Технология поиска и гидрогеохимического исследования маломощных водоносных пластов
Основные положения
- Водоносный пласт является сложным геологическим образованием. Он состоит (рис. 1): из водопроводящего канала (2), заполненного частицами, между которыми циркулирует вода, глинистого ложа (3) и покровной корочки (1), состоящей из сцементированных частиц водопроводящего канала.
- Покровная корочка (1) и глинистое ложе (3) образуются в результате геохимического воздействия природной воды определенного химического состава на выше- и нижележащие горные породы.
- Мигрирующие химические элементы природных вод закрепляются (переходят в твердую фазу) в глинистых отложениях ложа (3) и покровной корочке (1).
- Химический состав воды в пределах водоносного пласта уникален и может служить опорной характеристикой для гидрогеологического и гидрогеохимического картирования.
- Покровная корочка (1) и глинистое ложе (3) не изменяют химического состава воды в пределах водоносного пласта.
- Воздействие природной воды определенного химического состава на горные породы вне водоносного пласта приводит к изменению химического состава воды в сторону большей минерализации.
- Смешивание вод различных пластов также приводит к изменению химического состава вод каждого пласта в сторону большей минерализации.
- Химический состав проб воды, отобранных из водоносного пласта, с течением времени изменяется.
- Сравнение химических составов вод различных пластов возможно лишь при сопоставимых условиях отбора, доставки и измерения одним прибором по одной методике.
Из вышесказанного следует, что для выявления гидрогеохимических параметров водоносных пластов необходима технология бурения, которая обеспечивает: точное определение глубины залегания, мощности, гидрогеодинамических характеристик каждого водоносного пласта; исключает повреждение ложа (3); исключает перетекание вод из вышележащих пластов; а также методика измерений химических составов различных вод, обеспечивающая возможность сравнения их между собой.
Технология бурения
Предлагаемая технология позволяет:
- проводить гидрогеологические и гидрогеохимические исследования литологического разреза на глубину до 50 м;
- выявлять водоносные пласты мощностью от 2 – 5-и до 80-и и более см.;
- уверено разделять водоносные пласты, находящиеся между собой на расстоянии 10 – 15 см., исключая при этом перетекания подземных вод из пласта в пласт;
Не вдаваясь в особенности технологического процесса, отметим, что основное отличие от применяемых технологий состоит в том, что ствол скважины бурится непосредственно обсадной трубой, на конце которой установлена твердосплавная коронка.
В результате боковой зазор между стенкой обсадной трубы и стволом скважины составляет не более 3-х мм. Герметизация затрубного пространства осуществляется буровым шламом автоматически и дополнительно – «затиранием» твердосплавной коронки (5) в покровную корочку (1) водоносного пласта (рис. 2), что исключает перетекание вышележащих вод.
Вскрытие и пневматическая очистка водоносного канала (2) производится снарядом меньшего диаметра, повреждения ложа (3) при этом не происходит. Таким образом, устраняются основные факторы оказывающие влияние на изменение химического состава воды в исследуемом пласте. Так как вода под действием литостатического давления поднимается до некоторого статического уровня (6), отбор проб на химический анализ производится в обсадных трубах.
Недостатки предлагаемой технологии
- Существенным недостатком предлагаемой технологии является невозможность совместить на одной скважине поиск воды и отбор керна. Как следствие, требуется бурение дополнительной скважины для построения литологического разреза.
- Работы могут выполняться только опытными, специально обученными буровыми бригадами.
- Предлагаемая технология требует применения высококачественных твердосплавных коронок и обсадных труб.
Методика измерений химических составов природных вод
Правила отбора проб
Пробы отбираются только из скважин пробуренных согласно технологии изложенной в п. 2.2. До начала отбора:
- измеряется установившийся уровень воды в скважине;
- устанавливается погружной насос;
- производится откачка воды до полного ее осветления, но не менее 1000 литров.
- определяется динамический уровень;
- измеряется температура воды;
- полученные данные фиксируются в полевом журнале.
Отбор пробы производится непосредственно с выхода насоса в предварительно промытый скважинной водой пластиковый контейнер, ёмкостью 5 литров. Контейнер заполняется по самую горловину, до полного выхода пузырьков воздуха и герметично закрывается винтовой пробкой
Правила транспортировки
- время доставки пробы до места базирования лаборатории – не более 1 часа;
- пластиковый контейнер должен быть защищен светонепроницаемым материалом.
Правила подготовки проб к измерению
- после доставки пробы в лабораторию, вода переливается в термостатированный стакан ёмкостью 4 литра и нагревается до 20º C;
- остатки пробы переливаются в стеклянный прозрачный сосуд и оставляются на свету для визуального контроля.
Измерительная база
В качестве измерительного прибора используется мультипараметровый калориметр «HІ- 83200», производства Германии, способного работать в режиме полевой лаборатории. Принцип действия, порядок работы, необходимые расходные материалы, правила техники безопасности подробно изложены в руководстве по эксплуатации прибора [2].
Правила измерений
Все измерения производятся при строго фиксированной температуре воды + 20º С в следующей последовательности (Рис. 3):
Полученные значения фиксируются в специальном протоколе испытаний и заносятся в компьютерную базу данных. После математической обработки появляются исходные данные позволяющие решать широкий круг задач, связанных с гидрогеологическим и гидрогеохимическим картированием.