Формирование эксплуатационных запасов и химического состава подземных вод молодёжного месторождения тюменской области

Формирование эксплуатационных запасов и химического состава подземных вод молодёжного месторождения тюменской области

Данные разведки пресных подземных вод Молодежного местрождения Тюменской области РФ (бурение скважин, опытно-фильтрационные работы, геофизические исследования дали возможность обосновать, что водонасыщенная толща представляет собой сложнослоистую систему для которой характерны процессы перетекания). Для определения фильтрационных параметров были выполнены кустовые и одиночные откачки.

 Целевым горизонтом на месторождении является рюпельско-хаттский, который входит в состав олигоцен-четвертичного гидрогеологического комплекса Западно-Сибирского мегабассейна. Целевой горизонт перекрывается четвертичным полигенетическим водоносным горизонтом, а подстилается туронско-приабонским (тавдинским)  водоупорным горизонтом. Основными источниками формирования эксплуатационных запасов подземных вод месторождения являются естественные (динамические) ресурсы рюпельского водоносного подгоризонта и привлекаемые запасы, обусловленные сработкой емкости пород верхней толщи четвертичного возраста.

Рассмотрены особенности формирования химического состава подземных вод месторождения.

Авторы публикации

Рубрика

Геология

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 33 (35), Октябрь ‘21

Поделиться

 

Введение

Формирование запасов подземных вод (ЭЗПВ) – это многофакторный процесс поступления воды к водозаборным сооружениям. Как часть общих водных ресурсов, подземные воды различных водоносных горизонтов находятся во взаимосвязи между собой, с поверхностными водами и атмосферой. Согласно классическим представлениям гидрогеологии [2,3,6], формирование ЭЗПВ происходит под влиянием как геологических, гидрогеологических, орогидрографических, климатических и других природных факторов, а также техногенных факторов, связанных с изменением водохозяйственной обстановки.

Совокупность перечисленных факторов определяет пространственно-временную гидродинамическую структуру фильтрационного потока (размеры, форму поверхности и глубину депрессионной воронки), возможные изменения качества воды, а также влияние эксплуатации на различные компоненты окружающей среды. В зависимости от условий формирования превалирующую роль будут играть различные виды запасов (ресурсов). Цель исследования заключалась в установлении источников формирования ресурсов Молодежного местрождения пресных подземных вод и основных особенностей формирования химического состава подземных вод.

Согласно общепринятому гидрогеологическому районированию [1, 3],  территория Молодежного месторождения находится в юго-западной части Западно-Сибирского мегабассейна, недалеко от города Тюмень. По условиям формирования химического состава, водообмена, динамике и ресурсам подземных вод бассейн делится на два гидрогеологических этажа – мезозойско-кайнозойский и мезозойский. Выделение этажей произведено по региональному туронско-приабонскому водоупорному горизонту.

Методы исследования

На полевом этапе исследования были решены такие задачи как:

- изучение геологического строения оцениваемой площади;

- обоснование и выбор участков, перспективных для постановки оценочных работ;

- определение условий залегания и распространения водоносных горизонтов;

- изучение условий формирования и разгрузки подземных вод;

- определение основных гидрогеологических параметров перспективного водоносного горизонта.

Для этого было произведено бурение 12 картировочных, 5 поисковых и 1 разведочной скважины. Во всех скважинах выполнены геофизические исследования. Выполнены кустовые и одиночные пробные откачки для определения фильтрационных параметров горизонтов. Также из всех изучаемых горизонтов отобраны пробы подземных вод на полный химический анализ. Полученные материалы были проанализированы и обработаны. Также осуществлялся анализ опубликованной научной литературы.

Результаты

 В пределах изучаемой площади водонасыщенная толща представляет собой сложнослоистую систему, представляющую постоянное замещение литологических фаций (проницаемых, слабопроницаемых и практически непроницаемых горных пород) друг другом.

Процессы перетекания в формировании ЭЗПВ характерны для таких месторождений [4, 5]. В процессе исследования, были качественно установлены источники формирования запасов будущего водозабора. Это естественные (динамические) ресурсы рюпельского водоносного подгоризонта и привлекаемые запасы, обусловленные сработкой емкости пород верхней толщи.

Химический состав подземных определяется природными условиями.

Обсуждение результатов и выводы

 Для целей водоснабжения месторождения могут использоваться подземные воды только верхнего гидрогеологического этажа. Для него характерны безнапорный и напорный режим фильтрации, совпадение областей питания, транзита и разгрузки.  На площади работ верхний гидрогеологический этаж представлен четвертичным полигенетическим водоносным горизонтом, водоносным рюпельско-хаттским горизонтом и туронско-приабонским водоупорным горизонтом. На участке работ первым от поверхности залегает четвертичный полигенетический водоносный горизонт.

Четвертичный полигенетический водоносный  горизонт  (пQ).  Горизонт имеет повсеместное распространение. Водовмещающие породы представлены  мелкозернистыми  песками мощностью 2-3 м. Глубина залегания уровня грунтовых вод изменяется от 1,8 до  3,3 м. Воды горизонта безнапорные. Фильтрационные свойства водовмещающих отложений низкие. Дебиты колодцев не превышают 0,09 дм3/с при понижении уровня на 2,2 м.

По химическому составу воды преимущественно хлоридно-гидрокарбонатные магниево-кальциевые, натриево-магниевые. Преобладающие значения минерализации  0,6-0,8 г/дм3.

По степени защищенности водоносный горизонт характеризуется как не защищенный. Таким образом, данный горизонт из-за низкой водообильности и легко доступной возможности загрязнения не может использоваться в качестве источника водоснабжения.          

Рюпельско-хаттский водоносный горизонт (Р3 r-h). Данный горизонт распространен на всей исследуемой площади и приурочен к отложениям куртамышской и туртасской свит. Перекрывается он песчано-глинистыми осадками четвертичного возраста. Подстилается горизонт водоупорными глинами тавдинской свиты. Кровля его залегает на глубине 6,5 - 16 м, подошва – от 41,8 до 78,8 м. Абсолютные отметки кровли составляют 83,9 – 94,1 м, подошвы – 21,1 – 59,48 м.

Водоносный горизонт представляет собой единую водонасыщенную толщу, сложенную неравномерно переслаивающимися песками различными по зернистости и глинистости, алевритами, глинами различной степени песчанистости. На отдельных участках глины замещаются песчаными разностями пород, образуя литологические «окна». Выявить какую-либо закономерность в распределении песчаного и глинистого материала, как в плане, так и в разрезе практически невозможно из-за частой литологической взаимозамещаемости осадков.

Во всей водонасыщенной толще условно можно выделить три продуктивных пласта, замещающихся на отдельных участках алевритами различной степени глинистости.

Первый залегает в отложениях туртасской свиты и условно его можно отнести к хаттскому подгоризонту. Водовмещающие породы, представленные песками тонко-мелкозернистыми различной степени глинистости, залегают в виде прослоев и линз. Мощность их составляет 2-4,5 м. Водообильность водовмещающих пород непосредственно на участке работ не изучалась. По степени естественной защищенности хаттский подгоризонт оценивается как условно защищенный.

Второй и третий прослои приурочены к отложениям куртамышской свиты и условно их можно отнести к рюпельскому водоносному подгоризонту. Подгоризонт представляет собой обводненную толщу, сложенную неравномерным переслаиванием глин песков и алевритов, которая характеризуются резкой фациальной изменчивостью. Водовмещающие породы представлены песками мелкозернистыми и средне-мелкозернистыми, иногда слабоглинистыми или глинистыми. На отдельных участках наблюдается полное замещение песков алевритами. Мощность песчаных прослоев изменяется от 2,5 м до 18 м.

В целом по площади поисково-оценочных работ общая эффективная мощность песков рюпельско-хаттского водоносного горизонта изменяется от 4,5 до 24 м. Слабопроницаемые разности пород представлены глинами песчаными и алевритовыми, иногда с тонкими прослойками песка и алеврита.

Подземные воды горизонта напорные. Уровни устанавливаются на глубинах от 1,4 м до 2,79 м. Абсолютные отметки составляют  97,14 м  - 101,24 м. Был произведен единовременный замер уровней подземных вод по всем скважинам. Результаты этих замеров приведены в таблице 1.

Фильтрационные свойства водовмещающих пород различны. Дебиты скважин изменяются в пределах от 0,08 до 7,14 дм3/с при понижениях уровня на 9,37 – 42,12 м. Величины удельных дебитов составляют 0,14 - 0,26 дм3/с ·м.

Водопроводимость продуктивного рюпельско-хаттского горизонта подгоризонта по всей изучаемой площади изменяется от 0,9 до 70 м2/сут. По величине коэффициента водопроводимости исследуемую территорию условно можно разделить на три части: Восточную, Центральную и Западную.

Таблица 1

Статические уровни подземных вод.

 

Номер скважины

3п

10п

11п

2п

4п

Глубина залегания статического уровня, м

2,59

2,7

2,37

2,39

3,1

1,92

2,09

Абсолютная отметка статического уровня, м

100,05

99,87

97,53

98,67

98,18

100,56

100,53

 

Наиболее низкие значения (0,9 м2/сут) отмечаются в центре, а высокие – на западе (70 м2/сут) изучаемой площади. Водопроводимость на западе участке водозабора изменяется от 32 до 70 м2/сут, на востоке – от 9 до 39 м2/сут. Значения водопроводимости при расчете по формуле Дюпюи составили: на западе участка 20-34 и на Востоке - 17-32 м2/сут. Коэффициент пьезопроводности по расчётам составил 8·103 до 1,4·107 м2/сут.  

Характеристика качества подземных вод приводится по данным опробования семи скважин (2п, 3п, 3н, 4п, 4р, 10п, 11п), пробуренных на площади разведки.

Подземные воды горизонта пресные, сухой остаток составляет 0,32 - 0,45 г/дм3 (в среднем 0,36). Реакция среды от нейтральной до слабощелочной, величина концентрации водородного показателя (рН) составляет 6,86-8,4 ед. По химическому составу воды гидрокарбонатные натриево- или магниево-кальциевые. Формирование минерализации подземных вод происходит, в основном, за счет ионов гидрокарбоната 275 – 342 , кальция 44 – 66, натрия 13 – 39 и магния 9 – 18  мг/дм3. В  анионном составе в резко подчиненном

количестве присутствуют хлоридные  (среднем 7 мг/дм3) и сульфатные (менее 2 мг/дм3) ионы. Карбонатные ионы обнаружены только в одной пробе из скважины 2п в количестве 36 мг/дм3. Содержание катиона калия составляет 2 – 4 мг/дм3.

Обобщенные показатели в основном соответствуют нормам ПДК: жесткость общая 3,2 - 4,9 ммоль/дм3, окисляемость перманганатная 2,08 - 4 мгО2/дм3), фенольный индекс 0,0022 – 0,0048 мг/дм3, АПАВ менее 0,015 – 0,051 мг/дм3, нефтепродукты 0,02 – 0,08 мг/дм3.

Из органолептических показателей превышают нормы ПДК значение мутности, содержание железа общего и марганца. Значение мутности изменяется от 9,25 до 61 (6,2 - 40,7 ПДК), составляя в среднем 20,29 мг/дм3 (13,5 ПДК). Содержание железа изменяется от 0,21 до 3,62 (0-12,1 ПДК) при среднем значении 2,23 мг/дм3 (7,4 ПДК). Содержание марганца варьирует от 0,1 до 0,7 (0-7 ПДК), среднее значение составляет 0,30 мг/дм3 (3 ПДК). Количество взвешенных частиц составляет 10 – 36, в среднем 17,2 мг/дм3 (1,7 ПДК). Остальные органолептические показатели не превышают ПДК и составляют: запах 1 балл, привкус 2 балла, цветность 200. Концентрации меди и цинка намного меньше ПДК и составляют соответственно 0,001-0,007 и 0,009-0,027  мг/дм3.

Значения санитарно-токсикологических показателей находятся в следующих пределах: нитрат-ион менее 0,5, нитрит-ион менее 0,003 – 0,1, аммоний-ион 0,32 - 0,77 (в среднем 0,8), алюминий 0,08 – 0,25 (в среднем 0,13), бор в среднем 0,10 мг/дм3), фтор 0,18 – 0,26 (в среднем 0,24), бром н/обн-менее 0,2, свинец и кобальт н/обн., никель н/обн.-0,009, мышьяк менее 0,01, барий менее 0,1, молибден менее 0,0025, кадмий менее 0,001 мг/дм3, бериллий и селен практически отсутствуют, уран менее 0,002 мг/дм3. Среди санитарно-токсикологических показателей превышает ПДК содержание кремния среднее содержание которого составляет 13,09 (1,3 ПДК).

Подземная вода по приведенному перечню компонентов и показателей в основном отвечает требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества». Исключение составляют повышенные значения показателя мутности (80% проб), содержание общего железа (86% проб), марганца (86% проб) и кремния (86% проб). Превышение норм ПДК по Восточному и Западному участкам показано на рис. 1. Сравнивая содержание в воде компонентов, превышающих значения ПДК, видим, что на Восточном участке железо и мутность имеют меньшие значения, чем на Западном. Гидрогеохимические условия участков в целом однотипные, однако, с точки зрения качества подземных вод Восточный участок имеет более благоприятную обстановку.

Рис. 1. Превышение норм ПДК по СанПиН 2.1.4.1074-01

Формирование повышенных значений этих показателей связано с естественными природными факторами, характерными для подземных вод Тюменской области. Мутность является следствием присутствия в воде мельчайших взвешенных минеральных и органических веществ. Повышенная мутность воды из скважины 3н (40,7 ПДК), оборудованной на верхнюю часть рюпельского водоносного подгоризонта, может быть объяснена тем, что перед отбором пробы скважина, очевидно, была недостаточно прокачена.

Главным источником железа в подземных водах выступают алюмосиликатные минералы тяжелой фракции осадочных пород, инконгруэнтное растворение которых обеспечивает перевод всех химических элементов, включая железо, в водный раствор. Марганец обладает аналогичными с железом геохимическими свойствами и является его «спутником». Повышенное содержание кремния также свойственно природным условиям Западно-Сибирского  сложного бассейна и объясняется тем, что кремний - это один из основных элементов водовмещающих песков. Снижение его содержания возможно путем аэрирования воды за счет соосаждения с гидроокисями железа и марганца.

Также было зафиксировано повышенное содержание нефтепродуктов в пробе воды из скважины № 2п (до 2 ПДК), что связано с техническими характеристиками работы компрессора, случайным попаданием нефтепродуктов в скважину.

Содержание фтора в воде ниже рекомендуемых пределов (в среднем 0,23 мг/дм3). Перед подачей потребителю необходимо проводить фторирование.

Согласно ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора» качество воды соответствует 2 классу (табл. 2.).

Таблица 2

Показатели качества воды по классам ГОСТ 2761-84

для подземных источников

Наименование показателя

Единица

измерения

Показатели качества воды по классам

Фактическое содержание

(среднее)

Класс пригодности

1

2

3

Мутность

мг/дм3

1,5

1,5

10,0

23,25

3

Цветность

градусы

20

20

50

20

1

Водородный показатель (pH)

-

6-9

6-9

6-9

7,89

1

Железо (Fe)

мг/дм3

0,3

10

20

1,91

2

Марганец, (Mn)

мг/дм3

0,1

1,0

2,0

0,29

2

Окисляемость перманганатная

мгО/ дм3

2,0

5,0

15,0

3,57

2

 

Наблюдаются отклонения от требований ГОСТ 2761-84 по таким показателям как мутность, содержание железа, марганца и перманганатная окисляемость. С целью улучшения качества подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения малоэтажной застройки ст. Подъем, необходима соответствующая водоподготовка: аэрация с последующей фильтрацией через песчано-гравийные фильтры и фторирование (рекомендуемое содержание фтора в воде 0,9–1 мг/л). Также возможно применение такого метода очистки как озонирование. Конкретные мероприятия по водоподготовке будут уточнены при проектировании водозабора.

По микробиологическим показателям подземная вода горизонта соответствует установленным требованиям.

Гидрогеохимическая обстановка на участке характеризуется как стабильная, изменений качества воды на расчетный срок водопотребления (по опыту эксплуатации водозаборов в окрестностях г. Тюмени) не предвидится.

Таким образом, установлено, что восполнение запасов подземных вод горизонта происходит, в основном, за счет инфильтрации атмосферных осадков и нисходящей фильтрации из вышезалегающего четвертичного полигенетического водоносного горизонта. Разгрузка осуществляется путем нисходящей фильтрации из хаттского подгоризонта в рюпельский и по уклону подземного потока в сторону долин рек. Естественный уклон потока подземных вод в северной части площади несколько ниже, а в южном направлении наблюдается незначительное сгущение гидроизогипс, особенно на участках небольших водотоков. Непосредственно на участке поисково-оценочных работ поверхность уровней рюпельско-хаттского горизонта спокойная, наблюдается незначительный  уклон (i = 0,003- 0,004) в южном направлении.

Данный горизонт рассматривается как основной источник  хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов района.

На основе совокупности факторов, определяющих принципиальные особенности формирования ЭЗПВ и их основные закономерности в различных природных гидрогеологических условиях, составлено несколько видов типизации месторождений питьевых подземных вод (МПВ).

В практике разведочных работ в России наиболее широкое применение нашла типизация, разработанная Л.С. Язвиным и Б.В. Боревским (1976 г). Усовершенствованная типизация МПВ этих авторов основана на учете совокупности естественных физико-географических и геолого-гидрогеологических факторов. Антропогенные факторы рассматриваются как вторичные [2]. По условиям этой типизации изучаемая территория в гидрогеологическом отношении представляет собой «месторождение подземных вод в артезианских бассейнах платформенных областей». Для месторождений такого типа характерны относительная выдержанность распространения основных водоносных горизонтов и слабопроницаемых пластов, небольшие уклоны естественного потока.

Для месторождения характерен процесс перетекания. Основные источники формирования ЭЗПВ – это естественные (динамические) ресурсы рюпельского водоносного подгоризонта и привлекаемые запасы, обусловленные сработкой емкости пород верхней толщи. Дополнителтным источником питания следует считать атмосферные осадки, количество в год для района местрождения составляет 470 мм/год. При этом можно считать, что на инфильтрационное питание подземных вод в зависимости от сезона года расходуется до 20% осадков.

 

Список литературы

  1. Абдрашитова Р.Н. Гидрогеологическое поле Западно-Сибирского мегабассейна. учебно-методическое пособие. Том. Часть 1.- Тюмень: Тюменский индустриальный университет. 2017. 48с.
  2. Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. Учебник для ВУЗов. – Киев: «Высшая школа», 1989.
  3. Геодинамическая концепция в современной гидрогеологии (на примере Западно-Сибирского мегабассейна) // Фундаментальные исследования. -№4-5.- 2013. –С.1157-1160
  4. Fetter, C.W. Applied hydrogeology: University textbook / C.W. Fetter – New York: Macmillian College Publishing Company, 2001. – 691 p.
  5. Schwalbaum W. J. Understanding Groundwater. Nova Publishers, 1997. 190 p.
  6. Shvartsev, S.L. General hydrogeology: University textbook / S.L. Shvartsev. – Tomsk: Alliance, 2012. – 608 p.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Остался последний день
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary