века. Эта накопления сведения о подземных вод, поиск способов использования и начало наблюдения за гидрогеологическими явлениями (Фалес Милетский, Платон. Бируни).

Деревянные и каменные водозаборные сооружения – примерно 11 век.

Конец 12 в. – в провинции Артезия нашли напорно-фонтанирующую воду

2 этап: Систематизация и теоретическое осмысление в гидрогеологии

При Петре I первые геологические экспедиции

1724 г. – создана Российская академия наук (РАН)

1763 г. – работа Ломоносова: Атмосферные осадки формируют подземную воду

1882 г. – Геологический комитет (Геоком) штатная должность – гидрогеолог

Вклад в развитие геологии: Гельмерсен, Никитин, Мушкетов, Андрусов, Сулин, Архангельский, Вернадский, Саваренсктий и др.

1922 г. – Первый учебник по гидрогеологии (Червинский)

1931 г. – Первый всесоюзный съезд гидрогеологов в Ленинграде.

3 этап: вторая половина XX века – до нашего времени (особенно после военного времени)

1966-1978 – Выход 50-томного издание «Гидрогеология СССР»

6-томное издание «Основы гидрогеологии»

Были заложены основы структурно-гидрогеологического подхода к изучению подземных вод в работах Ленинградской школы гидрогеологии.

Сформулирована структурная гидрогеология, как самостоятельная направление в гидрогеологии (Каменский, Степанов).

2) Основной фундаментальной проблемой современной гидрогеологии является формирование подземных вод. Это - проблема, состоящая из формирования ресурсов подземных вод и их состава в четырехмерном пространстве. К числу прикладных проблем относятся поиски и разведка месторождений пресных питьевых подземных вод, а также подземных вод, используемых в различных хозяйственных целях: технологические процессы производства, заводнение нефтяных залежей и осушение месторождений полезных ископаемых и др., использование химического и газового состава подземных вод при поисках месторождений полезных ископаемых (нефти, газа, полиметаллов и др.). В последние годы решаются проблемы захоронения промстоков в недра. Таким образом, прикладные задачи гидрогеологии связаны с использованием подземных вод для различных целей.

3) Гидросфера подземная – это совокупность всех видов подземных вод, находящихся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии. Гидросфера подземная пронизывает всю литосферу и образует с ней единую гидролитосферу. Основную часть гидросферы подземной составляют подземные воды.

4) Вода, заполняющая различные пустоты в горных породах (каверны, трещины, поры) подразделяется на следующие виды: вода в форме пара; физически связанная вода: а) прочносвязанная (гигроскопичная), б) слабосвязанная (пленочная); свободная вода: а) капиллярная вода, б) гравитационная вода; вода в твердом состоянии; кристаллизационная вода.

4.1.1. Вода в форме пара (парообразная) вместе с воздухом заполняет пустоты в горных породах, свободные от жидкой воды. При понижении температуры или повышении давления водяные пары конденсируются на стенках пустот и переходят в жидкую фазу.

4.2.1. Прочносвязанная (гигроскопическая) вода образуется непосредственно на поверхности частиц горных пород в результате процессов адсорбции молекул воды из паров и прочно удерживается под влиянием электрокинетических и молекулярных сил (рис. 16.1, а).

4.2.2. Слабосвязанная (пленочная) вода образуется с увеличением количества воды, создающей как бы вторую сплошную пленку поверх гигроскопической. Пленочная вода способна передвигаться от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей толщиной (рис. 16.1, б). Движение воды происходит до тех пор, пока толщина пленок не сравняется.

4.3.1. Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, тончайшие трещины, в которых удерживается силами поверхностного натяжения (рис. 16.1, в). Капиллярная вода может передвигаться по капиллярным каналам в любом направлении, в том числе и снизу вверх. Продвигается она обычно тем дальше, чем тоньше диаметр пор или трещин, по которым она двигается.

4.3.2. Гравитационная вода находится в капельно-жидком состоянии и передвигается под действием гравитационных сил. Сила тяжести обусловливает наличие у гравитационной воды уровня или зеркала (рис. 16.1, г).

4.4. Вода в твердом состоянии находится в горных породах в виде отдельных кристаллов или в виде линз и отдельных прослоек льда. Обычно образуется при сезонном промерзании в водонасыщенных горных породах, но особенно широко развита в областях распространения многолетнемерзлых горных пород в виде различных типов льдов (погребенных, жильных, повторно-жильных и др.).

4.5. Кристаллизационная вода входит в состав кристаллической решетки минералов, например гипс CaSO4*2Н2О, мирабиллит — Na2SO4*10H2O. Она может быть удалена при нагревании до такой температуры, когда происходит разрушение кристаллической решетки минерала.

5) Колле́кторские сво́йства го́рных поро́д,

определяют возможности вмещать в пустотном пространстве разл. жидкости и газы и пропускать их через себя (фильтровать) при перепаде давлений. Это коли-чественные параметры, важные для оценки запасов месторождений нефти, газа, водных ресурсов, а также для выбора режима эксплуатации месторож-дений. Осн. характеристики: проницаемость, ёмкость, остаточная флюидона-сыщенность.

Проницаемость – способность горных пород пропускать жидкие и газообразные флюиды через сообщающиеся пустоты при перепаде давле-ния; наиболее важный параметр, определяющий возможность извлечения из породы воды, нефти и газа. Процесс движения жидкостей или газов в тре-щинно-пористых средах (в наиболее обобщённом виде) описывается эмпи-рич. уравнением Дарси, где проницаемость прямо пропорциональна объёму фильтрующегося флюида. Проницаемость (коэффициент проницаемости) из-меряется объёмом флюида определённой вязкости, протекающим в единицу времени через заданное поперечное сечение горной породы, перпендикуляр-ное заданному градиенту давления. Выражается в мкм2 либо в Д (дарси); 1 Д≈ 1 мкм2. Различают абсолютную, эффективную и относит. проницаемо-сти.

Абсолютная (физическая) проницаемость отражает макс. прони-цаемость породы при фильтрации однородной жидкости или газа в условиях полного насыщения пор породы данным флюидом.

Эффективная (фазовая) проницаемость характеризует способ-ность породы пропускать флюид в присутствии др. насыщающих пласт флюидов. Абсолютную и эффективную проницаемости определяют лабора-торными методами, основанными на моделировании процесса фильтрации (однофазной или многофазной) в цилиндрич. образце горной породы.

Относительная проницаемость представляет отношение эффек-тивной проницаемости, измеренной по к.-л. флюиду, к абсолютной. Наибо-лее распространённые среди коллекторов осадочные породы делятся на хоро-шо проницаемые (св. 0,01 мкм2), среднепроницаемые [(10–0,01)·10–3 мкм2] и слабопроницаемые (менее 0,01·10–3 мкм2). Проницаемость существенно за-висит от структуры порового пространства, трещиноватости (нарушения сплошности пород трещинами разл. генезиса, протяжённости, формы и про-странственной ориентировки), кавернозности пород (вторичная пустотность, образующаяся преим. в растворимых карбонатных породах), а также количе-ства фаз фильтрующихся флюидов (для многофазных систем ниже, чем для однофазных) и их физико-химич. свойств. Структура порового пространства во многом определяется структурно-текстурными особенностями породы и характеризуется: размером пор и поровых каналов, величиной внутр. удельной поверхности (т. е. площадью поверхности всех пустот в единице объёма или массы вещества) и извилистостью каналов. Величина внутр. удельной поверхности в породах сильно изменяется и может достигать не-скольких м2 в 1 см3 породы. Она используется для расчёта скорости фильтра-ции.

Общая ёмкость горных пород характеризуется суммарным объёмом пустот (пор, каверн, трещин и др.), различающихся по генезису, морфологии, условиям аккумуляции и фильтрации флюидов. На практике часто все пусто-ты в горных породах называют порами, а ёмкость – пористостью. Величина пористости оценивается отношением объёма пор к объёму образца породы и выражается в процентах или в долях единицы. Различают пористость гор-ных пород: общую, открытую, закрытую и эффективную.

Общая пористость (полная, абсолютная) отражает суммарный объём сообщающихся и изолированных пор;

Открытая (насыщенная) – объём сообщающихся между собой пор, она меньше общей на объём изолированных пор;

Закрытая – объём изолированных пор, не имеющих связи с други-ми пустотами.

Эффективная пористость (статическая или динамическая в зави-симости от способа определения объёма остаточных флюидов) характеризует объём пор, занятый подвижным флюидом (не учитываются тупиковые, за-стойные пустоты или поры очень мелкого размера); она меньше открытой на объём остаточных флюидов. Величина пористости у разл. типов горных пород колеблется от долей процента до 60% и более. Пористость исследуется лабораторными методами (изучение шлифов, полированных образцов, рент-геновское просвечивание образцов и др.).

Остаточная флюидонасыщенность характеризует неиз-влекаемую часть флюидов. Остаточные флюиды не участвуют в фильтрации и снижают величину полезной ёмкости коллектора. Доля открытого порового пространства, занятого водой, называется коэффициентом водонасыщенно-сти, нефтью (газом) – коэффициентом нефте (газо)насыщенности. В сумме эти коэффициенты составляют единицу или 100%. При подсчёте запасов уг-леводородов в месторождении, кроме коэффициентов нефте- и газонасыщен-ности, необходимо определить коэф. остаточной водонасыщенности – отно-шение объёма остаточной воды (локально сохранившейся в порах коллектора после того, как он был заполнен нефтью) в горной породе к объёму открыто-го пустотного пространства породы. Количество и характер распределения остаточной воды зависят от сложности строения пористой среды, величины удельной поверхности поровых каналов, a также от поверхностных свойств породы (гидрофильности и гидрофобности) и физико-химич. свойств воды и вытесняющих её нефти и газа. Количество остаточной воды в породах разл. литологич. состава изменяется от 5 до 70% и более. Наиболее гидрофильны глинистые минералы, менее – кварц и карбонаты; в хорошо проницаемых от-сортированных обломочных породах содержание остаточной воды низкое, в глинистых алевритистых породах – очень высокое. Остаточную водонасы-щенность определяют в образцах породы лабораторными методами (вытес-нения, центрифугирования, испарения и др.).