Скачать презентацию Условия формирования различных типов ПВ Межпластовые подземные воды Скачать презентацию Условия формирования различных типов ПВ Межпластовые подземные воды

Лекция_7_межпластовые_и_трещинные_воды.ppt

  • Количество слайдов: 24

Условия формирования различных типов ПВ Межпластовые подземные воды • Межпластовые водоносные горизонты – водоносные Условия формирования различных типов ПВ Межпластовые подземные воды • Межпластовые водоносные горизонты – водоносные горизонты, залегающие между двумя слабопроницаемыми пластами. • Межпластовые горизонты всегда имеют “водоупорную” кровлю и подошву. • Межпластовые воды характерны для геологических структур, сложенных слоистыми осадочными образованиями. В первую очередь – это континентальные платформы, где мощность субгоризонтально залегающего осадочного чехла может достигать 20 -24 км.

Межпластовые подземные воды Строение континентальных платформ I II I – осад. чехол платф. II Межпластовые подземные воды Строение континентальных платформ I II I – осад. чехол платф. II – фундамент платф. Осадочный чехол (с мощностью до 20 -24 км) характеризуется чередованием пород с различной водопроницаемостью, это и определяет широкое распространение здесь межпластовых вод

Межпластовые подземные воды • Межпластовые горизонты, залегающие выше уреза основных дрен (рек, озер и Межпластовые подземные воды • Межпластовые горизонты, залегающие выше уреза основных дрен (рек, озер и т. д. ) бывают водонасыщенными не на полную мощность. Подземные воды в таких горизонтах обладают свободной поверхностью (как и грунтовые воды) и поэтому часто называются межпластовыми безнапорными водами. • Межпластовые горизонты, залегающие ниже уровня основных дрен, бывают водонасыщенными на полную мощность и характеризуются определенным пластовым давлением. Это давление определяет подъем воды над кровлей водоносного горизонта на определенную высоту (h=P/ρ или h=P/γ). Такие межпластовые воды (горизонты) называются напорными, иногда артезианскими водами.

Межпластовые подземные воды Безнапорные и напорные межпластовые горизонты Межпластовые подземные воды Безнапорные и напорные межпластовые горизонты

Межпластовые подземные воды Пьезометрическая кривая Н 1 и Н 2 – напоры (гидростатические напоры); Межпластовые подземные воды Пьезометрическая кривая Н 1 и Н 2 – напоры (гидростатические напоры); h 1 и h 2 - избыточные напоры над кровлей горизонта (пьезометрическая высота или пьезометрический напор); Z 1 и Z 2 – высота над плоскостью сравнения

Межпластовые подземные воды • Подъем подземных вод в межпластовых горизонтах при их вскрытии скважинами Межпластовые подземные воды • Подъем подземных вод в межпластовых горизонтах при их вскрытии скважинами (колодцами) определяется пластовым давлением. • Пластовое давление – это давление, под которым находится вода в пласте. • Величина пластового давления в целом пропорциональна глубине залегания водоносного горизонта. • В верхней части разреза (это обычно 3 -5 км) пластовое давление примерно соответствует гидростатическому давлению, т. е. соответствует высоте столба воды от уровня залегания водоносного горизонта до поверхности Земли. • В глубоких горизонтах пластовое давление может превышать гидростатическое и достигать значений геостатического (литостатического) давления (Ргео = 2, 5*Ргидр , т. к. Р=ρ*g*h, а плотность пород больше плотности воды).

Межпластовые подземные воды Схема изменения пластовых давлений с глубиной Межпластовые подземные воды Схема изменения пластовых давлений с глубиной

Межпластовые подземные воды • Пластовое давление может меняться от гидростатического до геостатического. • В Межпластовые подземные воды • Пластовое давление может меняться от гидростатического до геостатического. • В редких случаях пластовое давление может превышать геостатическое и быть ниже гидростатического. • Пластовое давление, превышающее гидростатическое, называется аномально высоким пластовым давлением (АВПД); а пластовое давление ниже гидростатического – называется аномально низким пластовым давлением (АНПД). • АВПД развивается при затрудненных условиях движения подземных вод. В этом случае часть геостатического давления может передасться воде, и пластовое давление может быстро возрасти до геостатического (и в этом случае на минеральный скелет давления не будет, т. к. Ргео = Рмин. скел. + Рвода ). • Пластовое давление, превышающее гидростатическое, возможно в условиях хорошей изоляции подземных вод и при дополнительном поступлении воды в систему (допустим за счет отжатия связанной воды из глинистых пород). При таком давлении возможен гидроразрыв перекрывающих пластов.

Межпластовые подземные воды Пьезометическая кривая, пьезометрическая поверхность, гидроизопьезы • Пьезометрическая кривая – это линия, Межпластовые подземные воды Пьезометическая кривая, пьезометрическая поверхность, гидроизопьезы • Пьезометрическая кривая – это линия, соединяющая на разрезах точки установившегося уровня напорных межпластовых вод. • Пьезометрическая поверхность – поверхность, до которой поднимаются уровни напорных межпластов. вод при их вскрытии скважинами (колодцами). • Каждый межпластовый горизонт характеризуется своей пьезометрической поверхностью, несколько отличной от пьезометрических поверхностей смежных межпластовых горизонтов. • Гидроизопьезы – линии, соединяющие точки с одинаковой абсолютной отметкой установившегося уровня напорных вод (это линии равных напоров, подобно гидроизогипсам, которые являются линиями равного напора грунтовых вод).

Межпластовые подземные воды Пьезометрическая поверхность, гидроизопьезы • Гидроизопьезы отражают в абсолютных отметках пьезометрическую поверхность Межпластовые подземные воды Пьезометрическая поверхность, гидроизопьезы • Гидроизопьезы отражают в абсолютных отметках пьезометрическую поверхность определенного межпластового горизонта. • На любую площадь, разрез которой представлен межпластовыми горизонтами, можно построить несколько карт гидроизопьез, т. к. пьезометрические поверхности межпластовых горизонтов различаются. • Пьезометрическая поверхность любого водоносного горизонта является воображаемой. Это поверхность до которой будут подниматься уровни напорных вод при их вскрытии горными выработками (скваж. и др. ). А поверхность грунтовых вод (отражаемая гидроизогипсами) существует реально.

Межпластовые подземные воды Примеры карт гидроизопьез Карта гидроизопьез второго слоя модели Карта гидроизопьез третьего Межпластовые подземные воды Примеры карт гидроизопьез Карта гидроизопьез второго слоя модели Карта гидроизопьез третьего слоя модели

Межпластовые подземные воды Упругие деформации пластов. Упругая емкость горных пород. • Напорные межпластовые горизонты Межпластовые подземные воды Упругие деформации пластов. Упругая емкость горных пород. • Напорные межпластовые горизонты характеризуются определенным пластовым давлением. • Изменения пластового давления приводят к упругим деформациям пласта (пластов). • Упругие деформации определяют упругую емкость пород и их упругую водотдачу. • Изменения пластового давления проявляются природных и техногенных воздействиях на пласт. • Природные воздействия – тектонические напряжения (сжатие или растяжение при землетрясениях), эрозионные процессы (снимают часть геостатического давления) и т. д. • Техногенные воздействия – откачка воды из пласта или закачка сточных вод в пласт.

Межпластовые подземные воды Упругая емкость горных пород • Изменение пластового давления приводит к изменению Межпластовые подземные воды Упругая емкость горных пород • Изменение пластового давления приводит к изменению плотности самой воды и изменению давления в породе (в минеральном скелете пласта). • Изменение давления в породе приводит к деформации порово-трещинного пространства породы (т. е. к уменьшению или увеличению скважности пород и, соответственно, емкости пород). • Упругая емкость определяется изменением плотности воды и изменением скважности пород. • Всё исходит из распределения геостатического давления: Ргео = Рмин. скел. + Рвода

Межпластовые подземные воды Упругая емкость и упругая водоотдача пород Ргео = Рмин. скел. + Межпластовые подземные воды Упругая емкость и упругая водоотдача пород Ргео = Рмин. скел. + Рвода • При уменьшении пластового давления (например, при откачке воды) происходит расширение воды (увеличение её объема за счет уменьшения плотности) и одновременно с этим происходит уменьшение скважности породы (её уплотнение за счет увеличения давления на минеральный скелет), что обусловливает высвобождение определенного количества воды. Это определяет упругую водоотдачу пород. • При увеличении пластового давления (часто это – при закачке стоков) происходит – уменьшение объема воды (за счет её сжатия) и увеличение объема пустот (за счет разуплотнения пород при уменьшении на них давления), т. е. появление дополнительной емкости – это упругая емкость пород (µ*) (µ*=10 -3— 10 -6).

Межпластовые подземные воды Схемы формирования потоков межпластовых вод • Условия формирования, динамика и режим Межпластовые подземные воды Схемы формирования потоков межпластовых вод • Условия формирования, динамика и режим межпластовых вод определяются: - глубиной залегания водоносного горизонта; - характером связи со смежными водоносными горизонтами. • В общем выделяются след. три основные схемы формирования потока межпластовых вод: 1) артезианская; 2) схема с перетеканием (схема А. Н. Мятиева); 3) элизионная схема.

Схемы формирования потоков межпластовых вод Артезианская схема Схема Мятиева Элизионная схема Схемы формирования потоков межпластовых вод Артезианская схема Схема Мятиева Элизионная схема

Схемы формирования потоков межпластовых вод Артезианская схема движения межпластовых формируется на участках с наклонным Схемы формирования потоков межпластовых вод Артезианская схема движения межпластовых формируется на участках с наклонным залеганием слоев. Питание ПВ – на участках выхода водовмещающих пород на поверхность на возвышенных участках (питание – инфильтрация, поглощение поверх. вод, нисходящая фильтрация грунтовых вод). Разгрузка ПВ – в понижениях рельефа в виде “открытой” разгрузки (при вскрытии межпластового горизонта) или “скрытой” разгрузки (путем перетекания через перекрывающие слабопроницаемые породы). Между областями питания и разгрузки – область транзита или область напора.

Схемы формирования потоков межпластовых вод Схема Мятиева В верхней части разреза слоистых толщ, представленных Схемы формирования потоков межпластовых вод Схема Мятиева В верхней части разреза слоистых толщ, представленных чередованием проницаемых (водоносных) и слабопроницаемых пород, отмечается следующее распределение напоров: 1) в пределах водоразделов величины напоров ПВ уменьшаются с увеличением глубины залегания водоносных (межпластовых) горизонтов; 2) в пониженных участках (долины рек, озерные котловины) величины напоров ПВ увеличиваются с увеличением глубины залегания водоносных (межпластовых) горизонтов; 3) в пределах каждого межпластового водоносного напор уменьшается в направлении от водораздела к пониженным участкам, которые обычно являются дренами (зонами разгрузки ПВ).

Схемы формирования потоков межпластовых вод Схема Мятиева Вышеотмеченное распределение напоров определяет наличие напорного градиента, Схемы формирования потоков межпластовых вод Схема Мятиева Вышеотмеченное распределение напоров определяет наличие напорного градиента, который обусловливает возможность нисходящей или восходящей межпластовой фильтрации (перетекания). Нисходящая фильтрация проявлена на водоразделах (возвышенных участках), которые являются областями питания не только грунтовых вод, но и более глубоко залегающих водоносных горизонтов. Восходящая фильтрация преобладает в пониженных участках (обычно долины крупных рек, крупные озера и т. д. ), и эти участки являются областями разгрузки не только для грунтовых вод, но и для более глубокозалегающих водоносных горизонтов.

Схемы формирования потоков межпластовых вод Элизионная схема проявляется когда в межпластовые системы поступает вода, Схемы формирования потоков межпластовых вод Элизионная схема проявляется когда в межпластовые системы поступает вода, отжимающаяся из уплотняющихся осадочных пород (в основном глин). Это отжатие начинается на глубинах 1 -1, 5 км. Элизионные (отжатые) воды поступают в проницаемые породы (в основном песчаные) и движутся вверх по восстанию слоев в направлении уменьшения геостатического давления.

Схемы формирования потоков межпластовых вод • В платформенных областях, где в основном и развиты Схемы формирования потоков межпластовых вод • В платформенных областях, где в основном и развиты межпластовые воды, движение их потоков происходит при сочетании всех трех рассмотренных схем. • При этом в верхней части разреза (до глубин 1 -1, 5 км) движение потоков осуществляется по артезианской схеме и схеме Мятиева, а на более глубоких уровнях – по элизионной схеме и артезианской схеме (с разгрузкой путем перетекания).

Формирование хим. состава межпластовых вод • Состав межпластовых вод определяется составом водовмещающих пород и Формирование хим. состава межпластовых вод • Состав межпластовых вод определяется составом водовмещающих пород и временем взаимодействия в системе “вода-порода” (само это время – от глубины залегания водоносного горизонта). • При отсутствии в разрезе хорошо растворимых пород галоидного и сульфатного составов вниз по разрезу происходит постепенное увеличение минерализации ПВ и смена их анионного состава в направлении – HCO 3 SO 4 Cl, такая смена состава называется нормальной гидрогеохимической зональностью. • В зонах разгрузки ПВ (реки, озера и т. д. ) может отмечаться появление солоноватых и даже соленых ПВ за счет смешения грунтовых вод с глубокими межпластовыми водами, разгружающимися в эти же дрены. • При наличии в верхней части разреза галоидных пород рассолы могут быть сформированы уже на небольшой глубине.

Трещинные воды • Являются основным типом свободных гравитационных вод в любых породах (магматических, метаморфических, Трещинные воды • Являются основным типом свободных гравитационных вод в любых породах (магматических, метаморфических, осадочных), в которых фильтрационные и емкостные параметры определяются развитием трещин различного происхождения. • В зависимости от интенсивности трещиноватости, степени раскрытия трещин, наличия в них заполнителя проницаемость трещиноватых пород одного и того же типа и состава может варьировать от 0 до сотен м/сут. • Гравитационная емкость (μ) трещиноватых пород обычно не превышает 0, 01 -0, 03 (1 -3 %), тогда как гравит. ёмкость поровых сред (пород) обычно превышает 0, 1 (10 %) (т. е. из скальных трещиноватых пород воды можно взять намного меньше чем из обломочных нелитифицированных пород (поровых сред)).

Трещинные воды • Трещинные воды подразделяются на следующие два основных подтипа: 1) трещинные воды Трещинные воды • Трещинные воды подразделяются на следующие два основных подтипа: 1) трещинные воды зоны экзогенной трещиноватости; 2) трещинно-жильные воды зон тектонических нарушений (разломов).