- •130302 « Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания,
- •Предисловие
- •1. Введение
- •Понятие «гидрогеология»
- •Методы исследований в гидрогеологии
- •Основные разделы гидрогеологии
- •Основные проблемы гидрогеологии
- •Основные этапы развития гидрогеологии
- •Системный подход в гидрогеологии
- •2.Вода в геосферах Земли
- •3. Строение подземной гидросферы
- •4. Понятие «Геологический круговорот воды»
- •4.1 Геологическая форма движения воды и ее разновидности
- •4.2 Этапы геологического круговорота
- •5. Понятие гидрогеологические структуры. Структурные типы подземных вод
- •6. Подземные водные резервуары
- •7. Гидрогеологический цикл
- •8. Проблема формирования подземных вод и её сущность
- •8.1. Формирование ресурсов подземных вод
- •8.2 Процессы формирования состава подземных вод
- •9. Гидросфера
- •9.1. Эволюция гидросферы Земли
- •9.2. Гидрогеологическая стратификация (г.С.)
- •9.3. Границы и объем гидросферы
- •9.4. Физические поля Земли, гидрогеологические закономерности и законы гидрогеологии
- •10. Виды воды в горных породах
- •11. Некоторые физические и водные свойства горных пород
- •11.1. Гранулометрический состав и его значение в гидрогеологии
- •11.2. Пористость и трещиноватость
- •11.3. Проницаемость
- •11.4. Пьезопроводность и уровнепроводность
- •11.5. Влажность
- •11.6 Влагоемкость и водоотдача
- •11.7. Водо-, нефте- и газонасыщенность
- •11.8. Капиллярность
- •12. Основные виды движения подземных вод
- •12.1 Элементы фильтрационного потока. Закон Дарси
- •12.2. Методы определения коэффициента фильтрации
- •12.3. Водопроводимость
- •12.4. Установившееся и неустановившееся движение
- •13. Гидрогеотермия
- •13.1. Гидрогеотермический режим земной коры
- •13.2 Виды теплопереноса
- •13.3 Геотермические зоны земной коры
- •13.4 Геотемпературное поле
- •13.5 Практическое применение геотермических методов в гидрогеологии
- •14. Свойства и состав природных вод
- •14.1 Распространение воды на Земле и уникальность ее свойств
- •14.2 Строение и структура воды
- •14.3 Изотопный состав воды
- •14.4 Физические свойства воды
- •14.5. Химический состав воды
- •14.6 Бактериологический состав воды
- •14.7 Газовый состав воды
- •14.8. Жесткость воды
- •14.9. Агрессивность воды
- •15. Классификация подземных вод и их краткая характеристика
- •15.1. Понятие режима подземных вод
- •15.2 Классификация подземных вод а.М. Овчинникова и ее сущность
- •16. Вертикальная гидрогеологическая зональность подземных вод. Инверсии
- •17. Трещинные и жильные воды
- •18. Карстовые воды
- •18.1 Особенности режима и химического состава карстовых вод
- •19. Подземные воды криолитозоны
- •19.1 Надмерзлотные воды
- •19.2 Межмерзлотные воды
- •19.3 Подмерзлотные воды
- •20. Источники
- •20.1 Классификация источников
- •20.2 Режим источников
- •21. Проблемы экологической гидрогеологии
- •21.1. Загрязнение подземных вод
- •21.2. Истощение подземных вод
- •21.3. Особенности эколого-гидрогеологических исследований
Методы исследований в гидрогеологии
Гидрогеология, является частью геологии, тесно связана с циклом естественных и точных наук. Среди методов исследований можно выделить три группы: 1) Полевые; 2) Лабораторные; 3) Расчетные. Полевые методы включают проведение различных гидрогеологических исследований (съемки, бурение и испытание скважин и горных выработок; среди лабораторных методов можно выделить анализ химического и газового состава вод, определение фильтрационных параметров горных пород, моделирование движения подземных вод, откачки, наливы и др.).
Расчетные методы связаны с определением гидродинамических параметров (коэффициенты фильтрации, пьезо- и уровнепроводность и др.), используемых при подсчете запасов месторождений подземных вод. При проектировании разработки с заводнением нефтяных залежей проводятся расчеты допустимых депрессий и совместимости закачиваемых и пластовых вод и др.
Основные разделы гидрогеологии
Гидрогеология - комплексная наука, в ней выделились и оформились, как самостоятельные, две группы направлений: 1) теоретическое и 2) методическо-прикладного характера (табл.1).
Основные проблемы гидрогеологии
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. Главной среди них является хозяйственно-питьевое водоснабжение. Огромные ресурсы пресных подземных вод составляют в нашей стране 340 км3 в год. По данным Л.С. Язвина, в 2001 г. использовалось 7,8 км3 в год или 21,4 млн м3 в сутки. Это всего лишь 2,3% от прогнозных ресурсов, что говорит о больших перспективах водоотбора их недр. Существенно также, что защищенность подземных вод от загрязнения обычно значительно выше, чем у поверхностных вод, которые доминируют сейчас в системе централизованного водоснабжения (64%). Важно отметить, что доля подземных вод в этом балансе постепенно растет. Так, 68% городов и крупных поселков снабжаются подземными водами на 90 % и более; 12% городов имеют смешанное водоснабжение за счет подземных вод и поверхностных вод; 20% городов снабжаются преимущественно за счет поверхностных вод. Вместе с тем в ряде регионов (областей) засушливого климата и широкого распространения многолетней мерзлоты наблюдается дефицит пресных подземных вод [3].
Минеральные воды могут оказывать лечебное воздействие на человеческий организм. Известно более ста видов лечебных минеральных вод (углекислотных, сероводородных, радиоактивных и др.), которые применяются как для внутреннего, так и для внешнего пользования. Преобладающее большинство из выделяемых типов минеральных вод установлено на территории нашей страны. В нашей стране разведано 844 месторождения минеральных вод с эксплуатационными запасами 328 тыс. м3 в сутки. На их базе функционируют 220 санаториев, водолечебниц, грязелечебниц, более 100 предприятий по разливу минеральной воды. Несмотря на то, что Россия является одной из богатейших стран в мире по ресурсам и разнообразию минеральных вод, по их потреблению на душу населения мы заметно отстаем от Франции, Италии, Германии, где столовых минеральных вод производят на порядок больше, чем у нас. Наибольшее количество разведанных месторождений минеральных вод (78%) приходится на центральнее районы России и Северный Кавказ. Даже на Камчатке, где известно 270 проявлений минеральных и термальных вод, разведано только 18 из них. Это показывает, насколько велики перспективы разведки и эксплуатации минеральных вод. Такое положение наблюдается не только на Камчатке, но и во многих других регионах нашей страны. Поэтому перспективы деятельности гидрогеологов по изучению минеральных вод весьма обширны.
Вода может рассматриваться как источник химического сырья, из нее могут извлекаться в промышленных масштабах йод, бром, бор, поваренная соль, некоторые металлы, уран и др. С помощью воды проводится подземное выщелачивание месторождений самородной серы, поваренной соли, урана, полиметаллов. При активном участии воды происходит образование и формирование месторождений нефти. Подземные воды играют важную роль в рассеянии и концентрировании химических элементов. Это означает, что их водная миграция имеет решающее значение в создании и разрушении месторождений полезных ископаемых (осадочных, гидротермальных, метаморфических, магматических и др.).
Подземные воды широко используются в теплоэнергетических целях. В 40 странах мира функционируют ГеоЭС, преобразующие тепловую энергию подземных вод в электрическую. Их суммарная мощность в настоящее время достигла 10 тыс.МВт, и, чтобы получить такое количество энергии, добывается 36 тыс. кг/с горячего пара. В России ГеоЭС построены на Камчатке. Паужетская ГеоЭС эксплуатируется с 1966 г., и ее мощность равна 5 МВт. Несколько лет тому назад вступила в строй Мутновская ГеоЭС мощностью 62 МВт. Эти электростанции обеспечивают 37% потребности Камчатки в электроэнергии. Стоимость этой электроэнергии значительно ниже, чем у тепловых электростанций, работающих на мазуте, а стоимость тепла, отпускаемого ГеоЭС, почти в 10 раз меньше, чем теплота от ТЭС, работающих на привозном топливе. Еще шесть месторождений термальных вод с температурой более 900С и ресурсами более 770 кг/с подготовлены для ввода в эксплуатацию. Таким образом, перспективы получения тепла и энергии из недр на Камчатке весьма велики. Они имеются и в других регионах России (на Курильских островах, где функционируют две небольших ГеоЭС, на Кавказе, в Предкавказье и Западной Сибири). В этих районах термальные воды используются пока только для теплоснабжения (парниковое хозяйство, обогрев жилых помещений).
Подземные воды могут оказывать и вредное воздействие. С этими явлениями приходится сталкиваться в районах подтопления жилых зданий, заболачивания и переувлажнения почвы, развития карста, активизации суффозионных и плывунных процессов. Много средств затрачивается на борьбу с подземными водами при разработки месторождений полезных ископаемых. Для осушения горных выработок откачивается более 5 млн м3 в сутки. Много сложных гидрогеологических проблем возникает при гидротехническом строительстве, проходке тоннелей, при возведении и эксплуатации объектов гражданского и промышленного назначения.
Сказанное позволяет получить представление о сложности и разнообразии проблем, которые приходится решать гидрогеологу в процессе его научной и производственной работы. В круг его обязанностей входит также экспертная оценка гидрогеологической обстановки территории, эколого-гидрогеологические исследования, прогнозирование изменений гидрогеологических условий, проведение поисковых и разведочных гидрогеологических работ. От успешного решения указанных задач зависит в той или инной степени жизнеобеспеченность и нормальное функционирование различных сфер человеческой деятельности.
Таблица 1.
Разделы гидрогеологии
а) ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ | |
Название |
Сущность |
1. Общая гидрогеология |
общие основополагающие сведения и, прежде всего, особенности появления и закономерности распространения воды в недрах Земли |
2. Гидрогеодинамика |
движение, режим и ресурсы подземных вод, гидрогеодинамическое моделирование. |
3.Гидрогеохимия |
закономерности миграции химических элементов и их соединений в подземной гидросфере, состав подземных вод, и его формирование. |
4. Гидрогеотермия |
термические свойства и особенности подземной гидросферы. |
5. История ПГ (палеогидрогеология) |
происхождение подземных вод и их эволюция, геологическая деятельность воды в недрах Земли и ее роль в различных геологических процессах. |
6. Региональная гидрогеология |
гидрогеологические условия различных регионов мира. |
б)МЕТОДИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ | |
1. Методика гидрогеологических исследований |
методы проведения гидрогеологических исследований (полевые, лабораторные, расчетные). |
2. Разведочная гидрогеология |
изучение месторождений подземных вод, и использование их в водоснабжении, мелиорации, в качестве лечебных, промышленных и теплоэнергетических источников. |
3. Инженерная гидрогеология |
обводнение и осушение месторождений полезных ископаемых, мелиорация земель, проведение строительства инженерных сооружений. |
4. Техногенная гидрогеология |
истощение и загрязнение подземных вод, защитные мероприятия и управление их режимом; эколого-гидрогеологический мониторинг. |