logo1-color

Основные особенности схематизации гидрогеологических условий месторождений подземных вод островного типа

Автор: Пашнин А.Ю., Шуваткин К.Н.


 

Аннотация: В статье рассмотрены основные принципы схематизации гидрогеологических условий месторождений островного типа на примере Саратовского МППВ. Дана краткая характеристика месторождений данного типа. Кратко описана методика проведения и основные результаты гидрогеологических и геофизических исследований, на основе которых выполнялась схематизация.Ключевые слова: месторождение островного типа, водоносный горизонт, схематизация, Саратовское МППВ, водохранилище, фильтрационное сопротивление, площадные геофизические исследования, опытно-фильрационные работы.

В последнее время все чаще в качестве альтернативного источника водоснабжения крупных городов, использующих для хозяйственных и питьевых целей поверхностные воды рек и водохранилищ, рассматриваются подземные воды. Поиск альтернативных источников водоснабжения крупных водопотребителей, таких как города: Саратов, Астрахань, Волгоград и др., обусловлен отсутствием надежной технологии обработки (очистки) воды из открытых источников. Наиболее перспективными участками для поисков подземных вод в этом случае являются крупные (протяженностью до нескольких километров) пойменные острова, расположенные в акватории реки либо водохранилища. Именно к таким участкам и приурочены месторождения подземных вод островного типа. К месторождениям подобного типа относится Саратовское месторождение питьевых подземных вод (МППВ), приуроченное к островам Волгоградского водохранилища. В настоящее время специалистами ЗАО «ГИДЭК» ведутся работы на аналогичном месторождении: о.Дурновский в Астраханской области.

Месторождения подземных вод островного типа являются разновидностью приречных месторождений. Подобные месторождения имеют ряд характерных особенностей:

- высокая водообильность водоносного горизонта;

- сравнительно небольшая мощность водовмещающих пород (20-25м), которая изменяется в течении года в связи с колебаниями уровня в реке (водохранилище);

- водовмещающие породы водоносного горизонта, как правило, отличаются значительной фильтрационной неоднородностью в плане;

- продуктивным является водоносный горизонт, приуроченный к песчаным или гравийно-галечным аллювиальным отложениям;

- участки месторождений локализованы в пределах береговой линии островов и со всех сторон окружены акваторией реки либо водохранилища;

- продуктивный водоносный горизонт связан с поверхностными водами, причем степень этой взаимосвязи определяется неоднородностью и характером придонных отложений, а также несовершенством вреза реки в горизонт.

Поскольку основными источниками формирования запасов питьевых подземных вод месторождений островного типа, в процессе их эксплуатации, будут являться поверхностные (речные) воды и, в меньшей степени, атмосферные осадки, при схематизации подобного рода месторождений необходимо учитывать такие факторы, как фильтрационную неоднородность, как целевого водоносного горизонта, так и перекрывающего его горизонта, а так же степень взаимосвязи подземных вод горизонта с поверхностными.

Рассмотрим основные особенности схематизации гидрогеологических условий месторождений островного типа на примере Саратовского МППВ.

Саратовское месторождение приурочено к современному аллювиальному водоносному горизонту, заключенному в пойменных отложениях на островах Зеленый и Татинский, расположенных в акватории Волгоградского водохранилища. В пределах Саратовского месторождения современные отложения развиты повсеместно на островах акватории водохранилища и слагают его дно. Водовмещающие отложения представлены песками желтовато-серыми, зеленовато-серыми, с включениями гравия и гальки, в основании часто встречаются валунные отложения. В верхней части горизонта практически на всей территории прослеживаются слабопроницаемые глинистые отложения мощностью 3-10м.

При схематизации гидрогеологических условий месторождения основное внимание было уделено оценке плановой фильтрационной неоднородности водоносного горизонта, а так же вертикальной фильтрационной неоднородности перекрывающих его глинистых отложений. Кроме того, была выполнена высокодетальная оценка литологического состава и мощности придонных отложений Волгоградского водохранилища, непосредственно вокруг островов, для оценки степени взаимосвязи подземных вод горизонта с поверхностными водами водохранилища.

Для решения этих задач в пределах исследуемой территории был выполнен целый комплекс площадных геофизических исследований, как наземных (ВЭЗ, ЗСБ), так и акваториальных (ВЭЗ, донные микроВЭЗ).

По результатам наземных и акваториальных геофизических исследований было выполнено литологическое расчленение разреза и проведена оценка мощности продуктивного горизонта. На основании полученных данных составлены геоэлектрические разрезы и схематические карты мощности водоносного горизонта и изогипс его подошвы, которые показали, что мощность целевого горизонта меняется от первых метров (под акваторией водохранилища) до 20 – 25м, иногда до 40м (на островах), составляя в среднем 18 – 20м (рис.1.).

statia-15-ris-1

С целью характеристики фильтрационных свойств водоносного горизонта в пределах Саратовского МППВ были проведены опытные откачки кустов скважин 1К и 2К, а так же выполнено ретроспективное моделирование опытных работ на участках месторождения-аналога (Генеральское МППВ). Полученные в результате численно-аналитической интерпретации опытно-фильтрационных работ параметры были уточнены путем решения обратных задач по воспроизведению хода опытных работ на геофильтрационной модели.

Кроме того, опытные кусты располагались на участках с различной степенью взаимосвязи подземных и поверхностных вод. Куст 1К располагался на о.Васяткин в условиях двух параллельных границ питания (протока и коренное русло), а куст 2К располагался на о.Зеленой у русловой протоки. Подобное расположение опытных кустов позволило определить предварительные значения фильтрационного сопротивления (А0) ложа водохранилища для различных участков акватории.

В целом результаты опытных работ показали следующее:

  • Современный аллювиальный водоносный горизонт в пределах островов Зеленый и Васяткин обладает высокими фильтрационными свойствами. Коэффициенты фильтрации песков составили 45 – 58 м/сут.
  • Подземные воды горизонта имеют хорошую взаимосвязь с поверхностными водами Волгоградского водохранилища на участке куста 1К (о.Васяткин). Обобщенный параметр сопротивления русловых отложений (ΔL) на этом участке составил по данным графо-аналитических расчетов 25м (А0=0,6).
  • На участке куста 2К (о.Зеленый) взаимосвязь подземных вод с поверхностными затруднена (величина ΔL по результатам летней откачки составляет более 200м (A0=45)), вследствие заиленности русла протоки Тарханки.
  • В процессе зимней откачки куста 2к не была достигнута стабилизация уровней, что не позволило определить величину ΔL. Это связано, судя по всему, с ухудшением взаимосвязи подземных и поверхностных вод в зимний период. Это в свою очередь обусловлено уменьшением восполнения емкостных запасов пласта за счет привлечения поверхностных вод, связанных с промерзанием береговой линии, полосы донных отложений и пониженной вязкостью воды.

По величине поперечного электрического сопротивления (ρхН) была выполнена оценка плановой фильтрационной неоднородности продуктивного горизонта, составлена схематическая карта этого параметра, позволяющая выделить зоны с различными фильтрационными параметрами. Согласно полученным результатам, водопроводимость целевого горизонта на участке месторождения могла изменяться примерно в 3 раза. Также была выполнена оценка плановой неоднородности фильтрационного сопротивления, как верхней (преимущественно глинистой) части продуктивного горизонта, так и придонного глинистого слоя, разделяющего водоносный горизонт и поверхностные воды. По полученным данным составлена схематическая карта данного параметра, позволяющая выделить зоны с различными условиями взаимодействия вод водохранилища и продуктивного горизонта. Полученные результаты, скоррелированные с данными опытных опробований, легли в основу численной геофильтрационной модели Саратовского МППВ (рис.2.).

statia-15-ris-2

Необходимо отметить также некоторые особенности состава и строения придонных отложений, вокруг рассматриваемых островов, выявленные по данным комплекса геофизических исследований.

На основании проведенных геофизических исследований, а также бурения со льда заверочных скважин, удалось определить приблизительную мощность и состав придонного слоя на различных участках акватории (коренное русло, русловые протоки, внутренние озера). Анализ построенных по данным геофизики геолого-гидрогеологических разрезов через акваторию водохранилища в районе исследуемых островов показал, что в пределах всей акватории Волгоградского водохранилища распространен слой илистых отложений различной мощности. На основании полученных данных всю акваторию можно разделить на три основные зоны, характеризующиеся различной мощностью придонного заиленного слоя и, следовательно, различной степенью связи подземных и поверхностных вод.

Первая зона – коренное русло р.Волга – характеризуется наибольшей глубиной вреза (более 15 – 20м), а также минимальными мощностями заиленного слоя. В пределах этой зоны подземные воды имеют наиболее тесную связь с поверхностными водами водохранилища.

Вторая зона – русловые протоки – характеризуется глубиной вреза 5 – 15м, и средними мощностями заиленного слоя.

Наконец, третья зона – внутриостровные озера – глубиной до 3м имеет максимальные мощности заиленного слоя.

Выделенные зоны также нашли свое отражение при построении геофильтрационной модели месторождения (Рис.3).

Выделение этих зон позволило определить, какие из участков месторождения находятся в наиболее выгодном положении – расположены близко к коренному руслу. Целевой горизонт в пределах этих участков имеет наиболее тесную гидравлическую связь с поверхностными водами.

Таким образом, исходя из описанных особенностей геолого-гидрогеологического строения в пределах Саратовского месторождения, было выделено три участка для подсчета эксплуатационных запасов.

Перечисленные выше особенности геолого-гидрогеологического строения участков работ были учтены при построении численной геофильтрационной модели Саратовского МППВ при подсчете эксплуатационных запасов подземных вод.

В связи с особенностью строения водовмещающих пород (почти на всей территории месторождения водовмещающие пески перекрыты глинисто-суглинистыми отложениями), фильтрационная среда на модели была схематизирована как двухпластовая. В качестве самостоятельных водоносных пластов в фильтрационной схеме были выделены:

пласт 1 – верхняя часть современного аллювиального водоносного горизонта, представленная преимущественно суглинистыми отложениями.

пласт 2 – нижняя часть современного аллювиального водоносного горизонта, представленная разнозернистыми песками с галькой и гравием.

Фильтрационные свойства пластов охарактеризованы по результатам опытно-фильтрационных опробований кустов 1К и 2К, а так же по результатам моделирования опытных работ на участках месторождения-аналога (Генеральске МППВ) и уточнены путем численного моделирования опытных работ. Характер площадного изменения фильтрационных параметров по пластам модели был задан по данным проведенных геофизических работ.

Для акватории водохранилища были заданы зоны с различными значениями отметок дна и фильтрационного сопротивления ложа в зависимости от совершенства вреза (коренное русло, русловые протоки, внутренние озера).

Разработанная геофильтрационная схема была принята при построении численной модели Саратовского месторождения предназначенной для оценки эксплуатационных запасов подземных вод.