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

Вступление бурение скважин

Вступ

 

Предмет і задачі навчальної дисципліни

 

Системне висвітлення гідрогеологічних умов територій великих країн, до яких відноситься Україна, звичайно починається з виділення окремих структурних одиниць (елементів), в межах яких спостерігається однорідність основних геолого-гідрогеологічних ознак. В регіональній гідрогеології такими одиницями виступають гідрогеологічні структури першого порядку. Подальше послідовне описання умов формування, поширення, живлення і розвантаження підземних вод виконується для кожної з цих структур окремо.

Гідрогеологічна структура – це частина земної кори, в межах якої підземні води пов’язані в єдину зональну гідродинамічну систему, закономірно розповсюджені і характеризуються спільними умовами формування та розміщення [49].

Для виділення найбільших структурних або територіальних фізико-географічних одиниць, так само як і для одиниць менших рангів, застосовують типізації за однією або певним набором класифікованих ознак. Тобто для об’єктів, що містять підземні води, при їх виділенні на картах, застосовують класифікації і типізації, а для самих підземних вод та гідрогеологічних умов – класифікації.

Для того, щоб виділити типізовані об’єкти в просторі та на макеті (карті) необхідно вивчити просторовий розподіл певних характеристик, параметрів чи показників підземних вод і порід, що їх вміщують. Саме на основі порівняння цих показників геологічного середовища, за рахунок їх мінливості, виділяють окремі підрозділи (структури, області, зони тощо). Зображення емпірично (дослідним шляхом) визначених параметрів на двомірних макетах називається картуванням, а виділення районів, для яких встановлено причини мінливості цих показників – районуванням. При гідрогеологічній типізації об’єктів та районуванні користуються такими одиницями як регіон, провінція, область, зона, район, підрайон тощо. Вивченням закономірностей просторового розподілу показників (в т.ч. параметрів) гідрогеологічного середовища на Земній кулі якраз і займається наука «регіональна гідрогеологія». Гідрогеологія України є лише її невеликим розділом.

Регіональна гідрогеологія порівняно молода галузь гідрогеології. Виникнення її пов’язано з інтересом людства до поширення та умов формування запасів підземних вод, які можуть задовольнити зростаючі потреби у питних, мінеральних, термальних та промислових водах. В умовах прогресуючого забруднення поверхневих джерел якісної питної води ця науково-практична галузь набуває все більшого значення. Вона виділилась в окремий напрямок з початком розвитку уяви про гідрогеологічні структури, як різновеликі елементи підземної гідросфери, що характеризуються специфікою геологічного розрізу, певними особливостями накопичення запасів та формування ресурсів підземних вод, які обумовлені історичним розвитком відповідної геологічної структури. Тобто предметом вивчення регіональної гідрогеології є підземні води і гідрогеологічні умови окремих гідрогеологічних природно-історичних районів (гідрогеологічних структур), континентів та Землі в цілому. Звичайно, характеристика гідрогеологічних умов є не єдиною задачею регіональної гідрогеології. Шляхом вивчення гідрогеологічних умов, закономірностей водообміну та формування ресурсів регіональна гідрогеологія вирішує головне прикладне завдання – регіональну оцінку природних і експлуатаційних ресурсів для планування перспектив використання підземних вод. Уяву про взаємозв’язки між різними структурами та їх складовими частинами, фізико-географічні, геологічні, тектонічні та інші умови формування ресурсів можна отримати завдяки районуванню.

З наведеного вище можна зробити висновок, що вивчення гідрогеологічних умов України виконувалось і виконується в кілька основних стадій, які так само виділяються при вивченні інших об’єктів регіональної гідрогеології:

1) збір фактичного матеріалу і районування – визначення порядку природних гідрогеологічних систем (таксонів) і їх загальної підпорядкованості, зв'язків, розміщення в геологічному просторі;

2) класифікація і типізація накопичень (родовищ) підземних вод за їх морфологією, розмірами, структурною організацією;

3) вивчення генезису підземних вод та історії їх формування;

4) виявлення регіональних закономірностей розповсюдження підземних вод та змін їх властивостей;

5) кількісна оцінка придатності підземних вод для використання з тієї чи іншою метою [49].

Звідси очевидно, що регіональні гідрогеологічні дослідження є базою для всіх галузей гідрогеології, а регіональні картографічні моделі – фоном для детальних спеціалізованих гідрогеологічних досліджень (пошук родовищ прісних, мінеральних, промислових вод, забезпечення зрошення, тощо) і організації раціонального використання підземних вод.

В наступних розділах для кожної з гідрогеологічних структур України надається характеристика їх індивідуальних гідрогеологічних ознак: водоносних горизонтів і комплексів, що їх складають, умов водообміну, хімічного складу і особливостей формування природних ресурсів підземних вод і т. ін.

За роки розвитку регіональної гідрогеології та споріднених з нею напрямків в науці і виробництві накопичено величезний об’єм інформації, сформовано декілька наукових шкіл із своїми поглядами, концепціями і відповідною термінологією. Неможливо розглянути весь обсяг сучасних знань в цій галузі в межах одного підручника. Тому ми спробували пояснити лише основні поняття, які найбільш часто використовуються в гідрогеологічній практиці. В ході вивчення «Гідрогеології України» студенти повинні набути вміння вільно користуватись наведеними нижче термінами, розуміючи їх значення. Також вони повинні навчитись складати повний опис (характеристику) водоносних горизонтів та комплексів, розпізнавати належність типових гідрогеологічних розрізів до тієї чи іншої структури (гідрогеологічного регіону) України, знати головні гідродинамічні, гідрохімічні закономірності та особливості окремих гідрогеологічних структур, вміти виділяти основні фактори та області живлення і розвантаження водоносних горизонтів і т. ін.

До початку розгляду індивідуальних гідрогеологічних характеристик структур України зупинимось на поясненні основних понять, типових ознак та складових елементів, властивих для всіх гідрогеологічних структур.

 

Основні гідрогеологічні терміни, поняття і типові ознаки гідрогеологічних структур

 

До типових континентальних гідрогеологічних структур першого порядку (гідрогеологічних областей, як надпорядкових таксонів при районуванні за [12]), із суттєво різними типами природних накопичень підземних вод, умовами їх поширення і формування, будемо відносити артезіанські області платформ; гідрогеологічні гірсько-складчасті області (до складу яких входять гідрогеологічні масиви, артезіанські басейни і вулканогенні басейни нижчих порядків) та гідрогеологічні масиви, як області відносно відкритого (або неглибокого) поширення порід кристалічного фундаменту континентальних платформ.

Характеристика водоносних горизонтів і комплексів кожної гідрогеологічної структури України, яка надається в наступних розділах, підпорядкована гідрогеологічній стратифікації, а особливості водообміну і формування хімічного складу підземних вод – загальним для структур даного типу закономірностям та індивідуальним ознакам, пов’язаним з особливостями історичного розвитку структури, тобто, головним чином, – з особливостями геологічного розрізу. Термін “стратифікація” означає розчленування об’єкту, який розглядається, на частини, розподіл по вертикалі всієї товщі на елементи з різними властивостями. Під гідрогеологічною стратифікацією будемо розуміти розчленування геологічних утворень на товщі різного порядку, які відрізняються за показниками генезису, складу, літофаціальними, петрографічними, а головне – колекторними властивостями порід [9,97].

У вертикальному розрізі артезіанських басейнів чітко вирізняється 2 основні частини:

фундамент, складений магматичними, метаморфічними допалеозойськими або метаморфізованими складно дислокованими палеозойськими утвореннями, тектонічно розбитими на рівновеликі блоки;

  чохол, складений в різному ступені літифікованими хемогенними, теригенними, карбонатними, галогенними, піщано-глинистими, органогенними та іншими, переважно осадочними, породами пластового залягання. Товщу чохла до різних глибин можуть проривати різноманітні вивержені породи, ускладнюючи гідрогеологічні умови.

В сучасній регіональній гідрогеології використовують наступну стратифікацію (за підпорядкованістю одиниць): гідрогеологічний поверх – гідрогеологічна серія – водоносний комплекс – водоносний горизонт – водоносний шар. Такі підрозділи можуть бути виділені як в межах чохла, так і в межах фундаменту.

Гідрогеологічний поверх – це виділений у вертикальному розрізі гідрогеологічної структури підрозділ водовміщуючих порід вищого рангу, який відповідає значному (догеосинклінальному, геосинклінальному, квазіплатформенному, платформенному та епіплатформенному) етапу геотектонічного розвитку території. Об’єм його приблизно відповідає об’єму геоструктурного поверху, хоча і не завжди з ним співпадає [9]. В склад кожного гідрогеологічного поверху входить кілька гідрогеологічних серій (не можна плутати з геологічними серіями). В артезіанських басейнах платформ звичайно виділяють 2 гідрогеологічні поверхи, що розрізняються умовами формування підземних вод: верхній, в якому поширені переважно інфільтраційні води (або інфільтрогенні) і нижній до якого приурочені суто седиментаційні і літогенні (елізійні і відроджені) води. Рух підземних вод у верхньому поверсі підпорядковується законам гідростатики і направлений від областей поглинання до областей розвантаження, тобто переважає низхідна і похило-латеральна фільтрація (інфільтраційний режим). В нижньому поверсі напірні води рухаються від центральних, найбільш занурених областей з найбільшим тиском, до периферії басейнів, тобто переважає латерально-висхідна і висхідна фільтрація (літогенний режим). В найбільш заглиблених частинах басейнів іноді виділяють зону або підповерх з термопружним режимом підземних вод [49]. На менших глибинах він присутній в областях тектонічної активізації щитів, де залягає нижче розсолів і заповнений менш мінералізованими газонасиченими «мантійними» або «магматичними» «ексфільтраційними» (за В.О. Шумлянським) водами переважно ювенільного походження.

Гідрогеологічна серія – частина гідрогеологічного поверху. Це одиниця другого порядку, яка охоплює водоносні, слабо водоносні і водотривкі породи єдиного седиментаційно-вулканічного або тектонічного циклу з різними гідрогеологічними властивостями. Прилеглі гідрогеологічні серії, так само як їх геологічні аналоги – яруси, відрізняються одна від одної значними стратиграфічними, кутовими незгідностями або перервами в осадонакопиченні. Згідно з новітніми мобілістськими поглядами в тектоніці, послідовність зміни структурних ярусів відображає зміну геодинамічної обстановки накопичення літологічних формацій.

Водоносний комплекс – водоносна (іноді слабоводоносна) товща (в геології – світа), складова частина гідрогеологічної серії, характеризується спільністю утворення літофаціального і петрографічного складу водовміщуючих порід. Один від одного водоносні комплекси звичайно відділяються потужними водотривами. Прилеглі один до одного водоносні комплекси розрізняються кутовою незгідністю, водовміщуючі відклади в межах кожного з них мають близькі за значеннями колекторні властивості, а нерідко і положення п’єзометричної поверхні. Водоносний комплекс складається з двох і більше водоносних горизонтів.

Водоносний горизонт – більш менш витриманий за площею однорідний постійно водонасичений пласт чи тріщинна зона (простий горизонт) або кілька умовно однорідних, не розділених водотривами, водоносних пластів (складний горизонт). Різні горизонти відділяються один від одного водотривкими шарами різної потужності, але звичайно не регіональними водотривами, що розділяють стратиграфічні одиниці вищих порядків. В розрізі водоносних горизонтів можуть виділятись невитримані за площею водоносні шари, прошарки і лінзи, які обводнюються не завжди постійно. Складні горизонти складаються з кількох пластів, різних за літологічним складом, або пластів одного складу, але різних за віком (або і те й інше), або представляють нашарування водоносних та спорадично поширених водотривких шарів одного віку.

Водотривами, або водотривкими породами називають відклади, що в звичайному стані практично не пропускають підземні води з прилеглих водоносних горизонтів, або поверхневі води. Водотривкий пласт, що перекриває водоносні породи, утворює водотривку покрівлю, а непроникний пласт, що підстилає водоносний горизонт – водотривке ложе, або підошву.  Водотривкими звичайно є водонепроникні (мало проникні або умовно непроникні) породи, а також водопроникні, пустоти в яких заповнені льодом, нафтою, газом, або навіть водою з іншою мінералізацією. Проникність водотривких порід в сотні а то й у тисячі разів менша за водопроникність водовміщуючих порід. В ролі водотривів можуть виступати глини, важкі суглинки, щільний, добре розкладений торф, сапропелі, глинисті сланці та інші породи (див. Додаток 2).

Склад водотривких порід в різних гідрогеологічних структурах суттєво відрізняється, а в однотипних структурах (артезіанських басейнах) одного мегарегіону (артезіанської області) має певні індивідуальні особливості.

Так для гідрогеологічних масивів, що характеризуються майже виключним поширенням тріщинно-жильних вод, як водотривкі виступають нетріщинуваті кристалічні метаморфічні або інтрузивні породи фундаменту в зоні стулення тріщин, що залягає нижче зони вивітрювання та тектонічної тріщинуватості. В гідрогеологічних масивах Криму та Карпат сильнолітифіковані і дислоковані флішеві глинисті відклади (аргіліти та алевроліти) при їх подрібненні і обводненні набувають вигляду і властивостей глин, створюючи водотривкі алювіально-делювіальні відклади в конусах винесення та руслах річок, обумовлюючи виникнення підруслових потоків у нижчезалягаючих валунно-галечникових відкладах. В кристалічному фундаменті платформ та в гірсько-складчастих областях як вертикальні водотриви (природні барражі) можуть виступати глибокі тектонічні тріщини, заповнені глинистим матеріалом або каолінами кори вивітрювання. Заповнення водотривкими породами тріщин, що перетинають водопроникні породи, забезпечується тектонічними зрушеннями – скидами, горстами, грабенами, а також силами гравітації. На ділянках розвитку малопотужних осадових відкладів водоносні зони чохла та фундаменту розділяються витриманим водотривом у вигляді закольматованої зони тріщин вивітрювання (каолінова кора вивітрювання) або глинистими породами чохла.

Для артезіанських басейнів останній випадок також характерний. Але, крім водотривів на межі чохла і фундаменту, виділяється й кілька (іноді до кількох десятків) місцевих та регіональних водотривів у товщі осадового чохла. Водотривкі шари, що мають невитримане за площею поширення, містять «вікна», місцями розмиті або виклинюються, а головне, такі що прорізаються малими річками, тобто лежать вище місцевого базису ерозії, називають місцевими водотривами. Водотриви значної потужності (> 10 м), витримані за простиранням на значній території, іноді прорізаються основними річками першого порядку або залягають нижче основного базису ерозії, розділяють основні водоносні комплекси або навіть гідродинамічні зони (поверхи) і визначають умови водообміну в гідрогеологічній структурі, або на значній її частині, вважаються регіональними. В Дніпровському басейні в якості першого регіонального водотриву розглядають глини та мергелі київської світи еоценового віку, які відділяють грунтові та міжпластові води в четвертинних, неогенових та олігоценових (полтавських і харківських) відкладах від водоносних горизонтів середнього та нижнього палеогену і крейди. Але цей водотрив прорізається руслом Дніпра. Регіональний водотрив, складений строкатими глинами середнього і нижнього тріасу розділяє верхній та нижній гідрогеологічні поверхи а також різні гідродинамічні зони басейну. Найбільш витриманим регіональним водотривом, що розділяє зони уповільненого та дуже уповільненого водообміну в центральній частині басейну, є нижньо- і верхньопермські хемогенні відклади. Місцевими водотривами слугують озерні, озерно-алювіальні суглинки і глини в поєднанні з мореною (валунно-галечниковий матеріал в глинистій масі) Дніпровського зледеніння, що на південь від Лютіжа перекриті лесовою серією, які створюють напори від 1,5 до 52 м (звичайно 20-40 м) для водоносного комплексу в алювіальних і озерно-алювіальних відкладах нижнього і середнього відділів та флювіогляціальних відкладів нижнього відділу четвертинного періоду. Вони поширені переважно в межах 4-ї тераси Дніпра та його основних приток. Другим місцевим водотривом є моренні суглинки і глини в товщі водоносного комплексу флювіогляціальних озерно-гляціальних і міжморенних відкладів, третім – червоно-бурі та строкаті глини неоген-четвертинного віку.

В глибинних зонах артезіанських басейнів водотривкі шари можуть набувати властивостей колекторів. Поряд із стисканням порід, зменшенням пористості, в деяких інтервалах із високим тиском виникають тріщини або відбувається розчинення цементу (завдяки збільшенню температури), що призводить до виникнення зон підвищеної проникності умовно непроникних шарів. Фільтраційні властивості глин із підвищенням температури від 20˚ до 100˚С в залежності від їх мінерального складу можуть покращуватися на один-два порядки. Особливо великі зміни спостерігаються в інтервалі температур 50 – 60 ˚С. Це явище можна пояснити переходом зв’язаної води у вільний стан [61,110]. Тому на великих глибинах внаслідок збільшення водопроникності глин вертикальні швидкості руху води через слабопроникні глинисті шари можуть досягти значень, сумірних з швидкістю латерального руху води в шарах-колекторах. Таким чином, в залежності від температури, одна і та сама глиниста товща може більшою або меншою мірою екранувати водоносні колектори. Глинисті товщі в залежності від навантаження, визначеного геологічними умовами (осадонакопичення – денудація), можуть ущільнюватися або розпушуватися, виділяючи або поглинаючи воду з глибоких горизонтів [22,61,72]. Виникнення зон розпушування викликано процесами метаморфізму [54]. Таким чином можуть формуватися внутрішні області розвантаження або живлення глибокозалягаючих підземних вод.

Водовміщуючі та водотривкі породи, разом з відкритими водними об’єктами складають в межах гідрогеологічних структур водообмінну систему, яка в залежності від складності розрізу, може бути одно- чи багатозональною. За показниками, які закономірно змінюються в гідрогеологічному розрізі, виділяють гідродинамічні, гідрохімічні (або гідрогеохімічні), гідрогеотермічні, мікробіологічні та інші зони.

Водообмін в загальному випадку – це процес, що характеризує переміщення (рух) природних вод у виділених системах (структурах, зонах, сферах) або їх частинах, а також із однієї системи (частини системи) в іншу. Водообмін у гідрогеологічних структурахце процес, що характеризує надходження підземних вод у водоносну систему (або її частину), переміщення всередині її та виведення з неї в суміжні системи (розвантаження). Гідрогеологічним структурам України притаманна певна гідродинамічна уособленість, тобто незначна їх залежність від суміжних структур. Доведено, що інфільтраційне живлення підземних вод артезіанських басейнів переважно відбувається в межах території цих басейнів, а перетікання з боку прилеглих масивів не відіграє суттєвої ролі [109,110].

Гідродинамічні зони. Гідрогеологічні структури звичайно є багатоповерховими системами і найбільш інтенсивним водообміном характеризуються верхні поверхи, які об’єднуються в гідродинамічну зону вільного (активного або інтенсивного) водообміну [40]. Ця зона, в залежності від складу водонасичених та водотривких порід, може досягати за потужністю 10 км (звичайно лише у масивах гірсько-складчастих областей). Нижче неї лежить зона утрудненого (або уповільненого) водообміну, ще нижче – зона дуже утрудненого водообміну. Для зони вільного водообміну характерний відкритий гідравлічний зв’язок водоносних горизонтів з денною поверхнею, тобто з поверхневими водами. Характерними системами цієї частини підземної гідросфери є водообмінні басейни. Розміри та границі цих басейнів в плані в природних умовах в основних рисах звичайно визначаються розмірами і конфігурацією меж річкових басейнів.

В зоні утрудненого водообміну формується саме регіональний підземний стік, відповідно до зміни напрямку якого на протилежний виділяють окремі артезіанські басейни платформенного типу [11].

Тобто границі артезіанських басейнів у простих випадках проводяться по підземних вододілах або по межі, від якої лінії току підземних вод водоносних комплексів і серій другого гідрогеологічного поверху або гідродинамічної зони розходяться у протилежних напрямках, часто близьких до доцентрових. Між сусідніми басейнами може існувати відкритий виступ фундаменту, тоді границі басейнів проводять по лінії контакту порід осадочного чохла з кристалічними породами фундаменту, а виступ фундаменту розглядається як окремий гідрогеологічний масив. В загальному випадку балансово-гідродинамічними границями артезіанського басейну є сучасні орографічні вододіли крупних басейнів першого або другого порядків і відповідні долини річок в їх середній та нижній течії [12]. Вододіли поверхневого стоку дозволяють виділити всередині артезіанських басейнів гідрогеологічні басейни другого і третього порядків.

Живлення та розвантаження водоносних горизонтів зони вільного водообміну пов’язане з такими зовнішніми факторами як інфільтрація, випаровування та транспірація, водообмін з річками та іншими відкритими природними водними об’єктами, а також із зовнішніми суміжними структурами (бокове перетікання). Слід враховувати також висхідне живлення глибинними водами та низхідне розвантаження в результаті підкорових процесів.

Області живлення приурочені не тільки до ділянок виходів водовміщуючих порід на відносно припідняту земну поверхню, але поширені також по всій площі напірного водоносного горизонту, на якій напір підземних вод менший, ніж у розташованих вище, або нижче горизонтах.

Областями розвантаження є території, на яких напір підземних вод даного горизонту більший, ніж хоча б в одному із суміжних горизонтів. Регіональні області розвантаження приурочені до долин найбільших річок (для першого гідродинамічного поверху), до берегів морів, тектонічних розломів, центральних та крайових частин гідрогеологічних структур, де через водотриви води нижчих поверхів перетікають до вищезалягаючих гідрогеологічних структурних поверхів.

Коли в міжпластовому водоносному горизонті рівень підземних вод одночасно вище рівня одного з горизонтів (наприклад вищезалягаючого) і нижче за рівень іншого горизонту (скажімо того, що лежить нижче), то кажуть, що області живлення і розвантаження даного горизонту співпадають.

Одним з основних факторів живлення та розвантаження підземних вод може виявитись антропогенний. Антропогенне живлення на границях системи відбувається в результаті фільтраційних втрат зрошувальних вод, витоків з каналізацій, водопроводів, водоприймачів, гідровідвалів, систем перехоплення тимчасових водотоків та ін. Антропогенне живлення в межах системи може бути пов’язане із нагнітанням вод для поповнення запасів, відведенням шахтних вод, вивільненням пружних запасів, зменшенням гірничого тиску, активізацією геохімічних процесів під впливом поховання хімічних сполук, що викликає дегідратацію мінералів та ін. Антропогенне розвантаження, в першу чергу, пов’язане з водозабором підземних вод з різною метою, відведенням шахтних вод та ін.

Найбільша кількість і найкраща витриманість гідрохімічних зон характерна для вертикального гідрохімічного розрізу артезіанських басейнів. При цьому слід відрізняти інфільтраційні басейни, з потужною зоною прісних вод (350-1000 м) і закономірним підвищенням мінералізації з глибиною (пряма зональність), а також елізійні басейни [47,92], звичайно пов’язані з молодими тектонічними западинами платформ і передгірськими прогинами альпійського поясу (Львівська синекліза, Передкарпатський, Азово-Кубанський прогини), для яких характерна обернена гідрохімічна зональність та/або слабо виражена зона прісних вод (до 100-150 м). В інфільтраційних басейнах звичайно розрізняють три, типові для районів з вологим кліматом (Волино-Подільська плита, Прип’ятський та Дніпровський артезіанські басейни), зони: 1) верхню – прісних вод з мінералізацією менше 1 г/дм3; 2) середню – солонуватих та солоних вод з мінералізацією 1 – 35 г/дм3; 3) нижню – з переважанням розсолів з мінералізацією вище 35 г/дм3. Кожна гідрохімічна зона може бути поділена на підзони. Для верхньої гідрохімічної зони характерна залежність складу води від кліматичних умов, від складу водовміщуючих порід і їх фільтраційних властивостей. Суттєво порушується зональність за наявності у верхній частині розрізу соленосних відкладів.

Сольовий і газовий склад підземних вод в значній мірі залежить від їх температури, а отже і від геотермічного градієнту, який підпорядковується регіональним геоструктурним особливостям.

 

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