logo1-color

Использование результатов геофизических исследований при обосновании геомиграционной модели в сложных гидрогеохимических условиях Ахтубинского месторождения подземных вод

Автор: Зубанова Т.Н., Козак С.З., Ясеник С.В.


 

Аннотация. Геофизические исследования, комплексный метод, позволяющий изучить изменчивость геологического разреза и гидрогеологических условий. Геоэлектрические параметры водоносного горизонта отражают изменение минерализации подземных вод и позволяют выделить интервалы водоупорных толщ. Обоснование геомиграционной модели Ахтубинского месторождения подземных вод выполнено на основе изменения удельного электрического сопротивления и гамма-излучения, заверенных опробованием качества подземных вод лабораторным способом. Ключевые слова: подземные воды, минерализация, геофизические исследования, геомиграционная модель, удельное электрическое сопротивление.

 

Геофизические исследования, как вид полевых работ, проведены на стадии поисков подземных вод для обеспечения водоснабжения г. Ленинска и р.п. Средняя Ахтуба Волгоградской области. Особенностью гидрогеологических условий разведанного месторождения является сложность гидрохимических условий, обусловленная залеганием пресных подземных вод на минерализованных без разделительного водоупорного слоя.

Поисковые работы проведены на двух участках: Среднеахтубинском и Ленинском. Участки отрабатывались площадными ВЭЗ, ЗСБ-ЗМПП, акваториальными ВЭЗ по реке Ахтуба и ГИС в поисковых и параметрических скважинах.

Метод ВЭЗ применен преимущественно для расчленения верхней части разреза и был использован для выделения в плане слабопроницаемых (более глинистых) зон и зон с повышенной минерализацией в целевом горизонте. Индукционные зондирования ЗМПП позволили уверенно оценить глубину до подошвы слоя с пресной водой. По результатам акваториальных ВЭЗ выполнена оценка гидрогеологических условий непосредственно под р. Ахтуба. По результатам геофизических исследований скважин (ГК, КС) выполнено уточнение литолого-стратиграфических границ и выделены по глубине зоны с различной минерализацией. При интерпретации геофизических материалов мы опирались на результаты бурения, лабораторных работ по оценке качества подземных вод и учитывали опыт работ в сходных гидрогеологических условиях.

statia-14-ris-1

Сопоставление геоэлектрических разрезов (рис.1) с результатами бурения позволило выделить три основных горизонта (описание ведется сверху вниз):

  • Горизонт 1, отождествляемый с поверхностными песчано-глинистыми отложениями (суглинки, глины, пески). Суглинки и глины с прослоями песков выделяются по значениям УЭС (удельное электросопротивление) равным 15 – 40 Омм. мощностью преимущественно 3 - 5м, иногда до 10м. На отдельных участках УЭС глинистых отложений уменьшается до 3 - 5 Омм, что указывает на их высокое засоление. В долине р. Ахтубы участки засоления встречаются крайне редко. В то же время на высоком берегу поверхностные отложения засолены почти повсеместно. В плане глинистые отложения в долине р. Ахтубы часто сменяются песками с УЭС = 80 – 120 Омм для водонасыщенных песков и 300 - 500 Омм для песков зоны аэрации. Глубина подошвы этого горизонта составляет преимущественно 3 – 5м, увеличиваясь иногда до 10 – 12м..
  • Горизонт 2, отождествлямый с целевым горизонтом, литологически представленным песками с редкими прослоями глин. Глубина подошвы этого горизонта составляет в основном 30 - 35м. УЭС этого горизонта отличается сильной плановой изменчивостью и составляет от 8 – 10 Омм до 40-50 Омм, доходя иногда до 80 – 130 Омм. Представляется очевидным, что УЭС 2-го (целевого) геоэлектрического горизонта определяется в основном содержанием в подземных водах водорастворимых солей. По вертикали в отдельных точках этот горизонт разделяется на два. Верхняя его часть, насыщенная более пресными водами, отличается УЭС = 30 – 60 Омм, нижняя, с водами повышенной минерализации – 15 – 20 Омм. Эта граница вынесена на разрезы с учетом результатов ГИС
  • Горизонт 3 является последним. Его подошва не определена. УЭС этого горизонта меняется относительно слабо и составляет по данным ВЭЗ и ЗСБ-ЗМПП в основном 3 – 12 Омм, а по данным каротажа КС – 3 - 5 Омм. Отметим, что глубина до этого горизонта наиболее уверенно определяется по ЗСБ-ЗМПП. Очевидно, что минерализация подземных вод в этом интервале высока (до 10 г/л и более). Литологический состав этого интервала нами не определялся, поскольку УЭС этого горизонта определяется в основном содержанием водорастворимых солей.

Результаты оценки состава придонных отложений на р. Ахтуба по обоим участкам показали следующее. Литологический состав первого от дна интервала меняется от илов (4 – 10 Омм) и глин с песком (20 – 40 Омм) до песков (50 – 100 Омм). Участки, где развиты пески, имеют значительную протяженность (до 0.5 – 1км). Мощность илов и глин не превышает 1 – 2м. Ниже в разрезе фиксируются горизонт 2, сложенный песками и горизонт 3. Таким образом, река Ахтуба может являться источником поступления пресных поверхностных вод в подземные воды.

Для оценки минерализации по геофизическим данным мы сопоставили величину минерализации по поисковым скважинам со значениями КС по данным электрокаротажа и значениями УЭС по ВЭЗ, отработанным у этих скважин.

Полученная взаимосвязь между удельным электросопротивлением (по ГИС и ВЭЗ) и минерализацией (сухим остатком) по поисковым скважинам позволяет выполнить количественную оценку минерализации подземных вод для целевого горизонта. По этой зависимости установлено, что при значениях удельного электросопротивления целевого горизонта свыше 25 Омм, минерализация подземных вод в этом горизонте менее 1 г/л. Значения 20-30Омм соответствуют минерализации 1-3 г/л. Сопротивление 10-20 Омм характерно для воды с минерализацией 3-5 г/л. Отметим, что этот результат полностью совпадает с данными, полученными на других участках с аналогичными гидрогеологическими условиями в Волгоградской, Саратовской и Астраханской областях.

Полученные данные позволили выделить по обоим участкам в плане по изооме 25 Омм контуры вод с минерализацией до 1000 мг/л, совместно с результатами ГИС выделить границы распространения целевого водоносного горизонта, схематизировать граничные условия и существенно уточнить геомиграционную модель месторождения.

Сложность гидрохимических условий на фоне достаточно однородных фильтрационных параметрах, привела к необходимости оценки запасов подземных вод с учетом возможного изменения качества воды при эксплуатации. Увеличение минерализации за счет подтягивания снизу явилось основным фактором, сокращающим количество эксплуатационных запасов. Для учета этого была воспроизведена геомиграционная модель месторождения. Она строилась на базе геофильтрационной, при этом все фильтрационные параметры и граничные условия каждого слоя были оставлены без изменения. Модель построена по данным распределения минерализации (сухого остатка) по площади и разрезу месторождения на базе программного обеспечения МТЗД. Обоснование геомиграционной модели проводилось путем решения обратных задач по воспроизведению фактической картины распределения величины минерализации по площади и разрезу месторождения в естественных условиях. Геомиграционная модель месторождения разрабатывалась с целью восстановления естественных гидрогеохимических условий месторождения относительно минерализации подземной воды. Показатель минерализации был выбран за основу исходя из его информативности. Анализируя качество подземных вод, установлено что, увеличение минерализации пропорционально росту жесткости. В большинстве случаев при минерализации воды до 1 г/л значения жесткости не превышают 7-10 мг-экв/л.

Создание геомиграционной модели основано на выделении зон с различной минерализацией по площади и глубине внутри зон с однородными фильтрационными параметрами. Границы распространения этих зон определены по результатам корреляции геоэлектрических показателей водоносных горизонтов и минерализации.

В результате схематизации гидрохимических условий пойменной части Среднеахтубинского участка, минерализация второго и третьего пластов (представляют целевой водоносный горизонт) по глубине постоянна. Она меняется по площади от 0,3 до 0,8 г/л, местами увеличиваясь до 1,3 г/л. На хвалынской террасе в границах модели Среднеахтубинского участка минерализация по пластам и по глубине распределена равномерно и изменяется по площади от 1,2 до 2,0 г/л.

На Ленинском участке минерализация подземных вод во втором и третьем пластах модели (основной ВГ) значительно изменяется как по площади, так и по глубине. Во втором пласте в пойменной части минерализация воды меняется от 0,4-0,7 г/л (скв 6п, 7п в интервале 8 – 13м) и 0,8-0,9 г/л (поисковые скважины 9п, 10п) до 1,5 г/л и выше; в третьем пласте значения минерализации колеблются от 1,5 до 2,8 г/л. На хвалынской террасе минерализация подземных вод изменяется по площади от 1,1 до 2,0 г/л.

Апшеронские отложения содержат солоноватые подземные воды с минерализацией от 2 до 6 г/л, возрастающей с глубиной. Скважиной №1п в интервале глубин от 40,3 до 44,7 м вскрыты подземные воды в апшеронских песках с минерализацией 6,6 г/л, в связи с чем в пласте 5 на Среднеахтубинском участке выделена соответствующая зона.

Таким образом, на геомиграционной модели по моделируемым пластам заданы следующие начальные концентрации

пласт 1 задан на обоих участках одинаковым область развития среднечетвертичного-современного водоносного горизонта М=0,5 г/л; область развития относительно водоносного нижнехвалынского горизонта М=1,5 г/л;

пласт 2область развития среднечетвертичного-современного водоносного горизонта на Среднеахтубинском участке М=0,8 г/л; на Ленинском участке М=0,5 г/л;

- область развития нижнехазарского водоносного горизонта М=1,5 г/л;

пласт 3 область развития среднечетвертичного-современного водоносного горизонта на Среднеахтубинском участке М=0,8 г/л; на Ленинском участке М=1,5 г/л;

- область развития нижнехазарского водоносного горизонта на Среднеахтубинском участке М=1,5 г/л; на Ленинском участке М=2,0 г/л;

пласт 4 область развития апшеронского водоносного горизонта М=2,0 г/л;

пласт 5 область развития апшеронского водоносного горизонта М=6,0 г/л.

На Среднеахтубинском участке выделена площадь распространения пресных подземных вод в среднечетвертичном-современном водоносном горизонте практически по всей пойме р. Ахтубы (рис. 2). При этом выделены отдельно площади с минерализацией 500 мг/л и 800 мг/л. В апшеронских песках выделена зона распространения подземных вод с минерализацией 2000 мг/л и 6000 мг/л.

statia-14-ris-2

На Ленинском участке выделены две небольшие площади пресных подземных вод с минерализацией 500 мг/л и 900 мг/л в первых двух пластах до глубины 12-23 м (рис. 2). При этом первый пласт в условиях, заданных на модели, практически осушен, поэтому мощность отложений, содержащих пресные подземные воды, в этом случае составит от 12 до 15 м.

Граничное условие по реке на участках с постоянной минерализацией (С=const) задавалось по фактическим данным гидрогеохимического опробования - минерализацией воды в реке Ахтуба 300 мг/л.

Минерализация воды, поступающей за счет инфильтрационного питания, схематизировалась в геомиграционной модели в соответствии со значениями минерализации подземных вод пласта 1: от 400 мг/л до 1500 мг/л.

Геомиграционная модель, обоснованная с учетом результатов геофизических исследований, позволила выполнить оценку запасов с прогнозом качества подземных вод.

 

Список использованной литературы.  

 

  1. Методические рекомендации по применению комплекса геофизических методов при гидрогеологических и геоэкологических исследованиях на акваториях. М. ГИДЭК, 2002