способ поиска и разведки подземных вод в криолитозоне

Формула изобретения

СПОСОБ ПОИСКА И РАЗВЕДКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В КРИОЛИТОЗОНЕ, включающий выделение по результатам дистанционных исследований кольцевых структур и участков выхода в них глубинных тепловых потоков, определение в них по результатам геолого-геофизических исследований участков обводненных зон, отличающийся тем, что выделяют кольцевые структуры, имеющие на границе внутренней и внешней частей погруженные блоки фундамента, перекрытые осадочным чехлом, в пределах этих кольцевых структур определяют участки выхода глубинных тепловых потоков, расположенные на дуговых разломах или системах сопряженных тектонических трещин протяженностью не менее 0,5 км, проводят на выделенных участках магнитную съемку, по расположению участков, характеризующихся переходом положительных значений напряженности магнитного поля через нулевые в отрицательные, оконтуривают обводненную зону и проводят ее разведку буровыми скважинами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геологическим методам поисков и разведки месторождений подземных вод в криолитозоне, в том числе подземных вод, не выходящих на дневную поверхность, и может быть использовано для геологического обоснования проведения поисково-разведочных работ на подземные пресные воды, рационального использования и охраны их от загрязнения и истощения, а также для обоснования прогноза обводненности пород криолитозоны в районах Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Северо-Востока.

Известен способ поисков и разведки подземных вод в районе развития многолетнемерзлых пород, включающий выявление типа и особенностей гидрогеологической структуры, изучение литологического состава водовмещающих толщ, возраста, степени дислоцированности, метаморфизма пород, анализ соотношения различных водоносных комплексов в разрезе и по площади, изучение и анализ мощности, прерывистости мерзлоты, истории ее развития, выявление взаимосвязи подмерзлотных, межмерзлотнных и надмерзлотных вод с поверхностными наледями и выходами ключей, образующих наледи [1] .

В основу этого способа положены закономерности распространения различных генетических типов наледей, тесная их связь с таликами речных долин, геологическим строением территорий и зонами трещиноватых пород, разломов, через которые происходит разгрузка подземных вод и питание наледей. После изучения всего комплекса природных условий, в которых образуются наледи и выходы питающих их ключей, дают прогноз перспективности исследованного участка на предмет дальнейшей разведки промышленного источника водоснабжения.

Недостатком известного способа при использовании в практике изысканий является сложность реализации и его высокая трудоемкость, которые связаны с выполнением значительных объемов геолого-геофизических и буровых работ по изучению геологических, структурных, литологических особенностей массивов, выявлением взаимосвязи надмерзлотных, межмерзлотных и подмерзлотных водоносных горизонтов с водотоками и т. д.

В практике геологоразведочных работ применяют способ поисков рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых, основанный на комплексе дистанционных и геолого-геофизических методов исследований. Сущность его состоит в следующем. Сначала по изучаемой территории проводят дешифрирование космо- и аэрофотоснимков, выявляют на снимках дуговые и кольцевые структуры, выполняют морфометрический анализ рельефа. Затем в пределах выделенных структур проводят площадные геологосъемочные и геофизические работы (сейсморазведку, гравиметрию, магнитометрию и др. ) для изучения их строения и свойств, выполняют бурение глубоких структурных скважин для геологической заверки геофизических аномалий. Полученные материалы анализируют и строят по результатам карты, на которых выделяют структуры или их элементы, контролирующие пространственное размещение полезных ископаемых, после чего перспективные участки рекомендуют для дальнейшей разведки [2] .

Однако опыт показал, что для реализации этого способа необходимо выполнение значительных объемов наземных геологосъемочных, геофизических и буровых работ на площадках в десятки-сотни квадратных километров, что связано с большими затратами труда, времени и средств. Комплексная геологическая интерпретация полученных данных требует разработки и использования специального математического аппарата и применения ЭВМ, что в полевых экспедиционных условиях делает невозможной оперативную обработку информации. Большие трудности при использовании этих способов вызывает операция выявления геологических и гидрогеологических структур в криолитозоне, так как мерзлотные процессы создают мозаичные изометричные ландшафты, которые на космических снимках искажают границы исследуемых объектов.

Недостатком указанных способов является и то, что зачастую одинаковые на космоснимках фотоизображения имеют различную геологическую природу. В связи с этим геологическая интерпретация объектов без проведения детальных геологоразведочных и геофизических работ затруднительна. Одним из существенных недостатков способа является невозможность его использования по своему прямому назначению применительно к поискам месторождений пресных подземных вод в криолитозоне, так как геологические критеpии размещения рудных и нерудных полезных ископаемых нельзя распространить на массивы многолетнемерзлых пород, в которых закономерности размещения подземных вод иные, чем твердых полезных ископаемых. Например, в зонах крупных структурных узлов, вмещающих полезные ископаемые, подземные воды бывают высокоминерализованными с большим содержанием сероводорода, железа, брома и др. , т. е. не пригодны для хозяйственно-питьевых целей. Нередко трещиноватые породы в древних структурных узлах хотя и являются водосодержащими, но проморожены на глубину 200-500 м.

Следовательно, высокая трудоемкость и отсутствие четких геологических критериев, позволяющих применить известные способы при поисках и разведке месторождений пресных подземных вод в криолитозоне не дают возможности решить поставленную цель указанными способами.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности поиска и разведки месторождений подземных вод в криолитозоне.

Поставленная цель достигается тем, что по способу поиска и разведки подземных вод в криолитозоне, включающему выявление типа геологической структуры дистанционными методами и наземными магнито- и электроразведочными работами, анализ прерывистости мерзлоты с последующим выделением и разведкой трещинных обводненных зон, согласно изобретению сначала путем дешифрирования космоснимков низкого разрешения выявляют на сочленении внутренней и внешней частей кольцевых структур районы скачкообразного изменения и интенсивности глубинного теплового потока путем выделения по дуговым глубинным разломам и на их продолжении по системам сопряженных трещин участков повышенного теплопотока, располагающихся вдоль границы резкого погружения промороженных блоков пород фундамента под отложения осадочного чехла, затем в пределах этих выделенных участков определяют в массивах многолетнемерзлых пород плановое положение и протяженность сближенных концентрических трещин растяжения, характеризующихся по данным наземной магниторазведки и дешифрирования аэрофотоснимков полосовыми положительными магнитными аномалиями и аномально высоким тепловым потоком, по которым судят о залегании таликов и обводненных трещинных зон. После этого в приконтактовой части таликов с многолетнемерзлыми породами на участке перехода (по графику) положительных значений напряженности магнитного поля в отрицательные через нулевые значения, производят разведку обводненных трещинных зон буровыми скважинами.

На фиг. 1 изображены в плане внутренняя 1, внешняя 2 части кольцевой структуры и районы 3 скачкообразного изменения интенсивности глубинного теплового потока по дуговым глубинным разломам 4 и на их продолжении по системам 5 сопряженных тектонических трещин.

На фиг. 2 показан разрез А-А на фиг. 1 через район повышенного теплопотока, на котором указаны сближенные системы 5 сопряженных глубинных тектонических трещин растяжения на границе резкого погружения блоков пород фундамента 6 под осадочный чехол 7, аномально высокие теплопотоки 8 по этим системам трещин в приконтактовой части таликов (обводненных зон) 9 с многолетнемерзлыми породами 10 и рекомендуемое местоположение разведочных скважин 11.

Предлагаемый способ поиска и разведки месторождений подземных вод в криолитозоне испытан в районах объектов транспортного строительства по трассе БАМа в 1987 г.

П р и м е р. По районам строящихся объектов для выявления и анализа типов геологических структур выбирались сканерные космоснимки низкого разрешения весеннего и осеннего периодов, позволяющие выделить искомые кольцевые и дуговые структуры по различиям фототона снимков, деталям рельефа, характеру растительности, например раннеразвивающейся или густой позднеувядающей, и другим признакам. По результатам анализа космоснимков среди комплекса различных геологических структур в пределах дуговых и кольцевых структур выделены внешние и внутренние их части.

Анализ геологического и криогенного строения территории, прилегающей к объектам строительства, показал, что внутренние части дуговых и кольцевых структур представляют собой наиболее приподнятые блоки пород фундамента и характеризуются минимальным глубинным теплопотоком в связи с отсутствием молодых или подновленных разломов. По этой причине внутренние части структур имеют слабую трещиноватость пород, которые проморожены до глубины 80-150 м и слабо обводнены. Внешний кольцевой прогиб структур в одних случаях заполнен толщей песчано-галечных, неравномерно промороженных отложений мощностью 80-250 м с застойным режимом подземных вод, в других - с подпитыванием по глубинным разломам минерализованными водами (с содержанием солей до 2,5 г/л). Подземные воды пород внешнего кольцевого прогиба не пригодны для хозяйственно-питьевого водоснабжения без предварительной очистки.

Затем после выполненного анализа на сочленении внутренней и внешней частей кольцевых структур устанавливали расположение районов скачкообразного изменения интенсивности глубинного теплового потока. Для этого выделяли по космоснимкам участки с пониженным и повышенным теплопотоком. Первые характеризуются резким погружением блоков пород фундамента под осадочный чехол и наиболее благоприятными условиями для промерзания, в связи с чем мощности криогенных пород здесь составляют сотни метров.

Участки повышенного теплопотока, отличающиеся по космоснимкам характером микрорельефа, гидросети, растительности, располагаются на дуговых глубинных разломах и на их продолжении по системам сопряженных тектонических трещин, приуроченных к границе резкого погружения блоков фундамента под осадочный чехол. Поэтому мощность мерзлых пород на участках повышенного теплопотока составляет не более 20 м. После этого не выделенных участках повышенного глубинного теплопотока проводили дешифрирование крупномасштабных аэрофотоснимков, площадную магниторазведку и электроразведочные работы для определения планового положения и протяженности сближенных систем концентрических трещин растяжения, сопровождающихся глубинные дуговые разломы и их продолжение.

В результате выполненных геолого-геофизических работ было выбраны перспективные участки, отличающиеся сближенными, кулисообразными системами трещин растяжения, которые имеют протяженность от 0,5 до 1,1 км и по данным магнитной разведки характеризуются резко выраженными полосовыми положительными магнитными аномалиями.

Сближенные кулисообразно расположенные системы глубинных трещин растяжения при периодическом подновлении структур обеспечивают существование долгоживущих активных зон высокой проницаемости тепломассопотока. Через них осуществляется интенсивный подток глубинного тепла и разгрузка пресных вод в отложения осадочного чехла. Вследствие этого под слоем мерзлоты создаются условия для сохранения таликов и их стабильного существования. Дальнейший анализ геолого-геофизических материалов позволил выбрать наиболее перспективные водообильные зоны, приуроченные к приграничной части таликов с многолетнемерзлыми породами. Такие зоны выделены на графиках напряженности магнитного поля ( Т) переходами положительных значений Т (в нанотеслах) в отрицательные через нулевые значения. Указанные зоны рекомендованы для разведки подземных пресных вод. Бурение и опытно-фильтрационыне работы подтвердили наличие на участке промышленного источника водоснабжения, вода которого по своим качествам отвечает требованиям ГОСТ 2874-82 Вода питьевая.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известными позволяет повысить надежность поисков месторождений пресных подземных вод в криолитозоне, в 3-5 раз уменьшить время на изыскания источников водоснабжения, на 50% снизить трудозатраты при выполнении геолого-геофизических работ, отказаться от строительства и эксплуатации удаленных источников подземных вод, не пригодных для хозяйственно-питьевых целей.

Предлагаемый способ поисков и разведки месторождений подземных вод в криолитозоне может быть реализован в районах Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и Северо-Востока для обоснования проведения поисково-разведочных работ на подземные воды, прогноза обводненности крупных региональных геоструктур на территориях развития многолетнемерзлых пород. (56) 1. Толcтихин О. Н. Наледи и подземные воды cеверо-востока СССР. Новосибирск, Наука, 1974, с. 34-35, 146-148.

2. Космическая информация в геологии. М. : Наука, 1983, с. 4, 74-76, 80.