Проект гидрогеологических исследований пресных вод аллювиальных отложений долины реки Назарбай на стадии "оценка месторождения"

Курсовой проект

Тема: «Проект гидрогеологических исследований пресных вод аллювиальных отложений долины реки Назарбай на стадии «оценка месторождения»

Содержание

Введение

1. Геологическое задание

2. Геолого-гидрогеологические условия района работ

2.1 Геологическое строение района

2.2 Гидрогеологические условия

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

3.1 Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ

3.2 Обоснование рабочей гипотезы

4. Определение положения и размеров участка дальнейших исследований

Определение общего потенциала месторождения подземных вод

4.1 Определение положения и размеров участка дальнейших исследований

4.2 Определение общего потенциала месторождения подземных вод

5. Цели и задачи работ на стадии «оценка месторождения»

6. Определение дефицита информации, необходимой к получению

7. Обоснование видов и объёмов проектируемых работ

7.1 Комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка и геоэкологические исследования и наблюдения

7.2 Полевые геофизические работы

7.3 Буровые работы

7.4 Геофизические исследования в скважинах

7.5 Опытно-фильтрационные работы

7.6 Топогеодезические работы

7.7 Отбор проб воды и горных пород

7.8 Лабораторные работы

7.9 Гидрологические и гидрометрические работы

7.10 Изучение режима поверхностных и подземных вод

7.11 Опытно-миграционные работы

7.12 Обследование действующих водозаборов

7.13 Санитарное обследование участка

7.14 Камеральные работы

8. Методика выполнения отдельных видов проектируемых работ

8.1 Методика проведения опытной кустовой откачки

8.2 Оценка экологического состояния территории при наличии на нем поселка и животноводческой фермы

8.3 Методика проведения геофизических исследований

Заключение

Список литературы

Введение

Курсовой проект по дисциплине гидрогеологические исследования выполняется по материалам учебного характера по одному из районов центрального Казахстана. По району имеется лишь схематическая карта М 1:100000 (рис. 1), геолого-гидрогеологические разрезы (рис. 2,3) и краткое описание геолого-гидрогеологических условий в геологическом задании. Работы выполняются в условиях дефицита геологической, гидрогеологической, эколого-санитарной и др. видов информации, что обеспечивает возможность творческого подхода к изучению и оценке имеющейся информации, приобретение навыков в проведении гидрогеологических исследований, направленных на получение недостающей информации, позволяющей решить все задачи без ущерба для геологической среды.

Основной целью курсового проекта является обоснование необходимое для проведения работ и исследований на перспективном участке долины р. Назарбай, а также описание методики проведения отдельных видов исследований.

Выполнение проекта осуществляется в полном соответствии со структурной схемой организации проведения гидрогеологических исследований примерно в следующей последовательности: геологическое задание; анализ всей имеющейся априорной информации; построение рабочей гипотезы месторождения; определение дефицита информации; обоснование проекта гидрогеологических и др. видов работ; описание методики проведения исследований.

1. Геологическое задание

В результате поисковых работ в одном из районов центрального Казахстана было выявлено месторождение подземных вод (МПВ) в аллювиальных отложениях реки Назарбай, возможное для использования в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения поселка городского типа Светлый, с заявленной потребностью в воде: Qобщ = 40000 мі/сут. Данное МПВ приурочено к аллювиальным отложениям р. Назарбай, характеризующейся сильной сезонной изменчивостью стока.

Поисковые работы включили анализ материалов ранее выполненных работ, состоявших из геологической съемки 30-х годов масштаба 1:100000 (рис. 1) и других видов работ. В результате этого установлено, что аллювиальные отложения реки Назарбай заключают значительные запасы пресных подземных вод, пригодных для хозяйственно- питьевого водоснабжения.

Продуктивные отложения представлены гравелистыми песками и галечниками с коэффициентом фильтрации . Естественная мощность потока составляет в среднем . Полная мощность аллювиальных отложений достигает 35м. Коэффициент водоотдачи горизонта .

Коренные породы, подстилающие аллювиальные отложения, имеют пестрый литологический состав, смяты в складки (кроме неогеновых и четвертичных отложений) и характеризуются, как правило, неравномерной и незначительной обводнённостью.

Сухой остаток подземных вод коренных отложений изменяется от 1.5 до 10 г/л, в аллювиальных отложениях – 0.5-1.0 г/л.

Необходимо:

1. Сформулировать цели и задачи проектируемых работ, имея в виду, что они будут выполняться на стадии "Оценка месторождения" при заявленной потребности в воде Qобщ = 40000 мі/сут для хозяйственно-питьевого водоснабжения (вода должна отвечать требованиям ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством воды").

2. На основе имеющейся априорной информации построить рабочую разведочную модель объекта работ, определить тип МПВ, его характерные особенности, сложность гидрогеологических условий, степень изученности и перспективы для дальнейших разведочных работ участка.

3. Действуя в дальнейшем в соответствии с установленным порядком получения гидрогеологической информации, определить состав и качество необходимой гидрогеологической, геоэкологической и другой информации, необходимой для решения всех поставленных задач на стадии ”Оценка месторождения”.

4. На основании выявленного дефицита информации установить и обосновать основные направления выполнения работ на стадии “Оценка месторождения”, ориентируясь на соответствующие методы оценки эксплуатационных запасов подземных вод (ЭЗПВ) в данных условиях. Уточнить положение и размеры участка для дальнейших оценочных и разведочных работ.

5. Определить состав и объемы предстоящих гидрогеологических, геоэкологических и других исследований, четко учитывая их предназначение и достоверность полученной с их помощью информации. Попытаться обосновать оптимальный комплекс гидрогеологических и других видов исследований на стадии “Оценка месторождения” на данном объекте.

6. Дать обоснование проекта опытно-фильтрационных работ (ОФР), особенно кустовой откачки, исходя из конкретных особенностей продуктивного горизонта и месторождения в целом. Другие виды работ рассмотреть в постановочном плане, без детализации (целевое назначение работ, их объемы, пространственно-временное размещение, соображения по методике их проведения).

2. Геолого-гидрогеологические условия района работ

2.1 Геологическое строение района

Исследуемая территория расположена в Центральном Казахстане в пределах Казахстанского мелкосопочника. В геологическом строении района работ принимают участие отложения следующих геолого-стратиграфических единиц: нерасчлененных отложений кембрийско-ордовикской системы, девонской системы, неогеновой системы и четвертичной системы. Палеозойские отложения метаморфизованы, смяты в складки, на них со стратиграфическим и угловым несогласием залегают мезозойские отложения.

На основании схематической гидрогеологической карты и разрезов (рис. 1, 2 и 3) дается последовательное описание перечисленных выше геолого-стратиграфических единиц.

Нерасчлененные отложения кембрийско-ордовикской системы (є-О)

Выход этих отложений на поверхность на севере изучаемой территории представляет собой “пятно”, вытянутое в широтном направлении, размером 5х2 км. Породы метаморфизованы, смяты в складки, разбиты трещинами; сведения о литологическом составе отсутствуют.

Отложения девонской системы (D).

Эти отложения занимают всю центральную и южную части района работ, что составляет примерно две трети территории. Они распространены вправо - и левобережье р. Назарбай, смяты в складки, разбиты трещинами. Породы имеют пестрый литологический состав, но более детальных данных о литологии нет, не известна также мощность отложений. Они перекрывают нерасчлененные кембрийско-ордовикские отложения. Девонские отложения прорваны гранитной интрузией девонского же возраста, простирающейся в широтном направлении и имеющей размер 31 км (рис. 1). Интрузия разбита трещинами и имеет овальную форму в плане.

Отложения неогеновой системы (N).

Отложения неогенового возраста практически окаймляют речную долину. Они распространены в южной и юго-восточной частях района, имеют ширину от 12 до 2 км, уменьшающуюся в южном направлении, а в юго-западной части отложения отсутствуют, вероятно, вследствие их размыва (рис. 1, 2). Породы представлены водоупорными глинами, их мощность изменяется от 0 до 60 м, увеличиваясь в северном направлении. Неогеновые отложения перекрывают отложения девонского возраста.

Отложения четвертичной системы (Q).

Эти отложения представлены двумя генетическими типами: аллювием речной долины и делювиально-пролювиальными отложениями.

Делювиально-пролювиальные отложения (dpQ) распространены в крайней северо-западной части района работ в виде обширного пятна изометричной формы и размером больше 4 км (рис. 1). Вторая область распространения – на юге территории, в левобережье р. Назарбай. Отложения имеют плащеобразное залегание, ширина их от 0 до 2 км. Породы представлены суглинками, супесями и глинами, что свидетельствует о локальной водоносности. Делювиально-пролювиальные отложения перекрывают отложения неогеновой и девонской систем и имеют мощность от 0 до 20 м.

Аллювиальные отложения (aQI-IV) залегают в виде достаточно широкой полосы шириной от 1 до 4 км и длиной 22 км, имеющей простирание с северо-востока на юго-запад (очертание полосы повторяет изгибы реки). Они заполняют эрозионный врез р. Назарбай. Аллювиальные отложения представлены гравелистыми песками и галечниками с коэффициентом фильтрации . а коэффициентом . Мощность отложений до 35 м (рис. 2). Они перекрывают девонские, неогеновые и делювиально-пролювиальные отложения. Представления о коэффициенте фильтрации и (косвенно) о пористости несколько занижены, что может быть связано или с ошибкой определений или с присутствием глинистой фракции.

2.2 Гидрогеологические условия

В гидрогеологическом отношении район входит в состав Центрально-Казахстанской водонапорной гидрогеологической системы (ГГС) по А.М. Овчинникову, характеризующейся развитием ПВ в палеозойских отложениях (D,C), а также в различного генезиса четвертичных отложениях (аллювий речных долин, конуса выноса, делювиально-пролювиальные отложения).

Питание рек осуществляется за счет таяния снега. По результатам съемочных работ были выделены следующие гидрогеологические единицы:

1. Водоносный горизонт (ВГ) локального распространения делювиально-пролювиальных отложений.

2. Водоносный горизонт (ВГ) аллювиальных отложений р. Назарбай.

3. Неогеновый глинистый горизонт.

4. Водоносная зона экзогенной трещиноватости (ВЗЭТ) девонских отложений.

5. ВЗЭТ метаморфизованных пород кембрия и ордовика.

Мы не располагаем детальной характеристикой отдельных гидрогеологических подразделений. Поэтому, представленная ниже характеристика гидрогеологических единиц опирается на схематическую гидрогеологическую карту работ и геологические разрезы.

Водоносный горизонт локального распространения делювиально-пролювиальных отложений (dp Q).

Водоносный горизонт распространён в крайней северо-восточной района работ. Вторая область распространения - на юге территории, в левобережье р. Назарбай. Породы представлены суглинками, супесями и глинами, таким образом, водоносный горизонт является локально-водоносным. Глинистые породы могут быть частично водоупорными, а супеси и суглинки – водоносными. Максимальная мощность водоносного горизонта 20 м. На левобережье р. Назарбай отложения распространены вдоль склона и подстилаются водоупорными породами. Так как сведения о минерализации отсутствуют, то можно предположить, что воды являются пресными. Однако там, где отложения залегают непосредственно на девонских отложениях (на юге и северо-западе), воды могут быть слабо минерализованы (из-за наличия в девонских отложениях солоноватых вод).

Водоносный горизонт аллювиальных отложений р. Назарбай (a QI-IV).

Аллювиальные отложения залегают в виде достаточно широкой полосы (от 1 до 4 км.), имеющей простирание с северо-востока на юго-запад, и заполняют эрозионный врез р. Назарбай. Отложения вложены в водонепроницаемые неогеновые глины, что изолирует подземные воды от всех нижележащих водоносных горизонтов (рис. 1,2). Однако на юго-западе аллювий залегает уже на девонских отложениях. Полная мощность аллювиальных отложений достигает 35 м, а глубина залегания подземных вод колеблется от 3 до 5 м. Отложения представлены гравелистыми песками и галечниками с и . Сухой остаток подземных вод в аллювии изменяется от 0.5 до 1 г/л, таким образом, подземные воды являются пресными. Судя по условиям залегания, подземные воды разгружаются в р. Назарбай. Основными источниками питания являются осадки и поверхностные воды.

Неогеновый глинистый горизонт (N).

Так как неогеновые отложения занимают достаточно большую площадь района работ, то глинистый горизонт можно считать региональным водоупором. Эти отложения изолируют воды аллювиальных отложений от нижележащих девонских отложений.

Водоносная зона экзогенной трещиноватости девонских отложений (D).

Эти отложения занимают всю центральную и южную часть района работ, что составляет примерно две трети территории (рис. 1). Они распространены в право - и левобережье р. Назарбай, смяты в складки, разбиты трещинами. Породы имеют пестрый литологический состав. Водоносная зона характеризуется не равномерной и незначительной обводненностью. Сухой остаток подземных вод изменяется от 1.5 до 10 г/л, то есть воды являются солоноватыми.

Водоносная зона экзогенной трещиноватости метаморфизованных пород кембрия и ордовика (є-О).

Выход этих отложений на поверхность на севере изучаемой территории представляет собой "пятно", вытянутое в широтном направлении. Породы метаморфизованы, смяты в складки, разбиты трещинами; данные о литологическом составе пород отсутствуют. Водоносная зона характеризуется неравномерной и незначительной обводненностью. Сухой остаток подземных вод изменяется от 1.5 до 10 г/л, то есть являются солоноватыми.

Таким образом, единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения является аллювиальный водоносный горизонт, имеющий широкое распространение и обладающий значительными запасами подземных вод.

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:

естественные запасы подземных вод -;

привлеченные ресурсы в период наличия поверхностного стока -;

естественные ресурсы потока - ;

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 мі/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

4. Определение положения и размеров участка дальнейших исследований. Определение общего потенциала месторождения подземных вод

4.1 Определение положения и размеров участка дальнейших исследований

Для изучения месторождения подземных вод на стадии «оценка месторождения» необходимо уточнить положение и размеры участка работ, чтобы избежать лишних затрат труда, времени и средств на проведение исследований.

Размеры выделенного выше перспективного (северо-восточного) участка МПВ довольно значительны (его длина по долине порядка 12,5 км при средней ширине 4000-4500 м). Что касается местоположения участка, то очевидно, что он тяготеет к наиболее широкой части речной долины, то есть несколько ниже по долине от линии разреза А-Б (см. рис.1).Оптимальной в данном случае является схема линейного водозаборного ряда, расположенного в непосредственной близости от реки (чтобы обеспечить благоприятные условия восполнения запасов).

Размеры участка исследований уточняем через определение размеров водозабора, заведомо обеспечивающего потребность поселка в воде (