logo1-color

Опыт выявления таликов в криолитозоне полуострова Ямал

В связи с дальнейшим интенсивным освоением п-ова Ямал возникает необходимость решения вопросов устойчивого водоснабжения существующих и планируемых к строительству населенных пунктов, объектов добычи и переработки углеводородов, их инфраструктуры. До недавнего времени возможность использования для этого подземных вод оценивалась как малоперспективная в силу исторически сложившихся представлений об ограниченности их ресурсов. Опыт гидрогеологических исследований последних лет на п-ове Ямал позволяет изменить эти представления и рассматривать подземные воды как наиболее благоприятный источник для организации питьевого водоснабжения.

Ключевые слова: п-ов Ямал, многолетнемерзлые горные породы, таликовая водоносная зона, пресные подземные воды.

В ближайшие десятилетия территорию Заполярья в северной части Ямало-Ненецкого автономного округа ждет новый этап освоения, связанный с ее промышленным развитием. Здесь реализуются крупные проекты по обустройству значимых в регионе газовых месторождений (Бованенковское, Южно-Тамбейское и др.), строится крупнейший в мире завод по производству сжиженного природного газа (проект «Ямал-СПГ» в районе п. Сабетта). Масштабное освоение ресурсов углеводородного сырья в арктической части России требует развития транспортной системы. Ее стержень, так называемый Арктический путь — железная дорога от станции Обская у г. Салехард через Бованенково к п. Сабетта на восточном побережье полуострова. Сюда придет и автомагистраль, соединив со столицей округа национальные поселки восточного побережья полуострова (Яр-Сале, Новый Порт, Мыс Каменный и др.). Очевидно, что успешная реализация этих проектов невозможна без создания сопутствующей социальной инфраструктуры, в составе которой особо следует акцентировать внимание на вопросах устойчивого водообеспечения.

При выборе источника водоснабжения предпочтение всегда отдается подземным водам, обеспечивающим, в конечном итоге, надежное и устойчивое водоснабжение. Однако для большинства потребителей заполярной части ЯНАО питьевое водоснабжение организовано за счет поверхностных вод и, зачастую, по временным схемам. Это обусловлено как слабой гидрогеологической изученностью территории, так и отсутствием опыта проведения целенаправленных поисков подземных вод, что в совокупности сформировало широко распространенное мнение об отсутствии здесь перспективных гидрогеологических объектов, способных обеспечить водоотдачу даже в первые десятки м3/сут. Однако опыт гидрогеологических работ последних лет требует его пересмотра. Так, начиная с 2008 г., по инициативе Ямалнедра организованы, а ЗАО «ГИДЭК» выполнены и продолжаются в настоящее время работы по поиску подземных вод для населенных пунктов Мыс Каменный и Яр-Сале. Здесь же следует указать и аналогичные работы для п. Тазовский, расположенного вдали от полуострова, но находящегося в аналогичных природных и геолого-гидрогеологических условиях. Полагаем, что полученный в ходе выполнения этих исследований опыт и достигнутые результаты по выявлению таликовых зон будут весьма полезными при постановке и проведении поисков воды в ямальском Заполярье.

В условиях широкого площадного развития на территории Заполярного региона в целом и п-ове Ямал в частности толщи многолетнемерзлых пород (с поверхности и до глубин 200 — 300 м и более), перспективные потенциально-водонесущие элементы с пресными подземными водами могут быть обнаружены только в приповерхностной части разреза и только на участках, где проявляется отепляющее воздействие поверхностных вод. Такие таликовые зоны здесь, в высоких северных широтах, имеют локальный характер в плане и разрезе даже вблизи крупных водотоков (Обский эстуарий, р. Таз) с причудливой геометрией талых водоносных пород. По степени сложности гидрогеологических условий такие объекты по классификации запасов относятся к III группе.

Практика проведения поисков воды показала, что выявление таликовых зон практически невозможно без опережающего геофизического изучения территории комплексом методов, обеспечивающих однозначную интерпретацию пород разреза. Причем, в первую очередь, выявление потенциально-перспективных участков производится по признаку «мерзлые-талые», и только потом они дифференцируются по значениям геофизических параметров, характеризующих литологию и водопроницаемость пород. По существу, именно опережающие геофизические работы практически сразу дают информацию о перспективности территории поисков на выявление таликовых зон.

В качестве примера приведем опыт и результаты выявления перспективной таликовой водоносной зоны с целью организации питьевого водоснабжения населения п. Яр-Сале (67° с.ш., 71° в.д.). Перед гидрогеологическими изысканиями стояла задача по выявлению и оценке запасов питьевой воды в количестве 1.2 тыс. м3/сут для населения 7 тыс. человек. Площадь поисков охватывала долину р. Мал. Юмба в непосредственной близости от водопотребителя (транспортировка воды от удаленного источника водоснабжения (более 3 км ) для условий Заполярья несет значительные риски).

На стадии постановки работ в качестве перспективного участка по совокупности природных признаков и опыту работ [1, 2] определена прирусловая часть реки, где реализован комплекс геофизических, буровых и гидрогеологических работ в следующей методической последовательности (рис. 1).

statia-13-ris-1

На первом этапе проведены наземные геофизические исследования методом ВЭЗ и ЗСБ-ММП по серии продольных и поперечных профилей по левобережью долины в полосе шириной 100–200 м и протяженностью около 2 км. Комплекс геофизических исследований был распространен и на акваторию реки, где по ее дну проведены электроразведочные работы ВЭЗ.

В разрезе четвертичных песчано-глинистых отложений среднечетвертичного возраста от поверхности и до глубины 30–40 м предварительно выделен талый горизонт с удельным электросопротивлением (УЭС) 50–90 Ом•м, перспективный для решения целевой задачи. Его гео метрические размеры в плане ограничивались в сторону берега от меженного уреза воды расстоянием 25–35 м.

При этом продолжал существовать элемент неопределенности в интерпретации полученных данных и суждении о характере перспективной таликовой зоны, обусловленный, с одной стороны, принадлежностью зафиксированного диапазона значений УЭС как к талым пескам с ультрапресными водами, так и к мерзлым глинам. Кроме того, нельзя было исключать и вероятность обнаружения в разрезе засоленных многолетнемерзлых пород, как это было обнаружено при ведении работ в районе п. Мыс Каменный.

Для повышения степени изученности гидрогеологического разреза и однозначной интерпретации геофизических данных в комплекс работ были включены исследования методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), который позволяет определить распределение относительных объемов подземных вод по глубине на точечной модели. Соответственно в рамках задач по выявлению и картированию таликов результаты его применения позволяют с более высокой степенью достоверности расчленять гидрогеологический разрез по принципу «мерзлые-талые» водонесущие интервалы. Для проведения измерений применяется ЯМР-томограф «Гидроскоп». Относительное содержание воды в порах песчано-глинистых горных пород определяется посредством измерения ядерной релаксации в земном магнитном поле. Возбуждение и прием сигнала ЯМР производится с помощью антенны в форме круга или восьмерки (для уменьшения влияния внешних электромагнитных помех) размерами порядка 100 м, расположенной на поверхности земли. Ограничением для применения метода ЯМР-зондирования является производство работ вблизи линий электропередач или источников тока, создающих существенное искажение результатов, а порой исключающих выполнение измерений.

В рамках исследований методом поверхностного ЯМР-зондирования в земном магнитном поле использовалась антенна в виде окружности диаметром 100 м. Расположение точек наблюдений профильное, вдоль русла реки, с шагом в среднем 100 м. В каждой точке измерений получен график распределения процентного (по отношению к объему горной породы) содержания воды в поровом пространстве (рис. 2). Результаты проведенных исследований подтвердили наличие таликовой зоны, предварительно выявленной и оконтуренной наземными и акваториальными методами, однозначно указали на наличие в гидрогеологическом разрезе талого интервала мощностью до 20–25 м на глубине около 10–15 м. Для заверки результатов наземных геофизических исследований и непосредственного картирования таликовой зоны проведено бурение картировочных и поисковых скважин (рис. 1).

statia-13-ris-2

Результаты наземной геофизики практически полностью были подтверждены бурением, что иллюстрируется сводным геолого-геофизическим разрезом территории поисков (табл. 1, рис. 3, 4). Вместе с тем следует отметить, что бурением было установлено наличие в изученном разрезе двух водоносных горизонтов, приуроченных к каргинским и казымским отложениям соответственно. Выявленный только бурением нижний казымский водоносный горизонт, как показало последующее поисковое бурение, содержит соленую воду и по данным электроразведки отождествляется с глинами. Правда, остался не исследованным вопрос об отсутствии предпосылок к его выделению на диаграммах ЯМР. Изучение гидрогеологических условий вскрытого разреза проведено бурением трех поисковых скважин, расположенных на двух площадках по долине реки. Полученные данные опробования приведены в табл. 2.

statia-13-ris-3

statia-13-ris-4

statia-13-tabl-1

statia-13-tabl-2

Первой была пробурена и освоена скв. 1/1п на казанцевский горизонт (рис. 3). Водоотдача каптированного интервала оказалась относительно высокой, но через скважину выведена солоноватая вода (минерализация 7,8 г/л), хлоридная магниево-натриевая по составу. Содержания, мг/л: Fe — 13; Mn — 0,7; Br — 19; B — 0,9. Подземная вода не соответствует питьевым нормам, дальнейшее гидрогеологическое изучение этого горизонта не проводилось.

Последующее поисковое бурение было направлено на опробование верхнего каргинского водоносного горизонта. На участке левобережья р. Мал. Юмба в прирусловой зоне было пройдено две поисковые скв. 1/2п и 2/1п с расстоянием между ними около 600 м (рис. 3, 4). Скв. 2/1п пространственно совпадает с площадкой измерения ЯМР, результаты которых были отражены на рис. 2. Одна из них показала относительно невысокую водоотдачу, вторая — существенную для данных условий. Разница в абсолютной и удельной водоотдаче скважин, пройденных по одной и той же технологии и имеющих одинаковое конструктивное оформление водоприемной части (стекловолокнистый фильтр со скважностью 30 % и гравийной обсыпкой), объясняется геологической изменчивостью каптированного интервала в подошве казанцевских отложений. В скв. 1/2п он имел слои песков с диапазоном γ — 2–4 мкР/ч, ρ — 50–60 Ом•м, в скв. 2/1п — γ — 1,5–3,8 мкР/ч, ρ — 80– 100 Ом•м. Причем в скв. 2/1п суммарная мощность наиболее «чистых» слойков песков была выше, чем в скв. 1/2п. Вода пресная, с минерализацией около 0,1 г/л, гидрокарбонатная питьевая. Наблюдается относительно повышенное содержание Fe (до 8 мг/л) и Mn (до 0,6 мг/л).

Таким образом, по результатам гидрогеологических исследований, включающих комплекс специальных наземных геофизических исследований, картировочное и поисковое гидрогеологическое бурение, достоверно установлено наличие таликовой зоны с пресными подземными водами в прирусловой части р. Мал. Юмба при расположении ее на расстоянии до 0,6 км от водопотребителя.

При достигнутой степени изученности перспективы создания водозабора на заявленную потребность 1,2 тыс. м3/сут (14 л/с) оцениваются положительно.

Выполненный ориентировочный прогноз эксплуатации водозабора при жестких условиях расчета (отсутствие ежегодного восполнения в период половодья отобранных за зимний период объемов воды) показывает, что осушается менее половины мощности напорнобезна порного целевого коллектора. В результате поиски подземного источника питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения объекта в количестве до 1,2 тыс. м3/сут завершены с положительным результатом.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Боревский Б.В., Ершов Г.Е., Козак С.З., Палкин С.С. Опыт изучения таликовых зон в нижнем течении Оби и на полуострове Ямал / Подземные воды Востока России: матер. Всеросс. совещ. по подземным водам Востока России с междунар. участием (XIX совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока). — Тюмень, 2009.
  2. Палкин С.С., Боревский Б.В., Козак С.З., Ясеник В.М. Основные результаты выявления и изучения таликовых зон в заполярных широтах полуострова Ямал для питьевого водоснабжения (на примере прибрежной территории Обского эстуария у пос. Мыс Каменный) / Подземная гидросфера: матер. Всеросс. совещ. по подземным водам Востока России (XX совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока). — Иркутск, 2012.