Основные типы месторождений подземных промышленных вод

Для решения практических задач при разведке и освоении месторождений подземных вод их подразделяют на три группы по степени сложности (табл. 14). Степень сложности в данном случае определяется геолого-гидрогеологическими, т. е. природными, осо­бенностями месторождения, но при этом учитываются и экономиче­ские факторы, в частности затраты на проведение разведочных ра­бот и исследований.

Сложность геологических условий месторождений определяется прежде всего тектоническими факторами, а также литолого-фаци-альной неоднородностью как продуктивных водоносных комплексов, так и примыкающих к ним водоупорных пород. Сложность филь­трационных условий связана в основном с неоднородностью водо­вмещающих пород. С известной долей условности водовмещающие породы-коллекторы целесообразно подразделять на три группы: условно однородные водоносные горизонты (удельные дебиты скважин различаются не более чем в 5 раз); неоднородные гори­зонты (удельные дебиты различаются в 5 — 10 раз); весьма неодно­родные горизонты (удельные дебиты различаются более чем в 10 раз).

Степень сложности гидрогеохимических и гидрогеотермических условий определяет надежность прогнозирования качества вод в процессе эксплуатации. По характеру гидрогеохимических и гидро­геотермических условий месторождения глубоких подземных вод подразделяются на:

простые, когда источники изменения качества воды отсутствуют; температурные условия относительно однородны; границы вод не­кондиционного состава удалены на большое расстояние от эксплуа­тационных участков; указанные границы проходят вблизи участка эксплуатации, но имеют простую конфигурацию, а водоносный горизонт представлен условно однородными породами. В этих усло­виях возможные изменения минерализации, химического состава и температуры воды в процессе эксплуатации устанавливаются рас­четным путем, в том числе и при эксплуатации с поддержанием пластового давления;

сложные, когда границы зон с различным качеством подземных вод имеют сложную конфигурацию в плане и разрезе; водоносные горизонты в фильтрационном отношении неоднородны; температур­ные условия также относительно неоднородны; перекрываются или подстилаются водоносными пластами, содержащими воды неконди­ционного качества, причем в процессе эксплуатации возможно вер­тикальное перетекание. В этих условиях при однородности разде­ляющих водоупоров возможные изменения качества вод устанав­ливаются расчетным путем, в том числе с применением методов моделирования. В расчеты необходимо вводить большой запас на­дежности;

весьма сложные, когда границы зон с различным качеством воды имеют сложную конфигурацию в плане и разрезе; темпера­турные условия весьма неоднородны; водоносные комп-лексы (гори­зонты) или зоны приурочены к неравномерно-трещиноватым или закарстованным породам; водоупоры неоднородны, имеют гидрав­лические «окна», по которым возможно поступление некондицион­ных вод из смежных горизонтов или водоносных зон. Сложное взаимоотношение вод различного состава и (или) разной темпера­туры может быть легко нарушено, особенно при отборе в объемах, превышающих естественные ресурсы этих зон. Возможные измене­ния качества воды оцениваются приблизительно на основе анализа общей гидрогеологической обстановки, по опыту эксплуатации ана­логичных месторождений и на основе интерпретации данных дли­тельных групповых опытно-эксплуатационных выпусков (откачек). В обобщенном виде степень сложности месторождений находит выражение в категориях запасов и требованиях к их соотношению для подготовленности месторождения к промышленному освоению. Так, например, на месторождениях наиболее сложной третьей груп­пы выявление запасов категории А экономически не оправдано, так как для этого требуются либо слишком большие затраты, либо выявление запасов этой категории вообще невозможно.

Месторождения промышленных вод по геолого-гидрогеологиче­ским условиям и особенностям методики разведки с учетом опреде­ляемой классификацией группы сложности принято подразделять на несколько типов: месторождения пластового типа в крупных артези­анских бассейнах платформ и плит; месторождения пластового типа в артезианских бассейнах межгорных и предгорных впадин; место­рождения трещинно-жильного типа горно-складчатых областей и районов современного вулканизма; месторождения в озерных пони­жениях.

Месторождения первого типа находятся внутри крупных арте­зианских бассейнов древних платформ и эпипалеозойских плит. Оса­дочные чехлы платформ и плит, с которыми связаны продуктивные водоносные комплексы, имеют возраст пород от протерозоя до кайно­зоя, различную мощность, обычно спокойное залегание. Месторожде­ния этого типа, как правило, многопластовые, имеют большие раз­меры в плане, характеризуются выдержанностью по площади филь­трационных свойств и гидрогеохимических показателей, значитель­ной величиной эксплуатационных запасов. По содержанию полезных компонентов наиболее часто они относятся к однокомпонентным (например, йодные или бромные), но содержат полезные компоненты, которые могут извлекаться попутно. Источниками формирования эксплуатационных запасов служат в основном упругие запасы про­дуктивных горизонтов, в связи с чем при эксплуатации образуются значительные по площади и глубине депрессионные воронки. По характеру коллекторов продуктивные водоносные комплексы подраз­деляются на поровые, порово-трещинные, трещинные и трещинно-карстовые. Наибольший практический интерес представляют гори­зонты с поровыми и порово-трещинными коллекторами, но в послед­нее время начали вовлекаться в эксплуатацию и карбонатные водоносные комплексы с трещинными и трещинно-карстовыми кол­лекторами.

Эксплуатационные участки на платформенных месторождениях выбирают в основном по технико-экономическим показателям экс­плуатации с учетом условий сброса отработанных вод. Типичными месторождениями рассмотренного типа являются месторождения на Русской платформе и Западно-Сибирской плите.

Месторождения второго типа отличаются сложной геолого-тек­тонической и гидрогеологической обстановкой. Продуктивные водо­носные горизонты расчленены тектоническими нарушениями на серию блоков; фильтрационные свойства пород и гидрогеохимические показатели воды могут существенно изменяться как в отдельных блоках, так и от блока к блоку. Месторождения этого типа приуро­чены к ограниченным в плане пластам или крутым антиклинальным складкам. В последнем случае глубина залегания продуктивных горизонтов изменяется от первых сотен метров в ядрах складок до 2000 — 3000 м на их крыльях. Эксплуатационные запасы промышенных вод месторождений второго типа значительны, а состав вод позволяет извлекать два и более полезных компонентов.

Источниками формирования эксплуатационных запасов служат упругие запасы продуктивных горизонтов, перетекание из смежных горизонтов, отжатие воды из глин, инверсия разгрузки глубоких вод, осушение пластов в краевых или приподнятых частях продук­тивных горизонтов. Водовмещающие породы представлены мощ­ными песчано-глинистыми толщами с коллекторами перового типа. Вследствие слабой уплотненности пород при опробовании и эксплу­атации скважин часто наблюдается пескование. Для месторождений второго типа характерны также высокие температуры и избыточ­ные напоры, большая газонасыщенность пластовых вод, вплоть до присутствия газовых шапок. Эти обстоятельства осложняют про­ведение опытно-фильтрационных работ и определение гидрогеоло­гических параметров по данным опытных работ.

Положение эксплуатационных участков и конструкции водоза­боров на месторождениях второго типа определяются прежде всего геолого-структурной обстановкой (глубиной залегания продуктив­ных горизонтов), а также фильтрационными и гидрогеохимическими особенностями. Ко второму типу относятся эксплуатируемые и раз­веданные месторождения промышленных вод в Туркмении и Азер­байджане. Эксплуатация этих месторождений обеспечивает произ­водство почти всего йода и большей части брома в стране.

Месторождения трещинно-жильного типа горно-складчатых областей и районов современного вулканизма пока не эксплуати­руются в качестве промышленных. Они более известны как место­рождения минеральных или теплоэнергетических вод, но в опреде­ленных условиях воды этих месторождений могут представлять интерес для извлечения таких полезных компонентов, как бор, ли­тий, мышьяк и др. В геологическом отношении месторождения приурочены к комплексам интрузивных, метаморфических, вулкано­генных и вулканогенно-осадочных пород, отличающихся очень низкими фильтрационными и емкостными свойствами. Обводнен­ность пород связана с зонами тектонических нарушений и особенно с узлами пересечения нарушений различного направления. Для месторождений этого типа характерны исключительная фильтраци­онная неоднородность и неустойчивость гидрогеохимических пока­зателей как в естественных, так и в нарушенных условиях.

Источники формирования эксплуатационных запасов, как пра­вило, по данным разведочных работ установить не представляется возможным. Оценка запасов производится в пределах величины естественных ресурсов по данным продолжительных групповых вы­пусков. Методика разведки месторождений трещинно-жильного типа пока разработана слабо.

Месторождения четвертого типа связаны с современными озер­ными понижениями или эвапоритовыми бассейнами, заполненными рапой различного состава. Наиболее известным месторождением этого типа является оз. Сёрлз. шт. Калифорния (США), на базе подземных рассолов которого созданы крупные предприятия по переработке рассолов.

В СССР известны два подтипа месторождений, связанных с озерными понижениями. К первому подтипу относятся месторож­дения в современных эвапоритовых бассейнах, в разрезе которых имеется несколько горизонтов (до 3) сильнопористых солей (гали-та, астраханита и др.), разделенных прослоями илов или мелко­зернистых песков. Пористые соли имеют исключительно высокие фильтрационные свойства и заключают рассолы, обычно отличаю­щиеся по своему составу от поверхностной озерной рапы. Подзем­ные рассолы обладают небольшим напором и гидравлически связа­ны с озерной рапой. Эксплуатация рассолов осуществляется обычно при установившемся режиме. Сложность представляет прогноз ка­чества рассолов. Эксплуатационные запасы обеспечиваются в основном естественными запасами, но промышленные рассолы до­полнительно могут формироваться за счет растворения вмещающих солей при эксплуатации. Типичное месторождение этого подтипа — котловина залива Кара-Богаз-Гол.

Месторождения второго подтипа связаны с терригенными пла­стами в разрезе донных отложений озер континентального проис­хождения. Гидродинамическая и гидрохимическая обстановка сложная и трудно поддается прогнозированию при эксплуатации. Прямой гидравлической связи с озерной рапой обычно не сущест­вует или она весьма слабая, но имеется связь с грунтовыми водами в береговых отложениях. Эксплуатационные запасы, как правило, небольшие и формируются за счет естественных запасов. Место­рождения этого подтипа встречаются в пределах озерных впадин на юге Западной Сибири (оз. Малиновое и др.).

Рассмотренная типизация отражает в основном геолого-гидро­геологические особенности месторождений, определяющие, в свою очередь, особенности методики их разведки и условия эксплуата­ции. Однако для комплексной переработки гидроминерального сырья важное значение имеют технологические свойства подземных вод, которые определяют наиболее целесообразные технологиче­ские схемы их переработки. Технологические свойства должны изучаться и типизироваться применительно к некоторым типовым технологическим способам переработки подземных вод. Поскольку технологические исследования не вышли из стадии лабораторных испытаний, типизация подземных промышленных вод по техноло­гическим свойствам преждевременна и является одной из задач будущего изучения гидроминерального сырья.