С увеличением водонасыщенности горных пород увеличивается их электропроводность
и скорости распространения упругих волн, меняются электрохимическая
активность и поляризуемость, поэтому методы электроразведки и сейсморазведки
давно используются при поисках и разведке подземных вод (см. 1.4).
Основными задачами геофизических методов при поисках, предварительной
и детальной разведке месторождений подземных вод являются (Методы
геофизики..., 1985):
- на стадии поисков - литологическое картирование в плане и по глубине с выделением водовмещающих рыхлых или трещиноватых и закарстованных скальных пород, изучение грунтовых, пластовых и трещинных подземных вод, оценка геофильтрационной и гидрохимической обстановки;
- на стадии предварительной разведки - изучение литологического строения, выделение зон повышенной обводненности по значениям коэффициентов фильтрации и водопроводимости, определение глубин залегания и мощностей водоносных и водоупорных горизонтов, выявление " гидрогеологических окон " в локальных водоупорах, обеспечивающих связь разных водоносных горизонтов, гидрогеохимическое картирование зон с разной минерализацией подземных вод;
- на стадии детальной разведки - детализация и проверка данных предварительной разведки бурением скважин, определение эксплуатационных запасов подземных вод разной минерализации путем анализа всех полевых материалов и данных скважинных, в том числе режимных, геофизических наблюдений.
Основными методами поисков и предварительной разведки месторождений
пресных, пластовых и грунтовых подземных вод являются вертикальные
электрические зондирования (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП) и сейсморазведка методом
преломленных волн (МПВ), а при изучении глубоких артезианских бассейнов
- сейсморазведка методом отраженных волн (МОВ) и электроразведка
(ДЗ, ЗСБ, МТЗ). Трещиноватые обводненные зоны выявляют с помощью
методов электромагнитного профилирования. Детализацию выявленных
зон с трещинно-карстовыми водами осуществляют методами кругового
профилирования (КЭП) и кругового вертикального зондирования (КВЗ).
Сеть наблюдений зависит от масштаба съемок и сложности гидрогеофизических
условий. Расстояние между точками наблюдения должно составлять около
1 см в масштабе результирующих разрезов и карт. Очень ответственным
является этап физической интерпретации материалов, который обычно
проводят с использованием ЭВМ. Геолого-гидрогеологическое истолкование
геофизических данных осуществляется на основе вероятностно-статистических
связей между геофизическими параметрами и геофильтрационными свойствами
в массиве горных пород, определяемыми по данным опытно-фильтрационных
работ и геофизических исследований в скважинах.
Крупные месторождения термальных вод приурочены к парогидротермальным системам и резервуарам
с термальной водой ( " тепловым котлам " ), которые характеризуются
следующими особенностями:
- повышенными значениями теплопроводности, температуры, геотермических градиентов и тепловых потоков, что вызывает появление аномалий при геотермических исследованиях;
- пониженными электрическими сопротивлениями, что приводит к появлению минимумов на кривых электромагнитных зондирований;
- возрастанием термоэлектрических электрокинетических потенциалов, сопровождающимся максимумами потенциалов естественных электрических полей;
- обогащением разреза сульфидными минералами, вызывающими аномалии вызванной поляризации;
- низкими скоростями распространения упругих волн и их затуханий;
- понижениями плотности и магнитной восприимчивости, т.е. слабыми отрицательными гравимагнитными аномалиями.
В зависимости от природных физико-геологических условий осуществляют
мелко-, средне-, крупномасштабные геофизические съемки с увеличенной
густотой сети над резервуарами термальных вод. Основными методами
поисков термальных вод являются аэрогеофизические (в том числе инфракрасные)
съемки; шпуровая и скважинная терморазведка; электромагнитные зондирования
(ЗСБ, ВЭЗ-ВП или МТЗ) и методы профилирования (ЕП, ВП); сейсморазведка
МПВ и МОВ; гравимагнитные съемки. Среди скважинных ведущими методами
являются термические, вспомогательными - электрические.
Поиски и разведка
минеральных вод, пригодных для лечебных целей или являющихся источником
химического сырья, - достаточно специфическая задача. Поиски таких
месторождений имеют сходство с поисками месторождений пресных вод,
а разведку проводят бурением скважин и проведением в них геофизических
исследований. Среди методов ГИС основными являются резистивиметрия,
электрические и ядерные. Ниже рассмотрены способы определения минерализации
подземных вод по их удельному электрическому сопротивлению (5.2.8).
Важным этапом разведки грунтовых, пластовых и трещинно-карстовых
вод является оценка их запасов, расходов, динамики. На этом этапе
исследований весьма перспективны скважинные электрические методы,
с помощью которых проводят литологическое расчленение разрезов и
определяют такие динамические характеристики потока, как скорость
фильтрации (или коэффициент фильтрации) и действительная скорость.
Одним из давно применяющихся способов определения действительной
скорости подземного потока по одиночной скважине является метод заряженного
тела (МЗТ). На рис. 5.1 приведен пример определения действительной
скорости подземных вод (  ) этим методом, сводящимся к изучению
эквипотенциальных линий электрического поля от помещенного в засоленную
скважину источника постоянного тока на разных временах после добавления
поваренной соли в поток подземных вод.
 | Рис. 5.1. Пример определения направления и скорости движения подземных вод методом заряженного тела: а - план эквипотенциальных линий, б - график смещения эквипотенциальных линий, в - график скоростей,  - максимальное смещение изолиний за время  после засолки |
Для оценки вертикальной фильтрационной неоднородности водоносного
пласта и послойного определения коэффициентов фильтрации разрезов
с ненапорными подземными водами используют резистивиметрические наблюдения
в скважинах с искусственно засоленным подземным потоком. При этом
с помощью резистивиметра периодически измеряют удельное сопротивление
предварительно засоленной поваренной солью воды в стволе скважины.
По сопротивлениям до засоления  и после
засоления  и  ,
определенным через время  и  после засолки, можно оценить скорость фильтрации по формуле
где  - диаметр скважины.
На рис. 5.2 приведены результаты скважинных наблюдений на одном
из участков Северо-Уральских бокситовых рудников (СУБР). В практике
совместных гидрогеологических исследований динамики подземных вод
широко используются определения водных и фильтрационных свойств по
удельному электрическому сопротивлению слоев толщ горных пород (см.
5.2.8).
 | | Рис. 5.2. Результаты скважинных геофизических исследований на одном из участков СУБР: 1 - график кажущихся сопротивлений по данным каротажа КС; 2 - кривые резистивиметрических наблюдений; 3 - зона активной циркуляции подземных вод; 4 - границы слоев |
При изучении обводненности горных выработок в ходе разработки месторождений
твердых полезных ископаемых наиболее важной практической задачей
является выявление обводненных зон для бурения водопонизительных
скважин и проектирования других осушительных мероприятий. Особенно
значительна обводненность месторождений, сложенных песчано-глинистыми
или неравномерно закарстованными и трещиноватыми карбонатными породами.
Обводненные зоны здесь носят локальный, незакономерный характер и
приурочены к увеличениям в разрезе содержания толщ песчаных коллекторов
или карстовых водонасыщенных полостей и трещиноватых зон.
Основными полевыми методами изучения обводненности горных выработок
являются ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, МПВ, а также электромагнитные профилирования
(ЭП, ЕП). Методика полевых работ сводится к площадным съемкам с густотой
сети наблюдений (100-500) \times (100-500) м. Глубинность разведки
должна превышать проектируемые глубины выработок.
Мелиоративные работы, гарантирующие устойчивость сельскохозяйственного
производства, требуют постановки научно обоснованных гидромелиоративных
изысканий как на стадии проектирования и строительства различных
водохозяйственных сооружений, так и особенно в процессе их эксплуатации
для контроля качества осушения или обводнения земель.
В результате гидромелиоративных изысканий на объектах водохозяйственного
строительства необходимо дать оценку условий заложения и работы дренажных
и оросительных систем, а также водообмена через зону аэрации. При
этом должны быть решены следующие задачи:
- определена литологическая характеристика верхней (5-10 м) толщи пород и проведено почвенное картирование;
- выявлены глубины залегания уровня грунтовых вод, регионального водоупора, мощности и взаимосвязь различных водоносных горизонтов между собой и с поверхностными потоками;
- изучены физико-механические и водные свойства горных пород зоны аэрации и полного водонасыщения, т.е. определены коэффициенты пористости, влажности, проницаемости, фильтрации, водопроводимости, а также минерализация и динамика вод, засоленность и заболоченность почв.
Решение этих задач только методами почвенных, гидрогеологических
и инженерно-геологических исследований (проходка скважин, шурфов
и наблюдения в них) трудоемко, дорого и носит точечный характер.
При использовании геофизических методов можно не только получить
информацию о разрезе, но и повысить ценность точечных гидрогеологических
обследований, так как водно-физические свойства, определенные в параметрических
(опорных) точках, легко увязать с площадными электрическими, экстраполировав
их на всю изучаемую площадь. При этом необходимы дешевые, ускоренные
геофизические съемки, которые проводят следующими методами:
- среднемасштабными дистанционными электромагнитными исследованиями - инфракрасной (радиотепловой) съемкой с помощью тепловизоров и высокочастотной радиотелеметрией, активной радиолокацией с помощью радиолокаторов миллиметрового и сантиметрового диапазона волн;
- крупномасштабными электромагнитными профилированиями (СДВР, ДИП (ДЭМП), ЭП, ЕП, ВП) и зондированиями (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, РВЗ);
- скважинными наблюдениями электрическими, нейтронными, термическими методами.
Методика и принципы обработки данных геофизических методов, гидромелиоративных
и почвенных исследований такие же, как и при рассмотренных выше гидрогеологических
исследованиях. Особенно перспективны повторные измерения для контроля
водного, солевого и температурного режимов мелиорируемых земель,
которые можно выполнять с помощью дистанционных аэрокосмических,
радиотепловой и радиотелеметрической съемок.
Назад| Вперед
|
