Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ и обоснование рабочей гипотезы

3. Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ и обоснование рабочей гипотезы

В соответствии с геологическим заданием (см. главу 1.) при проектировании гидрогеологических исследований на стадии «оценка месторождения» необходимо действовать согласно структурной схеме (см. стр. 11) организации и проведения ГГИ с целью информационного обеспечения решения всех задач поставленных на этой стадии.

На первом этапе в соответствии с указанной схемой необходимо выполнить анализ всей имеющейся информации о районе и объекте исследований и на этой основе построить рабочую гипотезу.

3.1 Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ

Район работ входит в состав Центрально-Казахстанской водоносной системы (по А.М. Овчинникову) или Центрально-Казахстанской гидрогеологической складчатой области (по Н.И. Толстихину). Эта область представляет собой мелкосопочник с долинами и котловинами, разделяемыми грядами высотой от 200 до 600 м. Область характеризуется континентальным климатом, жарким летом и незначительным количеством атмосферных осадков (от 100 мм в год на юге до 400 мм в год на севере). Для области характерно развитие грунтовых вод в зонах экзогенной и эндогенной трещиноватости изверженных и метаморфизованных пород разного состава, а также грунтовых вод в осадочных породах, в основном в аллювиальных отложениях современных и погребенных речных долин. Рассматриваемая территория входит в Тенгиз-Кургайджинский гидрогеологический район.

Анализ геолого-гидрогеологических условий изучаемого района (см. главу 2.) показывает, что единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения является водоносный горизонт аллювиальных отложений долины р. Назарбай. Как показывают карта и разрезы (рис. 1, 2, 3) горизонт имеет значительное распространение в районе, протягиваясь с северо-востока на юго-запад широкой полосой в 4000 – 4500 м. На разрезах показано взаимоотношение горизонта с соседними (расположенными ниже) водами. Этот водоносный горизонт по данным поисковых работ по своим количественным и качественным характеристикам может обеспечить заявленную потребность в воде равную

В условиях жаркого климата и небольшого количеством осадков имеет место высокая испаряемость до 2500 мм в год. В таких условиях реки обладают неравномерным режимом стока, то есть в паводки они имеют значительный расход и существенное сокращение расходов вплоть до полного исчезновения в межень.

3.2 Обоснование рабочей гипотезы

Исходя из вышесказанного, объектом наших исследований является месторождение подземных вод (МПВ), приуроченное к водоносному горизонту аллювиальных отложений р. Назарбай. Исследования объекта проводятся на стадии «оценка месторождения». По условиям, определяющим методику поисково-разведочных работ, объект изучения представляет собой МПВ речных долин (тип I). Так как р. Назарбай характеризуется крайне неравномерным сезонным стоком, то исследуемое МПВ может быть отнесено к месторождениям подземных вод речных долин с необеспеченным поверхностным стоком. Продуктивные водоносные отложения представленные гравелистыми песками и галечниками заполняют эрозионный врез р. Назарбай и имеют характерное для МПВ речных долин волосообразное распространение. Средняя мощность водоносного горизонта в районе работ составляет., полная мощность аллювия составляет . Глубина до УГВ порядка 5 м.

Горизонт характеризуется высокими фильтрационными и емкостными свойствами:

- коэффициент фильтрации ;

- водоотдача ;

- водопроводимость ;

- уровнепроводность .

Предположительно, рассматриваемый горизонт является условно-однородным.

Продуктивный водоносный горизонт распространён в виде полосы с преобладающей шириной B = 4000-4500 м с северо-востока на юго-запад района. Общая длина полосы около 25000 м (в пределах карты).

Питание водоносного горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, поглощения поверхностных вод, в том числе паводковых, а также, в условиях полуаридного климата, за счет конденсации водяных паров в зоне аэрации. Разгрузка подземных вод, скорее всего, осуществляется в русло реки.

Судя по всему, водоносный горизонт аллювиальных отложений имеет тесную гидравлическую связь с водами р. Назарбай (гравийно-галечниковые отложения, бурные паводки и т.д.). Однако сильные сезонные колебания поверхностного стока реки не дают нам оснований рассматривать её в качестве контура постоянного напора. В то же время отсутствие данных о внутригодовом распределении стока не позволяет судить о восполнении эксплуатационных запасов подземных вод (ЭЗПВ) речными водами. Кроме того, нет никаких данных о качестве вод р. Назарбай.

В рассматриваемых условиях возможными источниками формирования ЭЗПВ могут являться:

1.  естественные запасы подземных вод -;

2.  привлеченные ресурсы в период наличия поверхностного стока -;

3.  естественные ресурсы потока - ;

4.  конденсация водяных паров в зоне аэрации - .

Таким образом, балансовое уравнение эксплуатационных запасов подземных вод может быть записано в следующем виде:

; (1)

где t – время сработки запасов;

 и  - коэффициенты (доля) сработки естественных запасов и ресурсов подземных вод.

На данном этапе изучения, ввиду отсутствия необходимых данных, количественная оценка может быть выполнена только для первой составляющей ЭЗПВ, то есть для естественных запасов подземных вод:

; (2)

где μ – водоотдача;

Vпл – объём пласта, вычисляемый по формуле:

 (3)

Для оценки естественных запасов Vе зададимся геометрическими размерами пласта-полосы в пределах изучаемого района:

- ширина пласта-полосы:;

- длина пласта-полосы:;

- средняя естественная мощность:hе ср = 30м.

Примем:.

Подставив эти значения в уравнения (2) и (3), получим:

Добыча воды водозабором за расчетный период 25 лет (10000 сут) при потребности Qсум = 40000 м³/сут составит:

Сопоставление возможного водоотбора за весь срок эксплуатации с величиной естественных запасов подземных вод свидетельствует, что организация водоснабжения поселка с предоставляется возможным, т.к. естественные запасы подземных вод в 2.5 раза превышают возможный водоотбор. При этом никак не учитывались другие источники формирования ЭЗПВ.

Как показывает анализ геолого-гидрогеологических условий, в пределах изучаемого месторождения выделяются два участка, различающихся по гидрогеохимическим условиям формирования ЭЗПВ. Это северо-восточный и юго-западный участки примерно одинаковые по своим размерам (см. рис. 1,2). В пределах северо-восточного участка продуктивный аллювиальный водоносный горизонт как бы вложен в непроницаемые глинистые отложения неогена. То есть дно и борта долины непроницаемы с выполнением ГУ-II (). В соответствии с этим при эксплуатации водозабора в пределах этого участка исключается подтягивание некондиционных вод девонских отложений.

В пределах юго-западного участка продуктивный горизонт залегает непосредственно на трещиноватых породах девона, характеризующихся наличием в них солоноватых и солёных вод (с минерализацией до 10 г/л), в связи с чем, при эксплуатации водозабора на этом участке возможно подтягивание некондиционных вод девонских отложений.

Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее перспективным участком МПВ для проведения гидрогеологических исследований на стадии "оценка месторождения" является северо-восточный участок, длина которого в пределах листа карты вверх по долине реки составляет около 12,5 км при преобладающей ширине полосы 4000-4500 м и средней мощности водоносного горизонта равной 30 м.

Как показывает выполненный анализ, гидрогеологические условия изучаемого МПВ относительно простые. Они могут быть схематизированы и представлены в виде типовой расчётной схемы. Расчётная схема представлена на рис. 4.

В пределах перспективного (северо-восточного) участка расчетная схема месторождения представляет собой грунтовый условно-однородный поток в виде пласта полосы (в плане) с двумя непроницаемыми условно параллельными границами (борта долины), на которых выполняются ГУ-II рода (). Вверх и вниз по реке пласт принимается бесконечным.

Роль реки на данном этапе оценки месторождения не учитывается. В данных условиях наиболее оптимальным методом оценки ЭЗПВ является гидродинамический. Этот метод позволяет учесть основные особенности формирования эксплуатационных запасов подземных вод изучаемого МПВ.

В целом гидрогеологические условия месторождения являются достаточно простыми, однако, учитывая отсутствие сведений о режиме р. Назарбай (режиме уровня, качества, расходов), рассматриваемое МПВ следует отнести ко II группе сложности, то есть к месторождению подземных вод со сложными гидрогеологическими условиями.

Рис. 4. Расчетная схема МПВ на перспективном (северо-восточном) участке