ГИДРОГЕОЛОГИЯ Тудвачев Алексей Викторович Предмет гидрогеологии Гидрогеология

ГИДРОГЕОЛОГИЯ Тудвачев Алексей Викторович

Предмет гидрогеологии Гидрогеология – учение о подземных водах Гидрогеология изучает: - происхождение подземных вод; - физико-химические свойства подземных вод и закономерности их изменения; - динамику подземных вод (физика пласта) - прикладные задачи.

Базовые подразделения гидрогеологии Гидрогеология Гидрогеохимия Гидрогеодинамика

Историческая справка IV в до н. э. Аристотель – связь между осадками и речным стоком; 937 -1048 гг. Абу-р-Райхай ал-Бируни – роль гидростатоического давления в движении подземных вод; 1656 -1724 гг. Э. Галлей – круговорот воды, питание ПВ за счет осадков; 1738 г. Д. Бернулли – «Гидродинамика или комментарии о силах и движении жидкости» . 1805 г. А. Гумбольт и Гей-Люссак предложили формулу воды Н 2 О; 1856 г. А. Дарси – линейный закон фильтрации; 1882 г. И. В. Мушкетов, С. Н. Никитин, Н. А. Соколов. Создание Росгеолкома – гидрогеологическое картирование по России; 1902 г. Зюсс – теория ювенильных вод; 1935 г. В. И. Вернадский «История природных вод» Гидродинамическое направление: Ж. Буссинеск (1842 -1929), Ф. Форхгеймер(1852 -1933), Л. С. Лейбензон. Гидрохимическое: (В. А. Сулин, Н. И. Толстихин, О. А. Алекин).

Гидрогеология сегодня Фундаментальная наука обеспечивающая решение большого спектра прикладных задач в различных отраслях экономики. Современные тенденции гидрогеологии – применение математических методов не только для качественных, но и для количественных расчетов тепломассопереноса в геологической среде, а так же химических и термодинамических процессов для различных целей.

Прикладные задачи гидрогеологии: Оценка запасов и ресурсов подземных вод (ПВ) для хоз-пит. водоснабжения, технических и промышленных целей; Геоэкологические (вопросы загрязнения подземных вод, миграция загрязнителя); Нефтегазопромысловые и поисковые; Разработка месторождений ТПИ; Инженерные: строительство, мелиорация; Геотермальной энергетики

Оценка запасов и ресурсов подземных вод (ПВ) 1. Хозяйственно-питьевое водоснабжение за счет подземных вод и техническое водоснабжение. 2. Оценка элементов водного баланса территории для различных целей. 3. Оценка запасов промышленных и минеральных вод (гидроминерального сырья, кондиции)

Пример «Подсчет эксплуатационных запасов ПВ для водоснабжения г. Кировск Мурманской обл. » .

Карта гидроизогипс межгорного артезианского бассейна – долины р. Юкспорйок

Разрез межгорного артезианского бассейна долины р. Юкспорйок Эксплуатационные запасы подпорожского водоносного горизонта составляют 10 000 м 3/сут

Пример Оценка запасов ПВ межморенного водоносного комплекса для водоснабжения Курортного района Санкт-Петербурга методом математического моделирования.

Модельное представления участка «Дюны»

Геоэкология 1. Контроль и борьба с загрязнением подземных вод от различных источников (существующее и потенциальное): - Химическое загрязнение; - Радионуклиды; - Нефтяное загрязнение; - Биологическое загрязнение; 2. Утилизация пром. стоков, СО 2 в поглощающие горизонты.

Пример Обоснование возможности захоронения избыточных рассолов с использованием численного фильтрационно-миграционного моделирования (на примере Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей ВКМКМС)

Численная геофильтрацио нная 3 D-модель в южной части ВКМКМС (г. Березники, Пермский край).

Результаты эпигнозного моделирования формирования естественной вертикальной гидрогеохимической зональности в южной части ВКМКМС (трехмерное представление).

Результаты прогнозного моделирования формирования ореолов техногенного засоления района

Нефтегазопромысловая и поисковая гидрогеология 1. Нефтегазопоисковые критерии. 2. Нефтегазопромысловая гидрогеология (заводнение пласта, гидрогеологический контроль)

Нефтегазопоисковые критерии Общегидрогеологические: (тип бассейна, размеры, коллекторские свойства, надежность региональных водоупоров и т. д. ). Гидродинамические: скорость движения ПВ, очаги разгрузки, величина пьезометрического уклона и падения горизонтов, . Гидрохимические: солевой состав, редкие и рассеянные элементы (V, Ni, Cr, Cu, Co, Sn, Pb и др. ), органическое вещество Газовые: общ. газонасыщенность, содерж. СН 4 , СО 2, N, Ar, He. . . Геотремические: температура, тепловой поток, геотермическая ступень, геотермический градиент (сред. 3 о. С на 100 м). Микробиологические: бактерии окисляющие УВ, сульфатредуцирующие бактерии.

Нефтегазопромысловая гидрогеология 1. Контроль динамики заводнения пласта при эксплуатации залежи УВ. 2. Контроль химического состава ПВ для: выявления источника притока ПВ к скважине, борьбы с коррозией, солеотложением, АСПО, образованием гидратов в призабойной зоне пласта, в скважинах и на оборудование.

Пример Прогноз эксплуатации пласта ЮВ 1 Северо Покурского нефтяного месторождения

Начальное распределение нефти и воды в пласте ЮВ 1 до начала эксплуатации. Красным нефть, синим – вода.

Рис. Рост обводненности скважинной продукции со временем Обводнение неизбежно, Вопрос насколько быстро оно наступит?

Проблема солеотложения Пример Карашурское ПХГ

Разработка месторождений ТПИ 1. Дренаж, борьба с обводнением горных выработок. 2. Устойчивость бортов горных выработок.

Карьер трубки «Архангельская» Водоотлив из Водопонизительных скважин: 24 000 м 3/сут, Суммарный водоотлив Составляет 53 000 м 3/сут водопотребность города около 50 000 населения.

Инженерная гидрогеология Гидрогеологические изыскания при строительстве; Прогноз подтопления территории; Оценка утечек воды из водохранилищ; Мелиорация; Бурение гидрогеологических скважин под Орловский тоннель

Проект строительства Орловского тоннеля под Невой

Геотермальная энергетика

Мощность Мутновской Гео. ЭС 62 МВт обеспечивает 35% потребности в электроэнергии Камчатки

Общая характеристика гидросферы Общее количество воды на Земле около 1800 млн км 3 или 1 % от массы Земли (Г. М. Сухарев) из них: 1370 млн км 3 – Мировой океан; на суше: 25 млн км 3 – ледники (в переводе на воду, 90% в Антарктиде) 0, 23 млн км 3 – озера и реки; в атмосфере: 0, 0123 млн км 3 – тропосфера до 18 км; 0, 52 млн км 3 годовое испарение и осадки; подземная гидросфера: 400 млн. км 3 (по Вернадскому: 8, 5% влаги до глубины 20 км) или 840 млн км 3 – до границы Мохоровичича, при 10% влаги мощности ЗК от 4, 7 -35 км (Польдерварт)

(около 35 млн м 3)

Обеспеченность пресной водой на душу населения Доступность и потребление пресной воды

Водный баланс

Водный баланс Малый круговорот (за год, океан): Им = О м Большой круговорот (среднемноголетнее): Ис = Ос – С (суша) Им=Ом+С (океан) Иб=Об (бессточные области) По земному шару: Им+Ис+Иб=Ом+Ос+Об

Поверхностный и подземный сток Сток – передвижение дождевой и талой воды по земной поверхности (поверхн. сток) и в толщах горных пород (подземный сток); Сток: - климатические условия, вид осадков; -рельеф, состояние склонов; - водопроницаемость пород; - искусственные мероприятия; М = Q*103/Sбас [л/с, на 1 км 2] – модуль стока. Q – среднегодовой расход м 3/с; Sбас – водосборная площадь бассейна реки , М = 5 -6 л/с км 2 по СССР, амплитуда 0 -75 л/с км 2

Мобщ = Мпов+Мпод = n%Мпов Мпод = Qпод/Sпод * 103 л/с*км 2 Мпод = 0, 1 – 20 л/с км 2 Qпод = Q 1 -Q 2

Виды воды в горных породах Свободная вода: свободная гравитационная вода капиллярная вода (rпор= 30 -500 • 10 -9 м), Физически связанная вода (rпор= 1, 5 -30 • 10 -9 м) : - рыхлосвязанная - стыковая - адсорбированная (удерживается породой Р=1000 МПа) Сорбционно-замкнутая Химически связанная: Кристализационная. (цеолиты, опал Si. O 2 • n. H 2 O, гипс Ca. SO 4 • 2 Н 2 O, монтмориллонит Ca, Na. . . Mg, Al, Fe 2 [(Si, Al)4 O 10] (OH)2·n. H 2 O),

(Виды воды в литосфере по А. А. Карцеву)