Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Скважины, где добываются минеральные воды, составляют отдельную группу источников подземных вод. Минеральная вода отличается повышенным содержанием активных элементов минерального происхождения и особыми свойствами, обусловливающими их лечебное воздействие на человеческий организм. Минеральные воды Крыма различны по солевому (ионному) у. газовому составу: некоторые из них термальные -- теплые и горячие (термы). Они представляют значительный интерес как в научном, так и в практическом отношении. Воды могут быть использованы в качестве питьевых лечебных вод и в бальнеологических целях. Однако пока они используются еще в малой степени. По геолого-структурным условиям и составу присутствующих в недрах Крымского полуострова минеральных к термальных вод выделены три крупные гидрогеологические области:

А. Гидроминеральная складчатая область горного Крыма с преимущественным развитием сульфатных и хлоридных, частью термальных (в глубине) минеральных вод, газирующих азотом, в подчиненном значении метаном, сероводородом и редко углекислотой.

Б. Керченская гидроминеральная область распространения сероводородных, азотных и метановых холодных вод в третичных и нижележащих отложениях (в отдельных источниках содержится углекислота).

В. Гидроминеральная область равнинного Крыма сероводородных, азотных, метановых и смешанного газового состава солоноватых и соленых вод, холодных в верхних и термальных в глубоких частях артезианских бассейнов.

Термальные и гипертермальные (с температурой свыше 400 С) воды залегают в регионах с активной подземной вулканической деятельностью. Термальные воды используются в качестве теплоносителя для систем отопления жилых домов и промышленных зданий и на геотермальных электростанциях. Отличительной особенностью термальных вод считается повышенное содержание минералов и насыщенность газами.

Термальные воды выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников (температура до 50-90 °С), а в районах современного вулканизма проявляют себя в виде гейзеров и паровых струй (здесь скважинами на глубине 500-1000 м вскрываются воды с температурой 150-250 °С), дающих при выходе на поверхность пароводяные смеси и пары (Паужетка на Камчатке, Большие Гейзеры в США, Уайракей в Новая Зеландии, Лардерелло в Италии, гейзеры в Исландии и др.).

Химический, газовый состав и минерализация Термальные воды разнообразны: от пресных и солоноватых гидрокарбонатных и гидрокарбонатно-сульфатных, кальциевых, натриевых, азотных, углекислых и сероводородных до солёных и рассольных хлоридных, натриевых и кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных.

Издавна Термальные воды находили применение в лечебных целях (римские, тбилисские термы). В СССР пресные азотные термы, богатые кремнекислотой, используют известные курорты - Белокуриха на Алтае, Кульдур в Хабаровском крае и др. ; углекислые Термальные воды- курорты Кавказских Минеральных Вод (Пятигорск, Железноводск, Ессентуки), сероводородные - курорт Сочи-Мацеста. В бальнеологии Термальные воды подразделяют на тёплые (субтермальные) 20-37 °С, термальные 37-42 °С и гипертермальные св. 42 °С.

В районах современного и недавнего вулканизма в Италии, Исландии, Мексике, СССР, США, Японии работает ряд электростанций, использующих перегретые Термальные воды с температурой свыше 100 °С. В СССР и др. странах (Болгария, Венгрия, Исландия, Новая Зеландия, США) Термальные воды применяют также для теплоснабжения жилых и производств. зданий, обогрева теплично-парниковых комбинатов, плавательных бассейнов и в технологических целях (Рейкьявик полностью обогревается теплом Термальные воды). В СССР организовано теплоснабжение микрорайонов гг. Кизляра, Махачкалы, Зугдиди, Тбилиси, Черкесска; обогреваются теплично-парниковые комбинаты на Камчатке, Кавказе. В теплоснабжении Термальные воды делятся на слаботермальные 20-50 °С, термальные 50-75 °С. высокотермальные 75-100 °С.

Минеральные воды Крыма весьма разнообразны по газовому и химическому составу и температуре. Они могут использоваться в лечебных и профилактичес­ких целях, а также в качестве сырья для промышленности. Выделяются следую­щие области распространения минеральных вод:

азотных, азотно-метановых и метановых вод артезианских бассейнов Равнинного Крыма;

азотных и метаново-азотных вод Горного Крыма;

азотных и азотно-метановых вод Керченского полуострова с локаль­ ным проявлением углекислых вод.

Минеральные воды вскрываются, как правило, скважинами в отложениях от среднемиоценового до палеозойского возраста. Разведано 5 месторождений,запасы минеральных вод по которым утверждены Государственной комиссией (ГКЗ): Сакское слабощелочных хлоридно - натриевых вод (2 участка), Евпаторийское типа морских (2 участка), Евпаторийское субтермальных вод, Феодосийское сулъфатно-хлоридно-гидрокарбонатно-натриевых (2 участка), Чокракское (2 участка) (рис.14).Сведения о запасах этих месторождений и их освоении приводятся в таблице 8.

Таблица 8. Сведения о запасах минеральных вод, числящихся на

государственном балансе (по данным "Геоинформ" на 01.01.2000г.)

Продолжение таблицы 8.

Разведанные запасы минеральных вод по этим пяти месторождениям составляют 20,8 тыс. м 3 /сутки. Эксплуатируется 7 участков. Отбор минеральных вод в 1999 г. составил 264,59 тыс. м 3 или в среднем 724,9 м 3 /сутки. Кроме того, разведано еще 6 месторождений, запасы по которым апробированы НТС ПГО "Крымгеология" и "Днепрогеология". Сведения по этим месторождениям приводятся в таблице 9.

Таблица 9.

Сведения по месторождениям минеральных вод, запасы по которым апробированы НТС производственных предприятий.

Продолжение таблицы 9.

Кроме того, ГГП "Крымгеология" оценены прогнозные ресурсы минеральных вод по 5 водоносным горизонтам Крыма. Сведения о прогнозных ресурсах минеральных вод приводятся в таблице 10.

Таблица 10.

Сведения о прогнозных ресурсах минеральных вод.

Данные таблицы 10 свидетельствуют о больших перспективах выявления в Крыму новых месторождений минеральных вод, поскольку прогнозные ресурсы (151Д тыс. м 3 / сутки) являются резервом для этого. В процессе геологоразведочных работ выявленно и учтено 33 перспективных площадей и проявлений минеральных вод (рис. 14).

Отдельно учитывается Новоселовское месторождение термальных вод фис.14), запасы которых исчисляются в 8412 м 3 /сутки, в том числе разведанные 3912 m 3 /сутки. Они также являются минеральными водами, поскольку содержат в составе йод, бром и бор в количествах, достаточных для отнесения их к данному в иду подземных вод. Термальные воды частично используются для лечебных душей

и ванн. В ближайшей перспективе они должны найти более широкое применение как топливно-энергетическое сырье.

При проведении поисково-разведочных робот на нефть и газ в 50-70 г. г., был накоплен большой фактический материал по глубоким водоносным горизонтам, который свидетельствует о перспективности Крымского полуострова на выявление новых месторождений термальных вод. В 80-90 годы в процессе дальнейших геологоразведочных и тематических работ выявлены основные перспективные водоносные горизонты (комплексы), дана их гидрогеологическая и гидрогеотермическая характеристика. Основной перспективный объект на термальные воды - базальная пачка нижнего мела, представленная преимущественно прибрежно-морскими и субконтинентальными отложениями (песчаниками, алевролитами, гравеллитами).

В Предгорье эти породы выходят на дневную поверхность. В Равнинном Крыму они погружаются до глубины 4,0-4,5 км, достигая максимальных глубин 5,5-6,0 км на западе Тарханкутского полуострова. Коллекторские свойства водовмещающих пород уменьшаются по мере их погружения. Максимальные их значения зафиксированы на Новоселовской и Октябрьской площадях (рис.14), где на глубинах 1,0-2,3 км вскрыт дельтовый комплекс мощностью до370 м, что позволяет получать притоки самоизливом до 4925 м /сут. (скв. 35 Октябрьская). В Равнинном Крыму воды данного горизонта напорные, давление на устья скважин 5-15 атм. Температурный режим определяется преимущественно глубиной залегания пород. Максимальные значения температур воды зафиксированы на западе Тарханкутского полуострова -180-190° С. На Центрально-Крымском поднятии температура воды варьирует в пределах 50-90° С. Воды горизонта минерализованные, по мере продвижения на север содержание солей увеличивается от 1,1 (скв. 38 Октябрьская) до 71,7 г /дм 3 (скв. 5 Геническая).

Второй перспективный водоносный комплекс приурочен к отложениям палеогена, которые на Северо-Сивашской площади представлены преимущественно песчаниками и алевролитами, залегающими на глубине 1400-1800 м. Воды напорные, давлени на устья скважин 4-6 атм. Дебиты скважин при самоизливе достигают 2440 м 3 /сут. (скв.15 Стрелковая). Температура пластовых вод 51-78°С, минерализация - 25-33 г/дм 3 . Воды содержат промышленные концентрации йода (до 30 мг/дм 3).

На Новоселовской, Октябрьской и Северо-Сивашской площадях проведены гидрогеологические исследования с целью подсчета запасов тешюэнергических вод с применением геоциркуляционных систем (ЩС). Результаты этих работ позволяют оценить потенциальные запасы в количестве 40 тыс. м 3 /сут. с теплоэнергетическим потенциалом 1200 Гкал/сут. (таблица 11).

Таблица 11.

Гидрогеологическая и теплоэнергетическая характеристика перспективных водоносных горизонтов термальных вод.

Термальные источники или горячие воды Земли – это еще один удивительный дар природы человеку. Термальные источники являются незаменимым элементом глобальной экосистемы нашей планеты.

Кратко сформулируем, что же такое термальные источники .

Термальные источники

Термальные источники — это подземные температура воды у которых выше 20°С. Отметим, что более «научно» будет говорить геотермальные источники , поскольку в этом варианте приставка «гео» указывает на источник нагрева воды.

Экологический энциклопедический словарь

Горячие источники — источники термальных вод с температурой до 95-98°С. Распространены главным образом в горных районах; являются экстремальными природными условиями распространения жизни на Земле; в них обитает специфическая группа термофильных бактерий.

Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989

Справочник технического переводчика

Термальные источники
Источники, с температурой значительно выше средней годовой температуры воздуха вблизи источника.

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009 — 2013

Классификация термальных источников

Классификация термальных источников в зависимости от температуры их вод:

• Термальные источники с теплыми водами — источники температура воды у которых выше 20°С;
• Термальные источники, у которых горячие воды — источники с температурой воды 37-50°С;
• Термальные источники, у которых о чень горячие воды — источники с температурой воды выше 50-100°С.

Классификация термальных источников в зависимости от минерального состава вод:

Минеральный состав термальных вод отличается от состава минеральных. Это обусловлено более глубоким их проникновением, по сравнению с минеральными водами, в толщу земной коры. Исходя из лечебных свойств, термальные источники классифицируются таким образом:

• Термальные источники с гипертоническими водами – эти воды богатые солями, имеют тонизирующее воздействие;
• Термальные источники с гипотоническими водами – выделяются благодаря низкому содержанию солей;
• Термальные источники с изотоническими водами – успокаивающие воды.

Что же нагревает воду термальных источников до таких температур? Ответ, для большинства будет очевиден — это геотермальное тепло нашей планеты, а именно ее земной мантии.

Механизм нагрева термальных вод

Механизм нагрева термальных вод происходит по двум алгоритмам:

1. Нагрев происходит в местах вулканической активности, благодаря «контакту» воды с магматическими породами, образовавшимися в результате кристаллизации вулканической магмы;
2. Нагрев происходит благодаря циркуляции вод, которые, опускаясь в толщу земной коры более чем на километр, «поглощают геотермальное тепло земной мантии», а затем в соответствии с законами конвекции поднимаются вверх.

Как показали результаты исследований при погружении в глубь земной коры температура растет со скоростью 30 град/км (без учета районов вулканической активности и океанического дна).

Виды термальных источников

В случае нагрева вод по первому из вышеописанных принципов вода может вырываться из недр Земли под напором, образуя тем самым один из видов фонтанов:

• Гейзеры – фонтан горячей воды ;
• Фумаролы – фонтан пара;
• Грязевой фонтан – вода с глиной и грязью.

Эти фонтаны привлекают к себе много туристов и других любителей естественных красот природы.

Использование вод термальных источников

Издавна горячие воды использовались человеком в двух направлениях — как источник тепла и в лечебных целях:

• Отопление домов — например, и сегодня, столица Исландии Рейкьявик отапливается благодаря энергии подземных горячих вод ;
• В бальнеологии — всем хорошо известны Римские термы … ;
• Для генерации электроэнергии;
• Одним из наиболее известных и популярных качеств термальных вод являются их лечебные свойства. Циркулируя по земной коре воды геотермальных источников , растворяют в себе огромное количество минералов, благодаря которым и обладают удивительными целебными лечебными качествами.

Про целебные свойства термальных вод человеку известно издавна. Существует много всемирно известных терма-курортов открытых на базе термальных источников. Если говорить про Европу, наиболее популярные курорты находятся во Франции, в Италии, Австрии, Чехии и Венгрии.

При этом следует не забывать про один важный момент. Несмотря на то, что воды термальных источников могут быть очень горячими, в некоторых из них обитают опасные для здоровья человека бактерии. Поэтому необходимо в обязательном порядке каждый геотермальный источник проверять на «чистоту».

И в завершение отметим, что термальные источники, или горячие воды Земли есть жизненно важным и необходимым ресурсом для целых регионов нашей планеты и многих видов живых существ.

Терма́льные во́ды – подземные воды с температурой 20°С и более. Температура 20°С условно принята за границу между холодными и термальными водами. Термальные воды составляют большую часть вод подземной гидросферы.

Температура подземных вод на нижней границе земной коры может достигать 500–600°С, а в зонах магматических очагов, где преобладают пары воды, – 1000–1200°С. В артезианских бассейнах молодых геологических плит на глубине 2000–3000 м скважинами вскрываются воды с температурой 70–100°С и более, а в районах древних кристаллических щитов температура на глубинах 5–6 км не превышает 60–70°С. Наиболее ярко термальные воды проявляются в районах современной или недавно закончившейся вулканической деятельности, в тектонически активных горно-складчатых областях и в краевых прогибах и межгорных впадинах. В областях неотектонических нарушений (Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Памир, Гималаи и др.) и в глубокие термальные воды выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90–100°С, а в районах современного вулканизма – в виде гейзеров и паровых струй. Скважины глубиной 1000–1500 м, пройденные в зоне разгрузки паровых струй, вскрывают пароводяные смеси и пары с температурой до 200–300°С (Паужетское и Мутновское месторождения на Камчатке, Большие гейзеры в США, Уайракей в Новой Зеландии, Лардерелло в Италии и др.).

Глубина залегания термальных подземных вод зависит от климатической зональности и составляет в районах развития многолетнемёрзлых пород 1500–2000 м, в субтропиках – до 100 м; в зоне тропиков эти воды часто выходят на поверхность. В пределах каждой зоны наблюдается рост температуры с глубиной. В среднем для верхней части земной коры температура на 1 км глубины увеличивается на 32,9°С. Однако геотермические градиенты (значение увеличения температуры с глубиной, обычно на 1 км или 100 м глубины) существенно различаются в зависимости от возрастных, тектонических, литологических и гидродинамических особенностей разных регионов. Наименьший – 6°С/км зарегистрирован в области древнего кристаллического щита в Витватерсранде (Южная Африка), максимальные отмечаются в районах современной вулканической деятельности и в рифтовых поясах – до 100–150°С/км. На территориях внутриплатформенных впадин и предгорных прогибов они либо близки к среднепланетарному, либо превышают его, достигая 40–50°С/км.

Выделяют четыре типа теплового режима термальных вод: низкий (термический градиент до 1°С/100 м, 30–40 мВт/м 2), умеренный (1–2°С/100 м, 40–50 мВт/м 2), повышенный (2–3°С/100 м, 50–60 мВт/м 2), высокий (более 3°С/100м, свыше 60 мВт/м 2).

Химический, газовый состав и минерализация термальных вод разнообразны: от пресных до солёных и рассольных хлоридных натриевых, кальциево-натриевых, азотно-метановых и метановых, местами сероводородных вод. В зоне повышенных и высоких температур и давлений происходит перекристаллизация породообразующих минералов и протекают активные реакции обмена между нагретыми водными растворами и породой, что в значительной мере определяет химический состав термальных вод. Повышение температуры с глубиной приводит к освобождению физически связанной воды, увеличению фильтрационной способности горных пород. С термальными водами связаны процессы минералообразования, формирования гидротермальных месторождений полезных ископаемых.

Термальные воды служат объектом добычи и переработки в целях дальнейшего использования для выработки электроэнергии, отопления и горячего водоснабжения ; извлечения химических элементов (промышленные воды), (термоминеральные воды).

Для выработки электроэнергии в настоящее время геотермальные месторождения используются преимущественно в районах активного вулканизма, где вскрываются перегретые термальные воды с температурой более 120–150°С. Эффективность развития геотермальной энергетики заключается в практической неисчерпаемости природного теплоносителя. Геотермические электростанции работают в Италии, США, Японии, Исландии, Мексике, Новой Зеландии. В России первая геотермальная электростанция на Паужетском месторождении (Камчатка) дала электрический ток в 1967 г., в 1999 г. запущена Верхне-Мутновская ГеоЭС, в 2002 г. – Мутновская ГеоЭС-1.

Для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий (в т.ч. теплиц и оранжерей) используют горячие и весьма горячие термальные воды с температурой 50–100°С. Для отопления тепличных хозяйств используется теплоноситель с еще меньшей температурой – 20–60°С. Кроме того, термальные воды используются для других технических нужд (ферментация чая, сушка, пропарка древесины, мойка шерсти), в плавательных бассейнах, для рыборазведения и др. Такие горячие воды в Российской Федерации широко распространены в Западной и Восточной Сибири, на Камчатке, Чукотке, на Северном Кавказе, в Прикаспии, в Крыму. Низко- и среднетемпературные термальные воды для целей отопления широко применяются в Исландии, Венгрии, а также во Франции, в основном в пределах Парижского и Аквитанского артезианских бассейнов в районе Эльзаса.

На современном этапе геотермальная энергетика развивается в направлении использования низкопотенциальных (30–70°С) термальных вод в качестве аккумуляторов энергии.

Высокие содержания в термальных водах множества растворённых микроэлементов позволяют осуществлять их промышленную добычу. Как правило, термальные воды представляют интерес с точки зрения извлечения йода, брома, бора, лития, цезия, рубидия и др. – в этом случае они рассматриваются как промышленные воды .

Лечебный эффект термоминеральных вод обусловливается их газовым и химическим составом. К бальнеологическим соединениям и элементам относятся углекислый газ, радон, сероводород; немалую бальнеологическую роль могут играть растворённые бром, йод, бор, фтор, мышьяк, кремний и их соединения. На базе месторождений термальных вод функционируют многие крупные курорты, имеющие мировое значение. К ним относятся Кавказские Минеральные Воды (Железноводск, Ессентуки, Пятигорск), Цхалтубо, Сочи-Мацеста, Боржоми (Грузия), Виши (Франция), Висбаден и Наухайм (ФРГ), Карлови-Вари (Чехия) и др.

Классификации термальных вод по температуре зависит от направления их практического применения.

По универсальной 9-балльной шкале температур подземных вод выделяются термальные тёплые воды (20–37°С) – 4 балла, горячие (37–50°С) – 5 баллов и весьма горячие (50–100°С) – 6 баллов, умеренно перегретые (100–200°С) – 7 баллов и весьма перегретые (200–375°С) – 8 баллов. Выше температуры 375°С (9 баллов) исключительно перегретые подземные воды рассматриваются как флюиды с существенно отличными от обычных жидкостей свойствами.

Для теплоэнергетического использования выделяются низкопотенциальные воды с температурой до 70°С, среднепотенциальные – от 70 до 100°С и высокопотенциальные – свыше 100°С (в т.ч. слабоперегретые – 100–150°С, значительно перегретые – 150–250°С и весьма перегретые – 250–375°С).

В бальнеологии термальные воды подразделяются на тёплые (субтермальные) – 20–35°С, термальные (горячие) – 35–42°С и очень горячие (гипертермальные) – свыше 42°С.

Народнохозяйственное использование минерализованных (соленых) подземных вод приобретает все более значительные масштабы. Помимо их широкого использования для водоснабжения (в основном для производственно-технического, для хозяйственно-питьевого после опреснения и водоподготовки) и орошения они применяются в бальнеологии, химической промышленности и теплоэнергетике. В последних трех случаях минерализованные подземные воды (обычно с минерализацией более 1 г/л) должны отвечать требованиям, предъявляемым к минеральным, промышленным и термальным подземным водам (1, 3-5, 7-12).

К минеральным (лечебным) водам относят природные воды оказывающие на организм человека лечебное действие, обусловлен ное либо повышенным содержанием полезных, биологически активных компонентов ионно-солевого или газового состава, либо общим ионно-солевым составом воды (1, 3, 7). Минеральные воды весьма разнообразны по генезису, минерализации (от пресных до высококонцентрированных рассолов), химическому составу (микрокомпонентам, газам, ионному составу), температуре (от холодных до высокотермальных), но основным и общим их показателем является свойство оказывать на организм человека лечебное воздействие.

К промышленным водам относятся подземные воды, содержащие в растворе полезные компоненты или их соединения (поваренная соль, иод, бром, бор, литий, калий, стронций, барий, вольфрам и др.) в концентрациях, представляющих промышленный интерес. Подземные промышленные воды могут содержать физиологически активные компоненты, обладать повышенной температурой (вплоть до высокотермальных) и минерализацией (обычно соленые воды и рассолы), иметь различное происхождение (седиментационные, инфильтрационные и другие воды), характеризоваться широким региональным распространением.

Подземные воды с температурой, превышающей температуру «нейтрального слоя», обносят к термальным. На практике термальными считаются воды с температурой выше 20-37° С (4, 6-9, 12). В зависимости от геотермических и геолого-гидрогеологических условий, а также геохимической обстановки формирования термальные воды могут содержать повышенные концентрации ценных в промышленном отношении элементов и их соединений и обладать активным физиологическим воздействием на организм человека, т. е. отвечать требованиям, предъявляемым к минеральным водам. Нередко поэтому возможно и целесообразно комплексное использование термальных вод для бальнеологии, промышленного извлечения полезных компонентов, теплофикации и теплоэнергетики. Естественно, что оценка перспектив практического использования термальных подземных вод требует учета не только их температуры (теплоэнергетического потенциала), но также химического и газового состава, условий промышленного извлечения полезных микрокомпонентов, потребностей района в подземных водах различного типа (минеральных, промышленных, термальных), последовательности и технологии использования термальных вод и других факторов.

Потребности интенсивно развивающегося народного хозяйства и задачи обеспечения неуклонного роста благосостояния народа определяют необходимость более широкой постановки поисково-разведочных работ на минеральные, промышленные и термальные подземные воды.

Методика их гидрогеологических исследований зависит на каждом конкретном месторождении от особенностей природных условий формирования и распространения рассматриваемых типов подземных вод, степени изученности и сложности гидрогеологических и гидрогеохимических условий, специфики и масштабов использования подземных вод и других факторов. Однако даже простой анализ приведенных выше определений минеральных, промышленных и термальных вод свидетельствует о некоторой общности условий их формирования, залегания и распространения. Это дает основание наметить единую схему их изучения и охарактеризовать общие вопросы методики их гидрогеологических исследований.

§ 1. Некоторые общие вопросы поисков и разведки месторождений минеральных, промышленных и термальных подземных вод

Минеральные, промышленные и термальные воды широко распространены на территории СССР. В отличие от пресных подземных вод они вскрываются, как правило, в более глубоких структурных горизонтах, имеют повышенную минерализацию, специфический микрокомпонентный и газовый состав, характеризуются незначительной зависимостью своего режима от климатических факторов, нередко сложными гидрогеохимическими особенностями, проявлениями упругого режима при эксплуатации и другими отличительными чертами, определяющими специфику их гидрогеологических исследований. В частности, минеральные, промышленные и термальные подземные воды значительной минерализации имеют широкое региональное распространение в пределах глубоких частей артезианских бассейнов платформ, предгорных прогибов и горно-складчатых областей. Специфические по некоторым признакам минеральные, термальные и реже промышленные воды встречаются в районах отдельных кристаллических массивов и областей современной вулканической деятельности. В пределах указанных территорий по общности геолого-структурных, гидрогеологических, гидрогеохимических, геотермических и других условий выделяются характерные провинции, области, районы и месторождения минеральных, промышленных и термальных подземных вод. В соответствии с ранее данным определением (см. гл. I, § 1) к месторождениям относятся пространственно оконтуриваемые скопления подземных вод, качество и количество которых обеспечивают экономически целесообразное их использование в народном хозяйстве (в бальнеологии, для промышленного извлечения полезных компонентов, в теплоэнергетике, комплексное их использование), Экономическая целесообразность использования минеральных, промышленных и термальных подземных вод на каждом конкретном месторождении должна быть установлена и доказана технико-экономическими расчетами, выполняемыми в процессе проектирования поисково-разведочных работ, изучения месторождения и оценки его эксплуатационных запасов. Показатели, которыми определяется экономическая целесообразность эксплуатации того или иного месторождения подземных вод и на основе которых дается оценка его эксплуатационных запасов, называются кондиционными. Кондиционные показатели представляют собой требования к качеству подземных вод, и условиям их эксплуатации, при соблюдении которых возможно экономически целесообразное их использование с водоотбором, равным по величине установленным эксплуатационным запасам. Обычно в кондициях учитываются требования к общему химическому составу подземных вод, содержанию отдельных компонентов и газов (биологически активных, ценных в промышленном отношении, вредных и др.), температуре, условиям эксплуатации скважин (минимальный дебит, максимальное понижение уровня, условия сброса сточных вод, срок эксплуатации скважин и др.), глубине залегания продуктивных горизонтов и т. п.

Участки месторождений, в пределах которых экономически целесообразно использование подземных вод для целей бальнеологии, промышленности или теплоэнергетики, называют эксплуатационными. Они выявляются и изучаются в процессе специальных поисково-разведочных работ, которые ведутся в полном соответствии с общими принципами гидрогеологических исследований (см. детально гл. I, § 3).

Поисково-разведочные работы - один из наиболее важных элементов в рациональном освоении месторождений минерализованных подземных вод (1, 5, 10). Их основная цель - выявление месторождений минеральных, промышленных или термальных подземных вод, изучение геолого-гидрогеологических, гидрогеохимических и геотермальных условий, оценка качества, количества и условий рационального народнохозяйственного использования их эксплуатационных запасов.

В соответствии с общими принципами поисково-разведочных работ и действующими положениями гидрогеологические исследования названных типов подземных вод осуществляются последовательно с соблюдением установленной стадийности работ; поиски, предварительная разведка, детальная разведка и эксплуатационная разведка (1,2, 5-10). В зависимости от конкретных условий рассматриваемых месторождений, степени их изученности и сложности, размеров водопотребления и других факторов в одних случаях возможно совмещение отдельных стадий (при хорошей изученности месторождения и небольшой потребности в воде), в других большая потребность в воде, сложные природные условия, слабая изученность территории) может потребоваться выделение дополнительных этапов (подстадий) в пределах отдельных установленных стадий проведения гидрогеологических исследований. Так, при разведке термальных вод и проектировании их промышленного освоения небольшим количеством эксплуатационных скважин в связи с весьма значительной стоимостью сооружения разведочных скважин представляется оправданным и целесообразным совмещение предварительной разведки с детальной и бурение разведочно-эксплуатационных скважин (с последующим их переводом в категорию эксплуатационных скважин). При поисковых работах на промышленные подземные воды исследования нередко проводятся в два этапа (подстадий). На первом этапе на основе материалов предшествующих исследований выявляются площади распространения промышленных вод, перспективные для проведения поисково-разведочных работ, и намечаются места заложения поисковых скважин. На втором этапе поисковой стадии выявленные площади (месторождения) изучаются с помощью бурения и опробования поисковых скважин. Цель изучения - выбор перспективных для разведки продуктивных горизонтов и участков месторождений (5,8).

Поиски на минеральные, промышленные и термальные подземные воды в каждом районе должны быть увязаны с перспективами народнохозяйственного развития, потребностями в определенном типе подземных вод и целесообразностью их использования в данном районе.

К числу общих задач работ поисковой стадии относятся: выявление основных закономерностей распространения минерализованных вод, выделение тех или иных типов их месторождений или площадей, перспективных на вскрытие минеральных (промышленных, или термальных) подземных вод, и при необходимости изучение этих месторождений и площадей с помощью бурения и опробования поисковых скважин, а иногда и проведения специальных съемочных работ (гидрогеологические, гидрохимические, газовые, термометрические и другие виды съемок).

Одним из основных и обязательных видов исследований на стадии поисков является сбор, анализ и целенаправленное тщательное обобщение всех собранных по району исследований гидрогеологических материалов (особенно материалов глубокого опорного и нефтяного бурения и материалов многотомного издания «Гидрогеология СССР»), составление необходимых карт, схем, разрезов, профилей и т. п. Поскольку бурение поисковых скважин на глубокие горизонты требует больших затрат (стоимость скважины глубиной 1,5-2,5 км 100-200 тыс. руб. и больше), целесообразно использовать для исследований ранее пробуренные скважины (разведочные на нефть и газ, опорные и др.).

В результате поисковых работ должны быть выделены перспективные на проведение разведочных работ продуктивные горизонты и участки, разработаны ориентировочные кондиционные показатели и дана ориентировочная оценка эксплуатационных запасов в пределах выделенных участков (обычно по категориям C 1 + C 2), обоснована экономическая целесообразность проведения разведочных работ и выделены первоочередные объекты.

В процессе предварительной разведки изучаются геолого-гидрогеологические условия выделенных по результатам поисков участков (их может быть один или несколько) для получения данных для их сравнительной оценки и обоснования объекта для детальной разведки. С помощью бурения и всестороннего опробования разведочных скважин, размещаемых по площади изучаемого участка (участков), выявляются фильтрационные свойства продуктивных горизонтов, водно-физические характеристики пород и воды, химический, газовый и микрокомпонентный состав подземных вод, геотермические условия и другие показатели, необходимые для составления предварительных кондиций и предварительной оценки эксплуатационных запасов (обычно по категориям В и Ci).

При недостаточной региональной изученности для уточнения гидрогеологических условий в зоне предполагаемого влияния водозабора (параметры, граничные условия и т. п.) целесообразно заложить отдельные разведочные скважины и за пределами изучаемого эксплуатационного участка (а при возможности использовать для этой цели, ранее пробуренные скважины). Так как стоимость глубокого бурения велика, разведочные скважины на стадии предварительной разведки целесообразно проходить малым диаметром и использовать их в дальнейшем в качестве наблюдательных и режимных скважин. Чтобы оценить промышленную и бальнеологическую ценность и особенности дальнейшего использования подземных вод в процессе предварительной разведки, должно быть выполнено специальное технологическое (для промышленных вод) и лабораторное (для всех типов вод) их изучение.

По итогам предварительной разведки составляется технико-экономический доклад (ТЭД), обосновывающий целесообразность постановки на том или ином объекте детальных разведочных работ. ТЭД не является обязательным лишь при изучении минеральных вод.

В докладе освещаются геологическое строение, гидрогеологические, гидрогеохимические и геотермические условия разведанных участков, результаты оценки эксплуатационных запасов подземных вод и основные технико-экономические показатели, обосновывающие целесообразность и эффективность их народнохозяйственного использования.

Детальная разведка эксплуатационного участка проводится в целях более детального изучения его геолого-гидрогеологических, гидрогеохимических и геотермальных условий и обоснованного подсчета эксплуатационных запасов подземных вод продуктивных горизонтов по категориям, позволяющим выделение капиталовложений на проектирование их эксплуатации (обычно по категориям A+ B+ Ci). Эксплуатационные запасы оцениваются общепринятыми методами (гидродинамическим, гидравлическим, моделированием и комбинированным на основе утвержденных в ГКЗ кондиционных требований) (1, 2, 5, 6, 8-10).

Детальная разведка и оценка эксплуатационных запасов проводятся применительно к наиболее рациональной в условиях изучаемого месторождения схеме расположения эксплуатационных скважин. С учетом этого положения, а также по экономическим соображениям в процессе детальной разведки закладываются разведочно-эксплуатационные скважины, конструкция которых должна удовлетворять условиям их последующей эксплуатации. На детальной стадии обязательно проведение кустовых откачек (а в сложных природных условиях и длительных опытно-эксплуатационных). Специальные наблюдательные скважины сооружаются лишь при залегании продуктивных горизонтов на глубине не более 500 м, в других условиях в качестве наблюдательных точек используются разведочные и разведочно-эксплуатационные скважины. При необходимости они сосредоточиваются в районах опытных кустов за счет частичного разряжения их на участках с более простыми природными условиями.

В соответствии с целевым назначением в процессе поисково-разведочных работ на глубокие минеральные (минерализованные) воды закладываются обычно скважины следующих категорий: поисковые, разведочные (опытные и наблюдательные), разведочно-эксплуатационные и эксплуатационные. Поскольку при глубоком бурении скважины являются наиболее достоверным и нередко единственным источником информации о разведуемом объекте, каждая из них должна быть тщательно задокументирована, и исследована в процессе ее бурения (отбор и изучение керна, шлама, глинистого раствора, применение пластоиспытателей) и соответствующим образом опробована после сооружения (специальные геофизические, гидрогеологические, термометрические и другие исследования).

При гидрогеологическом и других видах опробования глубоких скважин минеральные, промышленные и термальные подземные воды следует учитывать их специфические особенности, обусловленные химическим составом и физическими свойствами подземных вод (влияние растворенного газа, плотности и вязкости жидкости, изменения температурного режима), конструктивными особенностями скважин (потери напора на преодоление сопротивлений при движении воды по стволу скважины) и другими факторами.

Гидрогеологическое опробование скважин проводится путем выпусков (при самоизливе подземных вод) или откачкой (обычно эрлифтом, реже артезианскими или штанговыми насосами). Схема оборудования и опробования скважин, дающих воду самоизливом, приведена на рис. 57. При опробовании по этой схеме насосно-компрессорные трубы (НКТ) служат для спуска глубинных приборов и используются в качестве пьезометра для наблюдений за уровнем. Их башмак обычно устанавливается на глубине, исключающей выделение свободного газа. Схема оборудования и опробования скважин с уровнем воды ниже устья эрлифтом показана на рис. 58.

На практике применяются однорядные и двухрядные схемы эрлифта. По условиям замера динамического уровня целесообразнее двухрядная схема. Перед опробованием замеряются пластовое давление (статический уровень), температура воды в пласте и на устье скважины, в процессе опробования - дебит, динамический уровень (забойное давление), температура на устье, газовый фактор. Отбираются и исследуются пробы воды и газа.

На точность замеров статического и динамического уровней воды, оказывает влияние растворенный газ, изменение температуры воды, сопротивление движению воды в трубах. Влияние газового фактора можно исключить, измеряя уровни в пьезометрах, опущенных ниже зоны выделения свободного газа, либо глубинными манометрами. В противном случае замеренный уровень воды в скважине будет отличаться от истинного на величину ΔS r , определяемую по формуле Е. Е. Керкиса:

v 0 - газовый фактор, м 3 /м 3 ; Р о, P 1 и Р r - величина давлений атмосферного, устьевого и насыщения, Па; τ - температурный коэффициент, равный τ= 1+t/273 (где t- температура газовой смеси, 0 С); ρ -плотность воды, кг/м 3 ; g- ускорение свободного падения, м/с 2 .

Рис 57. Схема оборудования и опробования скважин, дающих воду

самоизливом: 1 - лубрикатор; 2 - манометры; 3 - фонтанная арматура; 4 - трап-газоотделитель; 5 - измеритель дебита газа; 6- мерная емкость; 7 - задвижка; 8 - насосно-компрессорные трубы; 9 - водоносный горизонт

Рис. 58. Схема оборудования и опробований скважин с уровнем воды ниже устья

При откачке термальных вод из скважины наблюдается удлинениeстолба воды в ней за счет увеличения температуры, при простаивании -«усадка» столба за счет его остывания. Величину температурной поправки Δ St ° при известных значениях температуры воды на устье до откачки t п ° и при изливе t п ° Можно определять по формуле (5):

, (XI.1)

где Н 0 - столб воды в скважине, м; ρ(t 0 °) и ρ(t π °) - плотность воды при температурах t 0 ° и t π °. При больших глубинах скважин (≈2000 м и более) температурная поправка может достигать 10-20 м.

При определении понижения уровня при откачках из глубоких скважин необходимо также учитывать потери напора ΔS н на преодоление сопротивлений движению воды в стволе скважины, определяемые по формуле (IV.35).

С учетом характера влияния рассмотренных факторов допустимая величина понижения уровня S д принимаемая в расчет при оценке эксплуатационных запасов минеральных, промышленных и термальных подземных вод, определяется по формуле

(XI.3)

где h д - допустимая глубина динамического уровня от устья скважины (определяется возможностями водоподъемного оборудования); Р и - избыточное над устьем скважины давление подземных вод; ΔS r , ΔS t ° и ΔS н - поправки, учитывающие влияние газового фактора, температуры и гидравлических потерь напора и определяемые соответственно по формулам (XI.1), (XI.2) и (IV.35).

Эксплуатационная разведка проводится на эксплуатируемых или подготовленных для эксплуатации участках и месторождениях. Она имеет своей целью гидрогеологическое обоснование прироста эксплуатационных запасов и перевода их в более высокие по степени изученности категории, корректировку условий и режима эксплуатации водозаборных сооружений, осуществление прогнозов при изменении режима их эксплуатации и т. д. В процессе эксплуатационной разведки ведутся систематические наблюдения за режимом подземных вод в условиях их эксплуатации. При необходимости обеспечения прироста эксплуатационных запасов возможны разведочные работы на сопредельных с эксплуатационным участком площадях (если это нужно по геолого-гидрогеологическим показателям).

Таковы общие положения и принципы гидрогеологических исследований месторождений минеральных, промышленных и термальных подземных вод. Особенности их проведения на каждом конкретном участке определяются в зависимости от геолого-структурных, гидрогеологических, гидрогеохимических условий изучаемых месторождений, степени их изученности, заданной потребности в воде и других факторов, учет которых обеспечивает целенаправленные, научно обоснованные и эффективные поисково-разведочные работы и рациональное народнохозяйственное освоение месторождений подземных вод (1, 2, 5-10).

§ 2. Некоторые особенности гидрогеологических исследований минеральных, промышленных и термальных подземных вод

Минеральные воды. Для отнесения природных вод к категории минеральных в настоящее время используются нормы, установленные Центральным институтом курортологии и физиотерапии и определяющие нижние пределы содержания отдельных компононтов вод (в мг/л): минерализация - 2000, углекислота свободная - 500, сероводород общий -10, железо - 20, мышьяк элементарный- 0,7, бром - 25, иод - 5, литий - 5, кремневая, кислота - 50, борная кислота - 50, фтор - 2, стронций-10, барий - 5, радий- 10 -8 , радон (в единицах Махе; 1 Махе ≈13,5·10 3 м -3 ·-с -1 = 13,5 л -1 ·с -1) - 14.

Для отнесения минеральных вод к тому или иному их типу по минерализации, содержанию биологически активных компонентов, газов и другим показателям используются критерии оценки, регламентированные ГОСТ 13273-73 (1, 3, 8). Ниже приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых компонентов, установленные для минеральных вод (в мг/л): аммоний (NH 4) + - 2,0, нитриты (NO 2) - -2,0, нитраты (NO 3) - -50,0, ванадий -0,4, мышьяк - 3,0, ртуть - 0,02, свинец - 0,3, селен - 0,05, фтор - 8, хром -0,5, фенолы - 0,001, радий -5·10 -7 , уран - 0,5. Количество колоний микроорганизмов в 1 мл воды не должно превышать 100, коли-индекс - 3. Указанные нормы и значения ПДК. следует учитывать при характеристике качества минеральных вод и геолого-промышленной оценке их месторождений.

Минеральные воды СССР представлены всеми основными их типами: углекислыми, сероводородными, углекисло-сероводородными, радоновыми, йодными, бромными, железистыми, мышьяковистыми, кислыми, слабоминерализованными, термальными, а также неспецифическими и рассольными минеральными водами. Они широко распространены в пределах артезианских бассейнов различного порядка, трещинных водонапорных систем, тектонических зон и нарушений, массивов магматических и метаморфических пород. Месторождения минеральных вод классифицируются по различным признакам (по типу минеральных вод, по условиям их формирования и другим показателям) (1, 3, 7, 8).

Для разведки представляет определенный интерес типизация месторождений по геолого-структурным и гидрогеологическим их условиям. По этим признакам выделяется 6 характерных типов месторождений минеральных вод: 1) пластовые месторождения платформенных артезианских бассейнов, 2) пластовые месторождения предгорных и межгорных артезианских бассейнов и артезианских склонов, 3) месторождения артезианских бассейнов и склонов, связанные с зонами разгрузки глубинных минеральных вод в вышележащие напорные водоносные горизонты («гидроинжекционный» тип), 4) месторождения трещинно-жильных водонапорных систем, 5) месторождения, приуроченные к зонам разгрузки напорных потоков в бассейне грунтовых вод («гидроинжекционный» тип), 6) месторождения грунтовых минеральных вод (1,2).

Месторождения первых двух типов характеризуются относительно простыми гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями, значительными избыточными напорами и естественными запасами. Выделение перспективных для разведки площадей возможно на основе анализа региональных гидрогеологических материалов, рекомендуется разведка бурением и опробованием одиночных скважин (редко кустов). Оценка эксплуатационных запасов целесообразна гидродинамическим и гидравлическим (при значительной тектонической нарушенности пород и газонасыщенности вод) методами.

Гораздо более сложными гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями отличаются месторождения остальных типов и особенно третьего, пятого и шестого. Для них свойственны ограниченные площади развития минеральных вод (типа куполов), изменчивость границ, запасов и химического состава во времени и при откачках, ограниченность эксплуатационных запасов. Для выделения участков под разведку помимо всестороннего анализа региональных материалов нередко требуются проведение поисковых геофизических, термометрических и других видов исследований, бурение поисковых и поисково-зондировочных скважин и их массовое глубинное опробование, специальные съемочные работы. Такие месторождения разведуются бурением скважин по разведочным створам и специальными площадными съемочными работами. В силу значительной неустойчивости химического состава и зависимости эксплуатационных запасов от геолого-тектонических и геотермических условий поступления минеральной составляющей и формирования купола минеральных вод оценка их осуществляется преимущественно гидравлическим методом, перспективно применение метода моделирования.

Детально вопросы методики гидрогеологических исследований выделенных типов месторождений минеральных вод рассмотрены в специальной методической литературе (1, 2, 8). В работе Г. С. Вартаняна (2) особо освещена методика поисков и разведки месторождений минеральных вод в трещинных массивах с детальной их типизацией и анализом особенностей изучения каждого из выделенных типов месторождений.

Промышленные воды . В качестве критериев для отнесения минерализованных природных вод к категории промышленных используются некоторые условные кондиционные показатели, определяющие минимальные концентрации полезных микрокомпонентов и предельно допустимые вредных компонентов, осложняющих технологию промышленного освоения подземных минерализованных вод.

В настоящее время такие показатели установлены лишь для некоторых типов промышленных вод: йодных (йода не менее 18 мг/л), бромных (брома не менее 250 мг/л), иодо-бромных (иода не менее 10, брома не менее 200 мг/л), иодо-борных (иода не менее 10, бора не менее 500 мг/л). Содержание в воде нафтеновых кислот не должно превышать 600 мг/л, нефти - 40 мг/л, галоидопоглощение должно быть не выше 80 мг/л, щелочность воды - не более 10-90 молей/л.

Ведутся соответствующие исследования по изучению условий извлечения из подземных вод некоторых других промышленно ценных компонентов: бора, лития, стронция, калия, магния, цезия, рубидия, германия и.др.

Указанные выше показатели не учитывают условий эксплуатации промышленных вод, метода извлечения микрокомпонентов, условий сброса отработанных вод и других факторов, определяющих экономическую целесообразность промышленного извлечения микрокомпонентов. Использование их целесообразно лишь при общих ориентировочных оценках возможности промышленного освоения подземных вод. При этом условно принимается, что при глубине скважин 1-2 км и предельном положении динамического уровня на глубине 300-800 м дебит отдельных скважин должен быть не менее 300-1000 м 3 /сут. Реальные показатели, определяющие условия целесообразного использования промышленных вод того или иного месторождения для извлечения промышленных компонентов, устанавливаются в процессе поисково-разведочных работ на основе повариантных технико-экономических расчетов. Это так называемые кондиционные показатели, являющиеся основой геолого-промышленной оценки месторождений промышленных вод.

Подземные промышленные воды все более привлекают пристальное внимание ученых как источник минерально-сырьевых и энергетических ресурсов. Известно, что помимо основных солей - хлоридов натрия, калия, магния и кальция - минерализованные подземные воды и рассолы содержат в своем составе огромный комплекс металлических и неметаллических микрокомпонентов (в том числе редких и рассеянных химических элементов), комплексное извлечение которых может сделать эти воды исключительно ценным сырьем для химической и энергетической промышленности и существенно повысить экономическую эффективность их промышленного использования.

В Советском Союзе промышленные воды используются в основном для добычи иода и брома. Разрабатывается технология промышленного извлечения из подземных вод и некоторых других микрокомпонентов (лития, стронция, калия, магния, цезия, рубидия и т. д.). В США из подземных вод, кроме иода и брома, добывают литий, вольфрам и соли (СаСl 2 , MgSO 4 , Mg(OH) 2 , KClи MgCl 2). Подземные минерализованные воды и рассолы, имеющие промышленное значение, широко развиты на территории СССР. Они находятся обычно в глубоких частях артезианских бассейнов древних и эпигерцинских платформ, предгорных и межгорных впадинах альпийской геосинклинальной зоны юга СССР. Обобщение большого количества региональных материалов позволило коллективу советских гидрогеологов составить карту промышленных вод территории СССР, на основе которой составлена схематическая карта перспективных районов СССР на различные типы промышленных вод (5, 6). В настоящее время под руководством сотрудников института ВСЕГИНГЕО составляются карты региональной оценки эксплуатационных и прогнозных запасов промышленных вод для отдельных регионов и территории СССР в целом.

Анализ региональных материалов и опыта разведки промышленных вод свидетельствует о том, что для разведки, и геолого-промышленной оценки по особенностям характера залегания, распространения и гидродинамическим условиям месторождения промышленных вод могут быть подразделены на два основных типа:

1) месторождения, расположенные в крупных и средних артезианских бассейнах платформенных областей, краевых и предгорных прогибов, характеризующиеся относительно спокойным региональным распространением выдержанных продуктивных горизонтов, и

2) месторождения, приуроченные к водонапорным системам горно-складчатых областей, характеризующиеся наличием сложнодислоцированных структур с тектоническими нарушениями разрывного характера, разделяющими продуктивные водоносные горизонты одноименных стратиграфических комплексов.

Принадлежность месторождений промышленных вод к тому или иному типу определяет особенности проведения гидрогеологических исследований при их разведке и геолого-промышленной оценке.

При изучении месторождений промышленных вод и подготовке их к промышленному освоению необходимо, прежде всего, выявить: 1) размеры месторождения; 2) его положение в пределах водонапорной системы; 3) глубину залегания и мощность промышленной водоносной зоны; 4) гидрогеологические и гидродинамические особенности и т. д. Вместе взятые эти факторы позволяют оценить гидрогеологические условия месторождения, обосновать принципиальную расчетную схему, оценить количество, качество и условия залегания промышленных вод, провести геолого-промышленную оценку месторождения и наметить рациональные пути его освоения.

Несмотря на разнообразие условий залегания и распространения промышленных вод, для их месторождений характерны следующие общие черты, определяющие особенности их поисков и разведки: 1) расположение продуктивных горизонтов в глубоких частях артезианских бассейнов (глубина их залегания достигает 2000-3000 м и более); 2) широкое распространение продуктивных отложений, их относительная выдержанность и высокая водообильность; 3) значительные размеры месторождений и их эксплуатационных запасов; 4)проявление упруговодонапорного режима при эксплуатации; 5) наличие нескольких продуктивных горизонтов в разрезе месторождений; 6) ограниченность участков, в пределах которых рациональна эксплуатация месторождения, и др.

Каждая из перечисленных выше особенностей, характеризующих подземные промышленные воды, определяет особый подход при поисках и разведке их месторождений. Так, глубокое залегание продуктивного пласта и наличие в разрезе месторождения нескольких промышленных горизонтов обусловливает необходимость бурения глубоких дорогостоящих скважин и сложное геолого-гидрогеологическое опробование их, обеспечения возможности использования поисковых скважин для разведки, а разведочных для эксплуатации, широкого привлечения материалов региональных исследований и использования нефтяных и газовых скважин в поисково-разведочных целях. Широкое региональное распространение продуктивных отложений, большая глубина их залегания и особенности формирования эксплуатационных запасов при упруговодонапорном режиме эксплуатации приводят к необходимости изучения гидрогеологических параметров водоносных отложений на значительной территории их распространения и выявления геолого-структурных особенностей для установления границ эксплуатационных участков и т. д.

Функции поисковых, разведочных, разведочно-эксплуатационных и эксплуатационных скважин при исследовании промышленных вод особенно весомы и разнообразны. По результатам изучения разрезов скважин в процессе бурения (исследования керна, шлама, глинистого раствора, механический каротаж, геофизические исследования, специальные методы) и последующему их опробованию решаются задачи по стратиграфическому, литологическому и гидрогеологическому расчленению продуктивной части разреза, оценке физических свойств, химического и газового состава подземных вод, выявлению геохимической обстановки участка, коллекторских свойств продуктивных горизонтов, условий эксплуатации скважин, определению технологических показателей промышленных вод и т. д.

Наиболее целесообразными методами оценки эксплуатационных запасов являются гидродинамический, моделирование и реже гидравлические. Для месторождений промышленных вод крупных артезианских бассейнов платформенных областей и средних артезианских бассейнов краевых и предгорных прогибов, характеризующихся широким региональным распространением продуктивных горизонтов и сравнительно простыми гидрогеологическими условиями, наиболее целесообразно применение гидродинамических методов. Правомерность схематизации отдельных элементов гидрогеологических условий может быть обоснована результатами моделирования, опытными данными и т. д. При значительной степени изученности месторождения возможна оценка эксплуатационных запасов методами моделирования.

Для месторождений промышленных вод геосинклинальных областей, характеризующихся невыдержанностью продуктивных горизонтов и сложными гидрогеологическими условиями (неоднородность, наличие контуров питания, выклинивания, смещений и т. д.), целесообразно комплексное применение гидродинамических и гидравлических методов оценки эксплуатационных запасов. При значительной степени изученности возможно применение гидродинамических методов и моделирования, а на отдельных месторождениях в качестве самостоятельного метода оценки эксплуатационных запасов может быть рекомендован метод моделирования.

Существенное значение в геолого-промышленной оценке место-рождений промышленных и термальных вод и выборе путей их рационального народнохозяйственного использования имеют технико-экономические расчеты и обоснования. Принципы таких расчетов и обоснований были изложены ранее (см. гл. IX, § 2 и 3) и детально рассмотрены в методическом пособии (5).

При разведке, геолого-промышленной оценке и обосновании проектов разработки месторождений промышленных вод следует иметь в виду возможность эксплуатации промышленных вод в условиях поддержания пластового давления (ППД). Возможность и целесообразность применения этого способа определяются отсутствием в настоящее время водоподъемного оборудования, обеспечивающего эксплуатацию скважин при понижениях уровня более 300 м от поверхности земли и дебитах скважин 500-1000 м 3 /сут и более, а также большими трудностями в организации сброса отработанных вод поверхностным путем (большая стоимость очистки сточных вод, отсутствие объектов для сброса вод или их большая удаленность и т. д.). В таких условиях способ эксплуатации промышленных вод с обратной закачкой отработанных вод в продуктивные пласты и поддержанием в них необходимого пластового давления представляется наиболее выгодным. При этом наряду с поддержанием благоприятных условий эксплуатации скважин (высокий динамический уровень, возможность использования различных видов водоподъемного оборудования большой производительности, постоянство режима эксплуатации и т. д.) обеспечивается утилизация отработанных предприятием вод, создаются возможности существенного увеличения эксплуатационных запасов и более полной сработки естественных запасов промышленных вод, исключается загрязнение поверхностных водотоков и т. д.

Оценка эксплуатационных запасов промышленных вод и проектирование их разработки возможны лишь на основе учета и соответствующего прогноза условий работы эксплуатационных и нагнетательных скважин, характера и темпов продвижения закачиваемых в продуктивные пласты некондиционных вод (с обязательным учетом влияния неоднородности коллекторских свойств), оценки масштабов разубоживания промышленных вод, обоснования наиболее рациональной схемы размещения водозаборных и нагнетательных скважин. Для решения указанных задач может возникнуть необходимость в постановке специальных опытных работ и испытаний скважин, применении моделирования для осуществления гидродинамических и гидрогеохимических прогнозов процесса раз-работки месторождения, разработки эффективных средств контроля и управления процессом эксплуатации водозаборных и нагнетательных скважин.

Термальные воды. К термальным относят воды с температурой выше 37° С (на практике нередко учитывают и воды с температурой более 20°С). Подземные воды с температурой выше 100°С относят к парогидротермам (8-10).

Термальные воды широко распространены на территории СССР. Залегают они обычно на значительных глубинах в пределах платформенных и горно-складчатых областей, а также в областях молодого и современного вулканизма. Во многих районах термальные воды являются одновременно и минеральными (т. е. имеют бальнеологическую ценность), а нередко и промышленными (вернее, все промышленные подземные воды являются термальными). Это обстоятельство предопределяет большие перспективы их комплексного народнохозяйственного использования.

Прекрасный сказочный город Теплогорск с чистым воздухом и улицами, с термальными плавательными бассейнами, геотермальной электростанцией, обогреваемыми улицами, вечнозеленым парком, субтропической растительностью и целебными ваннами в домах, описанный в книге И. М. Дворова «Глубинное тепло Земли»,- это не сказка, а завтрашняя реальность, которая воплотится в жизнь благодаря использованию термальных подземных вод. Теплогорск - это прообраз городов ближайшего будущего на Камчатке, Чукотке и Курильских островах, в Западной Сибири и многих других районах СССР.

Термальные воды используются в теплоэнергетике, отоплении, для горячего водоснабжения, хладоснабжения (создания высокоэффективных холодильных установок), в парниково-тепличном хозяйстве, в бальнеологии и т. д. (4, 6, 9). Перспективы использования термальных вод на территории СССР нашли отображение на схематической карте, представленной на рис. 7 (см. гл. II).

По предварительным подсчетам (4) прогнозные запасы термальных вод (до глубины залегания 3500 м) на территории СССР составляют 19 750 тыс. м 3 /сут, а эксплуатационные - 7900 тыс. м 3 /сут. С увеличением глубин бурения скважин на термальные воды может существенно возрасти их теплоэнергетический потенциал.

Для разведки и оценки эксплуатационных запасов месторождения термальных вод могут быть типизированы следующим образом:

1) месторождения артезианских бассейнов платформенного типа,

2) месторождения артезианских бассейнов предгорных прогибов и межгорных впадин, 3) месторождения трещинных систем изверженных и метаморфических пород, 4) месторождения трещинных систем вулканических и вулканогенно-осадочных пород.

Месторождения термальных вод первых двух типов аналогичны соответствующим типам месторождений промышленных вод, особенности поисков и разведки которых были рассмотрены ранее. Для оценки эксплуатационных запасов термальных вод таких месторождений наиболее эффективен гидродинамический метод.

Месторождения трещинных систем изверженных и метаморфических пород, омоложенных горно-складчатых систем характеризуются выходами термальных вод по линиям тектонических нарушений, незначительными естественными запасами термальных вод, влиянием на их режим и условия движения вышезалегающих подземных вод. Поэтому на стадии поисков здесь целесообразны крупномасштабная структурно-гидрогеологическая и термометрическая съемки (выявление тектонических нарушений, зон трещиноватости, зон движения термальных вод и т. д.). В скважинах целесообразно проведение комплекса термометрических и геофизических исследований и их зонального гидрогеологического опробования. На стадии предварительной разведки закладываются, исследуются и опробуются длительными опытно-эксплуатационными откачками (выпусками) разведочно-эксплуатационные скважины (с систематическими наблюдениями за режимом расходов, уровней, температуры, химического состава подземных вод). Эксплуатационные запасы лучше оценивать гидравлическим методом, совмещая предварительную разведку с детальной. При возможности подтягивания в процессе эксплуатации некондиционных по температуре вод целесообразно предварительно заложить наблюдательные скважины по створу, проходящему через зону разгрузки термальных вод.

Месторождения трещинных систем районов современного и недавнего вулканизма отличаются небольшой глубиной залегания, высокой температурой и небольшой минерализацией термальных вод, наличием многочисленных термоаномалий, трещиноватостью коллекторов, проявлением парагидротерм (характеризуются температурой, дебитом, давлением пара и уровнем воды, определяющими высоту выброса воды и пара). На стадии поисков эффективны аэрофотосъемка, поверхностная термометрическая съемка (измерение температуры в источниках, поверхностных водоемах, грязевых котлах и т. д.), гидрогеологическая съемка, геофизические исследования. Месторождения и участки оконтуривают с помощью геотермических карт и профилей. Разведочные скважины размещают вдоль установленных тектонических нарушений, к которым приурочены очаги разгрузки парогидротерм.

Эксплуатационные запасы оценивают обычно гидравлическим методом. Для оценки парогидротерм необходимо прогнозировать все характеризующие их компоненты (температуру, расход пара и его давление, уровень воды).

К специфическим вопросам, требующим своего решения при оценке эксплуатационных запасов термальных вод, относятся следующие: 1) прогноз температуры воды на устье эксплуатационной скважины (по термометрическим наблюдениям по стволу скважины и с помощью аналитических решений), 2) оценка и учет влияния газового фактора (измерение газового фактора и введение поправок при определении и прогнозах положения уровней воды), 3) расчеты и прогнозы по подтягиванию контуров холодных вод из областей питания и разгрузки подземных вод.

Детально вопросы поисков, разведки и геолого-промышленной оценки месторождений термальных вод рассмотрены в руководствах (6,8-10).

ЛИТЕРАТУРА

1.Вартанян Г. С, Яроцкий Л. А. Поиски, разведка и оценка эксплуатационных запасов месторождений минеральных вод (методическое руководство). М., «Недра», 1972, 127 с.

2.Вартанян Г. С. Поиски и разведка месторождений минеральных вод в трещинных массивах. М., «Недра», 1973, 96 с.

3.Воды минеральные питьевые, лечебные и лечебно-столовые. ГОСТ 13273-73. М., Стандартгиз, 1975, 33 с.

4.Дворов И. М. Глубинное тепло Земли. М., «Наука», 1972, 206 с.

5.Изыскания и оценка запасов промышленных подземных вод (методическое пособие). М, «Недра», 1971, 244 с.

6.Маврицкий Б. Ф., Антоненко Г. К. Опыт исследования, разведки и использования в практических целях термальных вод в СССР и за рубежом. М., «Недра», 1967, 178 с.

7.Овчинников А. М. Минеральные воды. Изд. 2-е. М., Гоеолтехиздат. 1963, 375 с.

8.Справочное руководство гидрогеолога. Изд. 2-е, т. 1. Л., «Недра», 1967, 592 с.

9.Фролов Н. М., Гидрогеотермия. М., «Недра», 1968, 316 с.

10.Фролов Н. М., Язвин Л. С. Поиски, разведка и оценка эксплуатационных запасов термальных вод. М., 1969, 176 с.

11. Швец В. М. Органические вещества подземных вод. М., «Недра», 1973, 192 с.

12. Щербаков А. В. Геохимия термальных вод. М., «Наука», 1968, 234 с.