Бурение скважин в Киеве и Киевской области      
Тел.: 093 597 31 10
От 140 грн/м. !

формування водоємнісних властивостей

2.2. Сучасні погляди на формування водоємнісних властивостей порід

 

Нагадаємо, що в межах самостійних гідрогеологічних структур повинна зберігатись єдність гідрогеологічних умов, яка проявляється в однорідності форм водовміщуючих порожнин, єдності морфології тіл скупчення підземних вод, або у закономірній зміні ємнісних і фільтраційних властивостей порід. Остання обумовлюється однотипними літогенними, ендогенними та екзогенними процесами. Регіонально обводнена гідрогеологічна ємність є басейном артезіанських свердловин. Відображенням, тобто проекцією на поверхні землі басейнів різного рангу можна вважати гідрогеологічні провінції, області, підокруга, райони і т.ін. [110].

Гірські породи мають різні водоємнісні властивості, причому відмінності спостерігаються як у вертикальному розрізі, так і в регіональному плані, узгоджуючись із структурно-геологічною будовою земної кори. Під водоємнісними або ємнісними властивостями порід розуміють їх здатність вміщувати, приймати і віддавати вільні підземні води. Природні ємнісні властивості порід забезпечуються пористістю і тріщинуватістю, що в сумі визначає їх шпаруватість, або сукупність об’ємів усіх пустот син- і епігенетичного походження. Сингенетичними пустотами є власне пори – міжзернові пустоти в осадових породах і каверни – пустоти, що утворюються при застиганні лави, насиченої газовими компонентами.

Епігенетичні або вторинні пустоти – це тріщини різного генезису: мікротріщини, що утворюються в процесі літогенезу осадових порід, макротріщини ендогенного й екзогенного походження та мікротріщини застигання ефузивних порід; вторинними є також пустоти різного розміру і форми, пов’язані з розчиненням карбонатних і галогенних осадових порід (карстові порожнини, канали, печери, каверни, тріщини, артезіанська свердловина).

Таким чином, водопроникність порід обумовлена генезисом, складом порід і ступенем їх екзогенних та ендогенних перетворень. Залежно від характеру пустот виділяється чотири основних типи водопроникності: поровий, карстовий, каверновий і тріщинний (табл. 2.1) [67,80].

Фільтраційні властивості порід визначаються швидкістю фільтрації підземних вод і є основною гідродинамічною характеристикою, які складають гідрогеологічні структури, які використовуються для буріння артезіанська свердловина. Під геологічним тілом розуміють деякий об’єм генетично однорідних порід, в якому зберігається неперервність тих параметрів на основі яких виділені межі цього тіла. Фільтраційні властивості змінюються залежно від складу порід і властивого їм типу водопроникності як у розрізі, так і за площею артезіанська свердловина.

 

Таблиця 2.1. - Типізація геологічних тіл за проникністю*

 

Перева-жаючий тип проник-ності (пустот-ності)

Генезис і форма пустотності

Процеси епігенетичного формування пустот

Геологічні формації

Син-генетичний

Епігенетичний

1

2

3

4

5

Поровий

 

 

 

 

Карсто-вий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Каверно-вий

Пори

 

 

 

 

Пори або відсут-ність пустот

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Каверни, пори, трі-щини (пер-винні)

Пори + мікро-тріщини (розмір < 1 мм).

 

 

Тріщини (розмір >1мм) + каверни + печери.

 

 

Пори + тріщини або відсутність пустот.

Тріщини + каверни + мікротріщини або відсутність пустот.

 

Перехід каверн у тріщини.

 

 

Ендогенні, діагенез, ранній катагенез.

 

 

 

Екзогенно-ендо-генні (сучасні й давні). Розчинення, вилуговування, розшарування.

Ендогенні, діагенез, ранній катагенез.

 

Катагенез у поєднанні з тек-тонічними про-цесами (літо-генетичне роз-шарування).

Катагенез.

 

Осадових нелітифіко-ваних, слабо- і середньолітифікованих (теригенних, частково органогенних порід).

Осадових різного ступеню літифікації (карбонатних і суль-фатно-галогенних) порід.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Молодих вулканогенних порід.

 

Тріщин-ний

Тріщини (первинні пори)

Тріщини + мікротріщини.

Екзогенні, ендо-генні – катагенез в поєднанні з тектонічними процесами (роз-сланцювання, розшарування), прогресивний і регіональний метаморфізм.

Осадових і осадово-вулканогенних сильнолітифікованих; метаморфічних, магматичних порід.

 

*  Можуть бути однотипні й різнотипні.

Для порівняльної кількісної характеристики цих властивостей
Л.А. Островським [67,78] розроблена шкала водопроникності порід, градуйована величиною коефіцієнта фільтрації (у м/добу), наведена нижче:

 

Проникні                                                              ≥ 1,0

Слабопроникні                                               0,0001  – 1,0

в тому числі: помірно слабопроникні         0,01  – 1,0

дуже слабопроникні                                      0,0001 – 0,01

Непроникні                                                      < 0,0001

 

Можна сказати, що геологічне тіло виділяється безвідносно до того містить воно підземні води чи ні, а гідрогеологічна ємність являє собою геологічне тіло, що має водопроникність достатню для накопичення запасів підземних вод, достатніх для їх розробки й буріння артезіанської свердловини.

Гідрогеологічні ємності можуть складатися як власне із пластових, так і блокових тіл. При цьому блоки можуть бути складені слабо-, середньо- та сильнолітифікованими породами, що позначається на величині їх водопроникності. Окремі гідрогеологічні ємності являють собою кори екзогенного руйнування та покриви молодих ефузивів. Таким чином, різні гідрогеологічні ємності можуть складати геологічні тіла, які відрізняються одне від одного генезисом, морфологією, типами і величиною водопроникності. За поєднанням цих ознак виділяють сім типів гідрогеологічних ємностей [67,79] (табл. 2.2).

Як вже було зазначено, регіонально обводнена гідрогеологічна структура з переважанням того чи іншого типу водовміщуючих геологічних тіл або гідрогеологічних ємностей, оконтурена за гідродинамічною ознакою (по підземному вододілу), являє собою басейн підземних вод. Таким чином, типи гідрогеологічних ємностей є основою типізації басейнів підземних вод, які використовуються для буріння артезіанська свердловина, наведеної нижче (табл. 2.3).

 

Таблиця 2.2. - Типізація гідрогеологічних ємностей

 

Тип водо-вміщуючого гідрогеологіч-ного тіла (ємності)

Морфологія тіла

Умови та породи, що складають тіло (метаморфізм рослинних решток)

Водопроникність

Тип

Переважаюча величина

1

2

3

4

5

Пластовий

Пласт

Осадові середньо- і слаболітифіковані (торф, лігніт, буре вугілля); вулканогенно-осадові

Поровий – мікротріщин-ний, карстовий

Водопроникні, слабоводопроник-ні

Жильний

Лінійні зони роз-ломів

Зони подрібнення розривних дислокацій

Тріщинний

Те саме

Блоково-пластовий

Блок, об-межений лінійними зонами розломів

У блоці – осадові середньолітифіковані (буре вугілля)

У блоці – перший – мікро тріщинний, карстовий; у зоні подрібнення – тріщинний

У блоці – водо-проникні, сла-боводопроникні, у зоні розломів – водопроникні

Пластово-блоковий

Те саме

У блоці – осадові сильнолітифіко-вані (кам’яне вугілля) 

Мікротріщин-ний; тріщинний, карстовий

У блоці – помірно і дуже слабоводопро-никні, у зонах розломів–водо-проникні і сла-боводопроникні

Блоковий

Те саме

У блоці – осадові метаморфізовані (антрацит), мета-морфічні (графіт), магматичні

Тріщинний

У блоці – дуже слабоводопро-никні і водонепроникні

Покрово-потоковий

Лавові покриви, поля, потоки

Молоді ефузиви

Каверновий, тріщинний

Водопроникні, слабоводопроникні

Коровий

Плащо-видна ко-ра (обо-лонка) 

Кора вивітрю-вання осадових (середньо- і сильнолітифіко-ваних), метамор-фічних, магма-тичних порід

Тріщинний

Водопроникні, слабоводо-проникні

 

Таблиця 2.3. – Типізація басейнів підземних вод за характером гідрогеологічних ємностей. В дужках наведено відповідні типи гідрогеологічних структур та класи підземних вод за [49].

 

Типи басейнів підземних вод

Типи гідрогеологічних ємностей

(типи та класи вод за накопиченням)

Басейн пластових вод (артезіанський басейн або водонапірний басейн)

Пластова (порові, тріщинно-порові, тріщинні, тріщинно-карстові класи пластових вод)

Басейн блоково-пластових вод (верхній поверх адартезіанського басейну або нижня частина артезіанського басейну)

Блоково-пластова (порово-тріщинні, тріщинні, тріщинно-карстові і класи локально-тріщинних (жильних) та  карстово-жильних вод

Басейн пластово-блокових вод (адартезіанський басейн або гідрогеологічні адмасиви та інтермасиви)

Пластово-блокова (тріщинні води пластового типу та тріщинно-жильного типу)

Басейн корово-блокових вод

(гідрогеологічні масиви щитів, кряжів)

Блокова, жильна і корова (переважно регіонально-тріщинні води зони вивітрювання та локально-тріщинні води)

Басейн жильно-блокових вод (гідрогеологічні масиви складчастих областей, фундаментів платформ)

Жильна і блокова (класи тріщинно-жильних вод крім вод зони вивітрювання)

Басейн покровопотокових вод (вулканогенний басейн)

Покровопотокова (лавові і тріщинно-жильні)

 

Різні типи гідрогеологічних ємностей і басейнів підземних вод є елементами типологічного районування, яке використовується для визначення точних місць буріння артезіанських свердловин. При регіональному гідрогеологічному районуванні, яке відображає реально існуючі в природі басейни, дослідники стикаються з тим, що басейни з гідрогеологічними ємностями одного типу зустрічаються рідко (в основному це басейни пластових вод). Переважна більшість гідрогеологічних структур являє собою природне поєднання різних типів басейнів і гідрогеологічних ємностей. Так у вертикальному розрізі гідрогеологічних артезіанських басейнів платформенних областей верхня частина представляє собою осадовий чохол, що звичайно відповідає пластовому або блоково-пластовому типу басейну, а нижня частина, тобто фундамент, – відповідає жильно-блоковому типу басейну. Так само і в басейнах покровопотокового типу, які звичайно накладаються на басейни, що відносяться до жильно-блокового або пластово-блокового типу. Тобто, розглядаючи артезіанський басейн, розробка якого доціальна для отримання якісної води з артезіанської свердловини, ми уявляємо, що він обов’язково складається з осадочного чохла та кристалічного фундаменту, а вулканогенний басейн – обов’язково з покровопотокового чохла та осадового чохла і/або фундаменту. При районуванні, звичайно зображують лише верхній тип басейну, що представляє найбільший інтерес з приводу формування та використання запасів доступних підземних вод для буріння артезіанська свердловина.

Щоб пояснити, чим обумовлена відмінність між геологічними тілами за водопроникністю а також закономірності їх розподілу по розрізу гідрогеологічних структур розглянемо етапи формування геологічних тіл.

Проникність гірських порід слід розглядати як складну функцію, яка залежить від таких чинників, як генезис порід, еволюція осадових порід, які використовуються для артезіанських свердловин,  у різних стадіях прогресивного літогенезу, регіональна метаморфізація порід у процесі складчастості й орогенезу, локальна метаморфізація при проявах вулканізму та тектонічних порушеннях, наступна дезінтеграція порід у зоні гіпергенезу й зонах розломів.

Первинні ємнісні властивості порід залежать від їх генезису. Проникність залежить від геометрії пористого або тріщинного середовища. Інтрузивні магматичні породи мають досить низьку первинну проникність саме у зв’язку із низькою природною пористістю: для основних різновидів інтрузивних порід вона складає 0,1 - 1 %, для кислих різновидів – 0,1 - 3 %. Палеотипові (змінені) ефузиви незалежно від їх складу мають пористість 1 – 10 %; ці самі значення характерні й для молодих кайнотипових ефузивів кислого й середнього складу (ліпарити й трахіти). Молоді неоген-четвертинні ефузиви основного складу, де чергуються застиглі потоки практично непроникних базальтів з прошарками свіжих пузирчастих лав, пемз і шлаків, відрізняються значною, але нерівномірною пористістю: від 1 до 60 %. Тут треба мати на увазі, що тріщини застигання й екзогенного руйнування надають базальтам проникності так само, як збільшують її в лавах, пемзі й шлаках. Пористість метаморфічних порід коливається від 0,1 до 5 %.

Уявлення про пористість порід осадового генезису, яка змінюється в досить широкому діапазоні від одиниць до 50 – 70 %, диктується процесами їх природної постгенетичної еволюції. Осадові гірські породи, виникаючи в результаті перетворення осадів, можуть існувати при певних значеннях тиску й температури. Їх пористість і проникність, так само як і інші фізичні властивості, у ході геологічного розвитку характеризують проміжну ланку в ряді свіжий осад – метаморфічна порода. Теорія еволюції осадових порід артезіанських свердловин у природно-історичному процесі постгенетичного розвитку, у ході прогресивного й регресивного літогенезу вивчена М.Б. Вассоєвичем (1962), М.М. Страховим (1962, 1963, 1970), Л.Б. Рухіним (1969) та ін. Згідно з цими теоріями, природна зміна осаду й породи при прогресивному ході літогенезу (при зануренні басейну) проходить декілька стадій: утворення осаду на дні водойми – сингенез; перетворення осаду в гірську породу – діагенез; перетворення породи на глибині під впливом зростання температури, тиску, зміни хімічного складу пластових підземних вод, у результаті взаємодії різних за складом суміжних пластів – катагенез. Остання стадія закінчується або початком метаморфізації порід, або стадією гіпергенезу при регресивному літогенезі (підйом басейну) [95,96]. За основний критерій стадійності цієї схеми та більш детального розчленування стадій катагенезу на етапи, як вже відмічалося, прийнятий ступінь вуглефікації або “метаморфізм” викопного вугілля.

Породи седиментаційного басейну, який занурюється, при збільшенні тиску й температури, зазнають незворотнього зменшення первинної пористості порід і міжзернової проникності. При цьому кожна стадія літогенезу характеризується певними значеннями середньої пористості. Згідно з теорією М.Б. Вассоєвича, за основний критерій для виділення етапів і стадій літогенезу можна прийняти ступінь вуглефікації або регіонального метаморфізму викопних рослинних решток. Тобто, у вертикальному розрізі синклінальних гідрогеологічних структур, складених нормальними осадовими породами, як правило, спостерігається закономірне зменшення водопроникності артезіанська свердловина зверху вниз.

Проте прямий хід еволюційного зменшення водопроникності може порушуватись і давати інверсію: у деяких випадках у басейнах платформ на глибинах більше 2 000 м при проходженні породою середнього й пізнього етапів катагенезу може через різні причини відбутися формування вторинної пористості. За сучасними уявленнями регіональна мікротріщинуватість з’являється на пізній стадії діагенезу й прогресує при подальшій літифікації порід; за своїм значенням вона сильно поступається тріщинуватості порід, пов’язаній з тектонікою. Різнонаправлені й різновеликі за силою тектонічні напруги, прикладені до літифікованих порід, приводять до подрібнення їх на блоки, обмежені розломами, які супроводжуються зонами підвищеної тріщинуватості. Площини розломів мають горизонтальне, похиле, субвертикальне і вертикальне простягання. По цих площинах відбувається зміщення блоків один відносно одного. Блокова будова властива не тільки орогенам і щитам, але й нижній частині осадового чохла платформ [103,106]. Гідрогеологічні зйомки останніх років надають безперечні докази блокової структури осадового чохла платформ, які активно використовуються для буріння артезіанська свердловина. Питання про характер зміни тріщинуватості в просторі досить складне; найбільш вірогідно, що на регіональну літогенетичну мікротріщинуватість на пізніх стадіях катагенезу під впливом тектонічних сил накладаються мікро- і макротріщинуватість, які мають нерівномірне поширення.

При підйомі басейну гірські породи в процесі регресивного літогенезу зазнають впливу екзогенних чинників. У платформенних умовах і умовах міжгірних западин слаболітифіковані породи осадового чохла зазнають утворення кір розтріскування, карстоутворення та ін.; екзогенні процеси тут можуть збільшувати й зменшувати природні фільтраційні властивості порід. В умовах орогенів і щитів з поверхні сильнолітифікованих, осадових, метаморфічних і вулканогенних порід утворюється кора вивітрювання або зона екзогенного руйнування порід – зона регіональної, хоча й нерівномірної тріщинуватості, а при відповідному складі порід, – і закарстованості. Ця частина розрізу відрізняється підвищеними водоємнісними властивостями, присутністю запасів якісних вод для артезіанська свердловина. Питання карстоутворення в карбонатних і галогенних породах, у яких під впливом екзогенних факторів утворюються порожнини, канали, печери та інші пустоти, багаторазово описані в літературі [19,45,74,76,111].

Таким чином, основою для виявлення та пояснення регіональних закономірностей поширення і формування підземних вод, різних видів гідрогеологічних ємностей, структур і басейнів підземних вод є теорія еволюції осадових порід (для вод осадового чохла) та сучасні теорії геотектоніки з комплексом мобілістських концепцій, а також результати буріння надглибоких артезіанських свердловин (для глибинних вод фундаменту) [87, 83].

Представлена типізація гідрогеологічних ємностей найбільш комплексно характеризує водовміщуюче середовище гідрогеологічних структур різних типів і надає можливість для подальших уточнень або узагальнень. В той же час вона поки що рідко використовується в гідрогеологічній практиці. Надалі в тексті здебільшого використовуються загальноприйняті назви типів та класів підземних вод для буріння артезіанська свердловина [49], що в основному зводяться до понять: порово-пластові, тріщинно-пластові, тріщинно-карстові (все пластові води), регіонально тріщинні або локальні тріщинно-жильні і карстово-жильні води (відносяться то типу тріщинно-жильних вод). Гідрогеологічні райони в межах структур України надалі виділятимуться на основі районувань, що набули найбільш широкого застосування на практиці, тобто районувань виконаних Ф.А. Руденком (1970-1972) [16] та В.М. Шестопаловим (1989) [110].

 

Версия для печати
Все права защищены. Полное или частичное копирование материалов запрещено, при согласованном использовании материалов необходима ссылка на ресурс. 
ВебСтолица.РУ: создай свой бесплатный сайт!  | Пожаловаться  
Движок: Amiro CMS