Гидрогеологическая интерпретация геофизических данных

Гидрогеологическая интерпретация геофизических данных при региональных исследованиях должна выполняться в следующем порядке (Мелькановицкий, 1984):

1) выделение и оконтуривание в пределах исследуемой территории основные типы гидрогеологических структур; 2) проведение гидрогеологической стратификации разреза и объёмное гидрогеологическое картирование; 3) изучение гидрогеологических условии; 4) исследование динамики подземного потока; 5) характеристику гидрогеотермических условий; 6) изучение гидрогеокриологических условий (в криолитозоне). Все указанные исследования взаимосвязаны. Поэтому в процессе интерпретации желательно действовать по методу последовательного приближения (итерации), добиваясь полного согласования исследований с исходными (опорными) гидрогеологическими данными.

Гидрогеологическая стратификация разреза на водообильные и обезвоженные толщи, на водоносные и водоупорные горизонты (комплексы, серии и т.п. является основой гидрогеологического картирования и последующих исследований. Приёмы гидрогеологической стратификации бассейнов пластовых вод и бассейнов трещинных вод заметно отличаются и требуют применения специфических приёмов исследования и интерпретации результатов. Так, расчленение разреза бассейнов пластовых вод в наибольшей мере основано на гидродинамическом принципе, причем важнейшей характеристикой пород является коэффициент фильтрации. При региональных исследованиях информацию о фильтрационных показателях берут из геологических и геофизических исследованиях, характеризующих литологические свойства пород.

При гидрогеологической стратификации выполняют как послойное субгоризонтальное расчленение, так и выделяют гидрогеологические тела, разделяющие гидрогеологическую толщу в вертикальном направлении (зоны разломов, одни из которых являются проводниками подземных вод, а другие – водоупорами, экранами)

Водоносные горизонты (и особенно, комплексы) хорошо выделяются по геофизическим данным, особенно, комплексным. Конечно, геофизические границы могут и не совпадать с гидрогеологическими, но в этом случае используют метод «наращивания мощностей». Если в конфигурация границ выявляется некая закономерность, то используют вариант прогнозно-интерполяционного картирования, который позволяет с помощью ЭВМ построить структурную карту одного горизонта по соответствующей карте близлежащего горизонта.

При гидрогеологической стратификации разреза бассейнов трещинных вод в наибольшей степени учитывается литолого-петрографический состав пород, степень их метаморфизации, а также характер экзогенной и эндогенной трещиноватости. При таком подходе геофизические методы применяют как для вертикального расчленения массивов на блоки, так и для субгоризонтального расчленения разреза. Известно, что в верхней части литосферы преобладает горизонтальная циркуляция подземных вод и любая послойная неоднородность разреза, выявленная геофизическими методами, может служить прямым указанием на существование горизонтального движения безнапорных или напорных подземных вод.

Стратификация разреза по геофизическим данным позволяет охарактеризовать большую территорию и одновременно выполнить объёмное гидрогеологическое картирование геологической среды.

При изучении бассейнов пластовых вод гидрогеологическую стратификацию начинают с выделения зоны аэрации. В рыхлых породах эта задача решается с помощью сейсморазведки либо электроразведки ВЭЗ.

При мощной зоне аэрации можно и не проводить сейсморазведку, а переинтерпретировать результаты структурной сейсморазведки МОВ,. Как правило, зона аэрации будет совпадать с зоной малых скоростей (ЗМС); расхождение в большинстве случаев не превышает 5 м. Более грубые погрешности возникают, если в разрезе зоны аэрации присутствуют выдержанные прослои глин, которые будут совпадать с подошвой ЗМС (но не зоны аэрации). При использовании ВЭЗ получают менее точное, скорее, качественное определение толщины зоны аэрации

Определение мощности зоны аэрации в трещинных породах может быть достаточно точно выполнено с помощью зондирования, прежде всего – вертикального электрического зондирования – ВЭЗ. По кривым ВЭЗ фиксируются следующее соотношение сопротивлений пород: ρ_11≥≤ρ_2>ρ_3<ρ_4, где ρ₁ – сопротивление маломощных рыхлых образований, перекрывающих скальное основание; ρ₂ – сопротивление сухих трещиноватых пород (1000-3000 Ом*м); ρ₃ – сопротивление трещиноватых обводнённых пород (наиболее частые значения 100-300 Ом*м); ρ₄ – сопротивление массивных слабопроницаемых пород (ρ_3<ρ_4,). Когда информации все-таки недостаточно, следует привлекать сведения о рельефе местности, растительности и других ландшафтно-индикационных признаков.

При расчленении осадочного покрова на водоносные и водоупорныекомплексыпоследовательно выделяют зону грунтовых вод, регионального водоупора, чередующиеся комплексов водоносных и водоупорных пород..

Зона грунтовых вод представляет, как правило, толщу рыхлых пород сложного строения, резко меняющееся по площади и разрезу. Расчленение её на отдельные комплексы с помощью электроразведки до глубин 200-300 м требует детальных исследований. Обычно ограничиваются выделением древних переуглублённых русел, грубообломочных пород предгорных конусов выноса, песчаных линз с пресными водами, толщ флювиогляциальных отложений.

Граница, отделяющая грунтовые воды от напорных вод хорошо прослеживается с помощью метода ВЭЗ, позволяющего фиксировать поверхность регионального водоупора, обычно представленного низкоомными глинами, либо высокоумными карбонатно-хемогенными породами. Задача надёжно решается и методами сейсморазведки КМПВ, МОВ. Их используют, когда грунтовые воды отличаются повышенной минерализацией, так как породы, насыщенные этими водами и глины регионального водоупора становятся геоэлектрически неразличимыми.

Неоднозначно выделяется подошва регионального водоупора: по методом ВЭЗ. По периферии бассейна – хорошо, так как здесь под водоупором циркулируют пресные воды, а в центральной части разрез представляет собой геоэлектрически слабо дифференцируемую толщу. Только применение сейсморазведки, как правило, МОВ, позволяет решить эту задачу.

Расчленение осадочной толщи под региональным водоупором лучше всего производить сейсморазведкой МОВ, МОГТ и с привлечением ВСП. Дополнительно можно использовать аэромагнитную съёмку, позволяющую производить геологическое картирование осадочных отложений под маломощным четвертичным покровом.

Прослеживание зон разломов и региональной трещиноватостиимеет огромное значение. Так, разломы позднего заложения, возникшие в результате неотектонических движений, служат отличными водопроводящими каналами, а разломы древние, залеченные, наоборот – экранами. Определить к какому типу относятся разломы сложно, и требует привлечение всесторонней информации. И, тем не менее, разломы первого типа успешно картируются с использованием электроразведки ВЭЗ и ЭП; в сложных ситуациях можно привлекать сейсморазведку. Дополнительный материал о наличии разломов дают данные гравиразведки и магниторазведки. В первом случае по появлению аномалий типа «уступ», а во втором – по появлению линейно вытянутых аномалий переменного знака. Сочетание разного рода гравитационных и магнитных аномалий вдоль определённых линий обычно свидетельствуют об активности разломов. При этом гравитационные аномалии характеризуют чехол, а магнитные – фундамент.

Активные разлом сопровождаются изменениями физических свойств пород осадочного чехла, особенно удельного электрического сопротивления. Так при разгрузке подземных вод через разломы происходит повышение минерализации и по данным электроразведки опознают узкие линейные аномалии повышенной проводимости. В условиях развития траппов разломы хорошо выявляют магниторазведкой, когда на фон интенсивных магнитных полей фиксируют узкие вытянутые аномалии нулевого или отрицательного значения.

Тектонически неактивные разломы, глубокого заложения, с выходом под более молодые породы проявляются в виде флексур и складок, но именно над такими глубинными разломами в карбонатных породах развивается повышенная трещиноватость, они становятся водоносными. Поиск таких погребенных разломов лучше всего производить при помощи сейсморазведки.

Следует иметь в виду, что разломы в массивных породах (карбонатных, хемогенных, плотных песчаниках, эффузивных и т.п.) выделяются по геофизическим данным значительно лучше, чем в песчано-глинистых образованиях.

В бассейнах трещинных вод изучение мощности и состава рыхлых терригенных отложений используют электроразведку постоянным током (ВЭЗ, ЭП), сейсморазведку (МПВ, КМПВ) и другие геофизические методы. Эффективность этих методов обусловлена резким скачком свойств – УЭС, скорости, плотности и др на исследуемой границе. Обычно погрешность ВЭЗ при определении мощности рыхлых отложений составляет 15-20%. При однородном составе и небольшой мощности рыхлых отложений (50 м), вместо дорогостоящего зондирования можно использовать электропрофилирования.

Изучение литологического состав целесообразно ВЭЗ сочетать с другими методами, например, с методом вызванной поляризации - ВП. В условиях плохой геоэлектрической дифференцированности разреза рекомендуется использовать сейсморазведку и гравиразведку. Гравиразведку рекомендуется использовать при резких изменениях мощности рыхлого покрова, например, при прослеживании древних русел, глубоко врезанных в коренные породы.

С помощью МПВ или КМПВ мощность рыхлых отложений определяют с точностью порядка 3-5%. Применение КМПВ затруднительно, при наличии преломляющих границ выше зеркала грунтовых вод или наличия слоя глин. В этих условия рекомендуется применять методы поперечных и обменных волн совместно с МПВ. В том случае, когда скальные породы отличаются интенсивной трещиноватостью, а трещины заполнены водой или закальматированы глинистым материалом, в этом случае невозможно отделить эти образования от коренных пород. Необходимо на ключевых участках бурить скважины и выполнять ГИС.

Картирование зон трещиноватости весьма эффективно выполняетсяпри помощи сейсморазведки, а также методов кругового электрического профилирования, кругового зондирования методами ВЭЗ и магниторазведки. По данным измерений строятся розы трещиноватости, оцениваются коэффициенты анизотропии и на построенных картах оконтуривается пространство геологической среды, охваченное трещиноватостью..

Следует иметь в виду различный генезис трещиноватости – за счет процессов выветривания возникает экзогенная трещиноватость, а за счет тектонических движений – эндогенная. При картировании первого типа следует учитывать ландшафтно-индикационные характеристики.

Литолого-петрографическое картирование поверхности скальных пород геофизическими методами хорошо выполняется различными методами профилирования при условии латеральной дифференциации. При картировании скальных пород особое внимание уделяется разделению изучаемого комплекса на потенциально водообильные (трещиноваты) и на потенциально неводообильные слабо трещиноватые). К водообильным относят карбонатные породы, гранитоидные интрузии, кайнотипные эффузивы и т.д., к неводообильным – сланцы, метаморфические толщи, палеотипные эффузивы. Задача решается комплексом методов, используемом для выделения трещиноватых зон.

Сказанное выше относится в основном к характеристике поверхностной части разреза, мощностью первые десятки метров. Иногда такая глубина недостаточна, особенно при исследованиях минеральных и термальных вод, при осушении месторождений полезных ископаемых, при изучении гидрогеологических адмассивов и т.п. Требуется объёмное изучение скальных пород. При этом решаются задачи послойного (латерального) расчленение разреза массива, выявление и оконтуривание внутренних зон (камер), оконтуривание глубоко скрытых интрузивов.

Послойное расчленение осуществляется методами ВЭЗ, магнитотеллурического зондирования (МТЗ), сейсморазведкой МПВ, КМПВ. Иногда вместо ВЭЗ применяют дипольное зондирование – ДЭЗ, позволяющие хорошо прослеживать водоносные горизонты, залегающие среди терригенных и эффузивных. и контактирующие с песчано-глинистыми водоупорами.

Выделение внутри гидрогеологических массивов скрытых интрузивов имеет большое значение: со скрытыми интрузиями гранитов, для которых характерна повышенная водообильность, часто связаны месторождения радоновых вод. Задача выделения таких тел успешно решается сейсмо-, магнито- и гравиразведкой. При разведке термальных вод в этот комплекс добавляется термометрия и резистивиметрия.

Выше рассмотрены геофизические методы, применяемые, главным образом при региональных исследованиях, среднемасштабном гидрогеологическом картировании. При разведке месторождений подземных вод и детальном изучении месторождений используются те же методы, но в более крупных масштабах и с межметодным комплексироваинм, с использование наблюдений на ключевых участках и мониторингом.

Как уже неоднократно отмечалось, методы электроразведки наиболее часто и эффективно используются для решения самых разнообразных задач инженерной гидрогеологии. Поэтому остановимся на приёмах и результатах интерпретации данных электроразведочных работ.

Дата добавления: 2014-01-07