Антонов В.В. Поиски и разведка подземных вод Уч пос 2006

Артезианские бассейны платформенного типа обычно имеют значительную площадь распространения (300-400 тыс.км2 и более) и в гидрогеологическом отношении представляют собой сложную систему этажно расположенных напорных водоносных горизонтов. Обычно в вертикальном разрезе артезианских бассейнов наблюдается два структурных этажа (реже три). Верхний этаж, сложенный преимущественно осадочными, спокойно залегающими породами, образует чехол артезианского бассейна, а нижний – складчатый – фундамент бассейна.

Основные водоносные горизонты с крупными ресурсами пресных напорных вод обычно распространены в верхнем структурном этаже. К породам складчатого фундамента чаще приурочены напорные горизонты вод с повышенной минерализацией.

Артезианские бассейны платформенного типа характеризуются также относительно большой глубиной залегания водоносных горизонтов, изменяющейся от 100-300 до 500-800 м, мощность водоносных горизонтов достигает нередко нескольких сотен метров. Так, например, на площади Московского артезианского бассейна водоносный горизонт в каменноугольных отложениях имеет общую мощность до 250 м.

В практике водоснабжения крупных городов и промышленных центров известны действующие водозаборы производительностью до 120 тыс.м3/сут, общая производительность группы водозаборов может достигать 200 тыс.м3/сут. Проектируются и строятся новые сооружения с суммарным дебитом до 500 тыс.м3/сут.

Промышленное значение имеют также месторождения в конусах выноса, встречающиеся в бассейнах напорных вод, формирующихся на площади распространения рыхлообломочных образований конусов выноса. Этот тип месторождений характерен для предгорных зон некоторых горно-складчатых областей РФ.

При выходе крупных рек из горных районов в предгорную равнину поверхностные потоки формируют мощные толщи рыхлых пролювиальных образований. В разрезе пролювиальных отложений представлены галечники, пески, суглинки (иногда глины). В направлении от гор к равнине в пролювиальных отложениях крупность зерен галечников, гравия и песка постепенно уменьшается. Такое пе-

61

реслаивание пород различного механического состава объясняется условиями образования рыхлых пролювиальных отложений.

Режим поверхностного потока горных рек определяет зональную аккумуляцию различных фракций твердого стока. Неоднородность механического состава пролювиальных толщ как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении создает условия для формирования в периферийной части площади конусов выноса подземных вод напорного типа.

В вершине конуса выноса, непосредственно примыкающей к краевой части горного сооружения, находится область питания и зона глубокого залегания безнапорных грунтовых вод; глубина залегания подземных вод достигает здесь иногда 80 м. Пролювиальные отложения представлены здесь преимущественно хорошо проницаемыми галечниками.

Вторая зона расположена в центральной части конусов выноса. Характеризуется она разделением единого потока подземных вод на несколько этажно залегающих галечниковых, хорошо проницаемых горизонтов, в которых воды по мере погружения приобретают гидродинамический напор. Общая мощность пролювиальных отложений достигает здесь нередко 800 м и более. В периферийной части на значительной площади наблюдается частичная разгрузка напорных вод в виде мощных родников восходящего типа (так называемых карасу) с суммарными дебитами от 2-5 до 12-16 м3/с.

Третья зона, распространенная в самой периферийной части конусов выноса, характеризуется вторичным погружением подземных вод.

Таким образом, обобщая материалы по многим разведанным конусам выноса, можно отметить следующие главные особенности месторождений данного типа: наличие четко выраженной гидродинамической зональности; значительная мощность обводненных пород (до нескольких сотен метров) и изменчивость фильтрационных свойств пород в плане и в разрезе.

Отметим, что одним из основных источников подземных вод для месторождений данного типа является естественный поток (естественные ресурсы), стекающий с горных областей в предгорья.

62

5.2. Месторождения промышленных и энергетических подземных вод

Среди месторождений промышленных подземных вод выделяют месторождения глубоких зон артезианских бассейнов платформенного типа и месторождения небольших артезианских бассейнов межгорных впадин.

В первой группе МПВ промышленные воды приурочены к отложениям осадочного чехла древних и молодых платформ. Для этих МПВ характерно относительно спокойное залегание и региональное распространение изолированных, как правило, друг от друга водоносных горизонтов (комплексов) с достаточно хорошими фильтрационными свойствами сравнительно однородных водосодержащих пород при устойчивом содержании полезных компонентов. Кроме того, отмечается наличие региональных водоупоров, изолирующих пласты от выше- и нижележащих горизонтов (комплексов).

Примерами месторождений артезианских бассейнов платформенного типа могут служить Краснокамское, Тюменское, Сла- вянско-Троицкое.

Для месторождений артезианских бассейнов межгорных впадин характерно крутое падение пластов, многочисленные тектонические нарушения, ограничивающие распространение неоднородных по составу водосодержащих пород. Значительные по мощности водоносные комплексы обычно состоят из отдельных горизонтов, между которыми в процессе эксплуатации возможно перетекание; концентрации полезных компонентов изменяются по площади и в разрезе. Отмечены относительно низкие фильтрационные свойства и неоднородность продуктивных горизонтов. В ряде случаев тектонические нарушения служат очагами взаимосвязи водоносных горизонтов или обусловливают контакты разноименных горизонтов соседних блоков; надежные водоупоры между горизонтами практически отсутствуют.

Достаточно часто на территории РФ встречаются и месторождения энергетических (термальных) подземных вод.

Наибольшая из замеренных в пластовых системах на территории России температур равна 220 С на глубине 6300 м в Индоло-

63

Кубанском прогибе. По прогнозам температура в основании осадочного чехла наиболее глубоких депрессий может достигать 300 С и более (например, в Южно-Каспийской впадине), а на глубинах, не превышающих поверхности Мохоровичича, – 350-450 С.

На территории России температура нейтрального слоя или подошвы гелиотермозоны изменяется от –13 С (Таймырский п-ов) до +20 С (южные районы Предкавказья).

Геотермические исследования, проведенные в РФ, позволили выявить связь геотермических условий с возрастом структур и их неотектонической активизацией.

Для платформенных областей геотермический градиент – один из основных геотермических параметров – растет от древних щитов к более молодым плитам от 1 до 3 С на 100 м. Плиты, граничащие с областями альпийского тектоногенеза и претерпевшие значительное влияние неотектонической активизации, обладают повышенными геотермическими градиентами, достигающими на аномальных участках 5 С на 100 м.

Во всех древних складчатых системах, от байкальской до мезозойской, не испытавших интенсивного влияния неотектонических движений, геотермические условия сходны и геотермические градиенты (вне влияния зоны активного водообмена) зависят в основном от степени метаморфизма и уплотнения пород. Геотермический градиент составляет 1,0-1,5 С на 100 м.

В древних структурах, испытавших сильное влияние неотектонических движений, отмечается значительная дифференциация геотермических показателей. В результате крупных подвижек отдельных блоков по системе тектонических разрывов образовались многочисленные геотермические аномалии, связанные с разгрузкой подземных вод, выносящих массы тепла с больших глубин. В куполах термоаномалий геотермический градиент увеличивается до 4 С на 100 м и более. Вне отепляющего влияния мест разгрузки подземных вод градиент обычно не превышает 1-1,5 С на 100 м (в зависимости от состава пород).

Более всего различаются геотермические условия в областях кайнозойской складчатости. Частые термальные аномалии связаны здесь с тектоническими нарушениями, которые секут осадочные по-

64

роды. По нарушениям происходит разгрузка глубоких нагретых флюидов, на участках разгрузки в куполе термоаномалий геотермический градиент повышается до 5 С на 100 м, снижаясь вне термоаномалий до 2 С на 100 м (районы Кавказа).

Самыми интенсивными и обширными термоаномалиями характеризуются районы современного вулканизма (Камчатка, Курилы). Градиенты в куполах термоаномалий (местах разгрузок нагретых подземных вод) часто превышают 10 С на 100 м (особенно на участках парогидротерм). Но и здесь вне термоаномалий геотермический градиент обычно лежит в пределах 1,5-2 С на 100 м, реже –

2,5 С на 100 м.

Все месторождения термальных подземных вод разделяют на следующие типы:

месторождения артезианских бассейнов платформенного типа (Восточно-Европейская, Сибирская, Западно-Сибирская артезианские области);

месторождения артезианских бассейнов межгорных впадин

ипредгорных (краевых) прогибов (Предуральский предгорный прогиб, артезианские бассейны межгорных впадин Кавказского и Байкальского типов и пр.);

месторождения вулканогенных супербассейнов (зоны современного вулканизма).

Все эти месторождения могут быть площадными (например, глубокие зоны осадочного чехла артезианских бассейнов) или локальными (например, зоны тектонических нарушений в кристаллическом фундаменте и связанный с ним подъем теплоносителя).

Наиболее перспективными районами для нахождения месторождений термальных вод являются районы эпипалеозойских плит, межгорные впадины, выполненные мезокайнозойскими отложениями, созданные или активизированные в альпийский этап тектоногенеза складчатые системы и, наконец, области современного вулканизма.

65

5.3.Месторождения лечебных минеральных подземных вод

На территории России выделяются три провинции лечебных

ибальнеологических подземных вод.

Кпервой провинции относят огромную территорию распространения углекислых, азотно-углекислых и сероводородноуглекислых минеральных вод различного анионного и катионного состава с преобладанием пресных и солоноватых гидрокарбонатных щелочно-земельных холодных вод. Встречаются и термальные углекислые воды. Эта провинция приурочена в основном к альпийской складчатой зоне и к тем активированным зонам земной коры, омоложенным в кайнозойское время, которые характеризуются проявлением современного и угасшего молодого магматизма, молодых интенсивных тектонических движений.

Первая провинция лечебных вод подразделяется на следующие подпровинции:

область современного вулканизма (Камчатско-Куриль- ская область, где отмечено широкое развитие вулканогенных супербассейнов);

области молодой, недавно угасшей вулканической деятельности: Камчатская, Сихотэ-Алиньская, Даурская, Саянская, Кавказская гидроминеральные области.

Вторую провинцию характеризует наличие азотных термальных натриевых вод переменного анионного состава. Ее территория вытягивается в виде длинного пояса с простиранием на востоке с северовостока (начиная с Чукотки) на юго-запад и с широтным простиранием на западе. Геологическое строение второй провинции в общих чертах сходно с первой. Характерной тектонической особенностью является наличие молодых глубоких крутопадающих разломов радиального типа, с которыми связаны выходы терм на поверхность. Выходы гидротерм вдоль таких разломов радиального типа, с которыми связаны выходы терм на поверхность, получили названиетермальных линий.

Вторая провинция охватывает как внутренние, так и периферийные области альпийской складчатой зоны, выходя за ее пределы

впалеозойских горно-складчатых областях и других омоложенных в кайнозойское время с присущими им зонами активизации.

66

Третья провинция – провинция соленых, горько-соленых, сульфатных и реже гидрокарбонатных вод переменного катионного состава, азотных метановых и смешанных, с полями сероводородных вод. Минерализация вод различна: от соленых вод до сверхкрепких рассолов. Температура вод меняется от сверххолодных до сверхгорячих. Среди микрокомпонентов выделены бром, йод и др. Эта провинция приурочена к артезианским бассейнам платформ, передовых прогибов и к некоторым орогенным артезианским бассейнам горных областей. В отличие от вод первой и второй провинции здесь развиты пластовые, особенно артезианские воды.

Впределах третьей провинции минеральных вод могут быть выделены Охотская, Восточно-Сибирская, Западно-Сибирская, Вос- точно-Европейская, Черноморско-Каспийская, Печорская артезианские области и артезианские бассейны Арктического пояса.

Отметим также, что помимо провинциальных широко распространены так называемые апровинциальные минеральные лечебные воды, например, радоновые и железистые.

Среди месторождений лечебных и бальнеологических подземных вод выделяют следующие: месторождения массивов трещинных подземных вод, месторождения артезианских бассейнов платформенного типа, месторождения межгорных и предгорных артезианских бассейнов и месторождения вулканогенных супербассейнов.

Вгидрогеологическом отношении в первой провинции отмечено преобладание гидрогеологических массивов трещинных вод, наличие артезианских бассейнов и вулканогенных супербассейнов. Спорадически встречаются типичные межгорные, предгорные и другие артезианские бассейны.

Минеральные воды гидрогеологических массивов обычно пресноватые и солоноватые. Углекислые воды артезианских бассейнов более высоко минерализованы (солоноватые, соленые, а иногда и рассольные). Воды современных вулканогенных супербассейнов – кислые.

Для второй провинции минеральных вод характерно наличие в основном трещинно-жильных вод. Иногда они внедряются

67

из фундамента в чехол межгорных и других артезианских бассейнов, создавая термальные воды миграционного происхождения. В случае формирования терм в мощных осадочных отложениях их газовая составляющая нередко меняется: азот уступает ведущее место метану.

Во второй провинции массивы трещинных вод преобладают над артезианскими бассейнами, но иногда горячие источники этой провинции появляются и из мощных толщ осадочных отложений в межгорных артезианских бассейнах или на окраине провинции (предгорные бассейны, артезианские склоны).

Напротив, в третьей провинции минеральных лечебных вод доминируют месторождения в артезианских бассейнах платформенного и геосинклинального типов. Как правило, месторождения располагаются в глубоких зонах артезианских бассейнов.

6. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

6.1. Общие принципы проведения поисково-разведочных работ

Главными принципами проведения поисково-разведочных работ являются следующие:

1)принцип обратной связи (проведение поисково-разведоч- ных работ ориентировано на конкретный водозабор подземных вод);

2)принцип получения максимума информации при минимуме затрат (принцип экономической целесообразности);

3)принцип адаптации (принцип последовательного приближения).

При проведении изыскания на МПВ важнейшее значение приобретает выбор методики выполнения всех поисково-разве- дочных работ.

С целью повышения целенаправленности и предотвращения возможных экономических потерь гидрогеологические изыскания МПВ осуществляются поэтапно и по стадиям (табл.5).

68

Главными задачами на стадии поисковых работ являются поиск и обоснованный выбор основных источников водоснабжения. По завершении этого этапа должны быть указаны основные водоносные горизонты, которые могут быть использованы для удовлетворения заявленных потребностей, рекомендованы наиболее перспективные участки.

Основной задачей оценочных работ является выбор перспективного участка для постановки на нем разведки. По результатам оценочных работ обосновываются главные конструктивные особенности проектируемого водозабора, доказывается (с помощью специальных расчетов) возможность получения необходимых количеств эксплуатационных запасов.

Разведка мотивирует окончательно возможность извлечения подземных вод на выбранном участке с использованием принятого водозаборного сооружения. По результатам разведки оцениваются эксплуатационные запасы, выбирается конструкция водозабора и прогнозируется возможное изменение качества откачиваемых вод. Разведка должна также указать возможные источники восполнения запасов подземных вод.

В последние годы для лучшего использования запасов подземных вод, фактического материала рекомендуется дополнить по- исково-разведочные работы еще двумя стадиями: региональными исследованиями, которые предшествуют поискам, и эксплуатационной разведкой.

Региональные исследования включают анализ литературных и фондовых материалов в отношении перспективы нахождения подземных вод определенного качества для относительно больших регионов, позволяющий более целенаправленно ставить поисковые работы. Региональные исследования сокращают объемы и сроки поисковых работ.

Эксплуатационная разведка обычно ставится при изысканиях с целью расширения существующих водозаборов подземных вод. Результаты эксплуатационной разведки позволяют переводить часть запасов, ранее отнесенных к категории В, в более высшую категорию А, а часть запасов категории С1 перевести в категорию В. Особенно эффективна эксплуатационная разведка при наличии хорошо

70