Введение к работе
, ;3/: *"' І
Актуальность работы. Одним из основных источников формиро- . вания эксплуатационных запасов подземных вод в многопластовых водоносных системах является перетекание через разделявшие слабопроницаемые толщи. В условиях интенсивного водоотбора резкая дифференциация уровенных поверхностей продуктивных и питающих водоносных горизонтов многократно увеличивает гидравлические градиенты, что приводит к изменениям характера перетока.
Подобная ситуация, сложившаяся в районах многих крупных водозаборов, требует учета возможных изменений фильтрационных и емкостных свойств глинистых пород при значительно возросших на них нагрузках по сравнению с опытными, на основе которых делался долговременный гидрогеологический прогноз.
В этом плане одной из наиболее актуальных научных и практических задач является детальное изучение структуры фильтрационного потока и закономерностей изменений пластового давления в глинистых породах в процессе перетекания. Практика показывает, что решение таких вопросов на стадии разведочных работ на конкретных месторождениях экономически нецелесообразно, а порой и практически неосуществимо, т.к. требует проведения нескольких циклов крупномасштабных опытно-фильтрационных опробований с широким комплексом сопутствующих полевых и лабораторных методов исследований. Наблюдения в период эксплуатации в данном случае также малоэффективны, поскольку режим и интенсивность водоотбора определяются нуждами потребителя, часто меняются и не всегда фиксируются.
Необходимые для решения поставленных задач условия - целенаправленные опытно-фильтрационные работы различного вида с заданными дебитом, продолжительностью возбуждения, возможностью его повторения и сопровождения специальным комплексом наблюдений - можно создать только на опытных полигонах, организуемых в типовых геолого-гидрогеологических условиях, и предназначенных для комплексных исследований закономерностей формирования запасов подземных вод.
Целью диссертационной работы является изучение закономерностей формирования режима пластовых давлений в разделявшей толще верхнеюрских глин в процессе перетекания между водоносными горизонтами в естественных условиях и при техногенной нагрузке на глинистый пласт.
Основные задачи исследований,;
-
Выявление основных факторов формирования режима пластового давления в глинах в существующих слабонарушенных гидрогеологических условиях полигона "Петушки".
-
Интерпретация экспериментальных данных, полученных в результате применения комплекса методов для изучения изменений свойств верхнеюрских глин и режима пластового давления в них под влиянием естественных факторов и в условиях техногенного .воздействия.
-
Изучение изменений водопроницаемости глинистого пласта при воздействии на него высоких гидростатических нагрузок.
-
Рассмотрение основных закономерностей перетекания через верхнеюрскую разделяющую толщу, обусловленных изиенениями свойств глинистых пород под влиянием опытно-эксплуатационных возмущений
в нижележащем водоносном горизонте. методика исследований включала;
-
Анализ теоретических представлений об основных факторах, определяющих фильтрационные свойства глин и перетекание между водоносными горизонтами.
-
Выбор и использование наиболее рационального комплекса полевых методов исследований для решения поставленных задач.Комплекс включает: гидродинамические методы оценки интенсивности перетекания, использующие для расчетов данные об изменениях напоров в смежных водоносных горизонтах и пластового давления непосредственно в глинистом пласте с помощью махоинерционных датчиков давления; геотермический метод оценки скорости фильтрации в глинах; методы гамма-гамма (ГГК), нейтрон-нейтронного (НИК) и волнового диэлектрического каротажа (ВДК) для оценки изменений плотности и влажности глинистых пород; метод, кажущегося сопротивления (КС) для качественной оценки структурных преобразований в глинах.
-
Комплексирование различных по виду, масштабу, продолжительности опытно-фильтрационных работ для выявления изменений свойств верхнеюрской толщи глин и связанных с ними изменений характера перетекания. Опытно-Фильтрационные работы включали откачки раздельно из каждого продуктивного водоносного горизонта, совмещенные откачки из двух водоносных горизонтов, нагнетания в центральные и в наблюдательные скважины на фоне откачки, а также нагнетания в глинистый пласт.
-
Сопоставление данных лабораторных и натурных экспериментальных исследований уплотнения верхнеюрской толщи глин под влиянием техногенных нагрузок.
Научная новизна работы;
-
Выявлены и систематизированы основные факторы формирования режима пластового давления в глинистых породах: естественные, не связанные с техногенным воздействием на среду и действующие постоянно и независимо от остальных; искусственные, связанные с влиянием регионального водоотбора из продуктивных водоносных горизонтов; искусственные, действующие при целенаправленных возбуждениях глинистого пласта и смежных с ним водоносных горизонтов.
-
Доказана возможность изменения характера перетекания через разделяющую слабопроницаемую толшу под влиянием процессов уплотнения и разуплотнения слагающих её глинистых пород. <эти процессы, различной интенсивности в плане и по глубине, проявляются вследствие многократных и долговременных понижений пьезометрических уровней при откачках подземных вод.
-
В рамках принятой модели гетерогенного строения разделяющего пласта обоснована экспериментально полученная разница в величинах фактических и расчетных понижений в глинах, возникающая при расчетах гидродинамическими методами по схеме одномерной фильтрации с использованием данных о положении уровней смежных водоносных горизонтов.
-
Экспериментальным путем установлена возможность фильтрации воды в глинистом пласте с большим расходом по аномально проницаемым зонам, совпадающим по направлению с природной трещинова-тостью. Активное поглощение воды происходит при гидростатическом напоре, близком по величине к пределу структурной прочности данных глинистих пород.
Практическая значимость работы заключается в тоы, что полученные результаты способствуют совершенствованию методов и методики исследований взаимосвязи водоносных горизонтов в многопластовых водоносных системах. В процессе проведения разведочных работ на конкретных участках должны быть получены опорные данные для прогноза изменений гидрогеологических параметров разделяющих глинистых толш; необходимые коррективы в эти данные можно ввести, используя результаты исследований на опытном полигоне "Петушки".
Апробация работы и публикации.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на конференциях молодых ученых ВСЕГИНГЕО (пос.Зеленый, 1986, 1967), в Московском географическом обществе (1986), на научной конференции МГРИ (1987), на Всесоюзных школах передового опыта (пос.Зеленый, 1987, 1989), на Всесоюзном съезде инженеров-геологов, гидрогеологов и геокриологов (Киев, 1988), экспонировались на ВДНХ СССР (1986).
По теме диссертации автором опубликовано 6 работ (из них три в соавторстве).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы из 124 наименований. Содержание работы изложено на 168 с. машинописного текста, включает 35 рисунков и 12 таблиц.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д-ру геол.-мин. наук Б.В.Боревскому и глубокую благодарность за помошь в работе д-ру геол.-мин. наук, профессору В.М.Гольдбер-гу.