Астронет > Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2

Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2
http://variable-stars.ru/db/msg/1173324/page22.html

Геофизические методы исследования земной коры

5.2.2. Поиски и разведка пресных подземных вод.

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.

5.2.3.Поиски и разведка термальных вод.

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.

5.2.4. Поиски и разведка минеральных вод.

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).

5.2.5. Изучение динамики подземных вод и водных свойств толщ горных пород.

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 ( $V$ ) 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, $\Delta R'$ - максимальное смещение изолиний за время $\Delta t'$ 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 $\rho _{ 0}$ и после засоления $\rho _{ 1}$ и $\rho _{ 2}$ , определенным через время $t _{ 1}$ и $t _{ 2}$ после засолки, можно оценить скорость фильтрации по формуле

$v_{ф} \approx \frac{2d}{(t_{1} -t_{2} )} \cdot \lg \frac{\rho_{2} (\rho_{0} -\rho_{1} )}{\rho_{1} (\rho_{0} -\rho_{2} )},$

где $d$ - 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

5.2.6. Изучение условий обводненности горных выработок.

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.

5.2.7. Гидромелиоративные и почвенно-мелиоративные исследования.

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