Патент на изобретение №2178191

(54) СПОСОБ ПОИСКА И РАЗВЕДКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

(57) Реферат:

Использование для геологического обоснования проведения поисково-разведочных работ на подземные пресные и минерализованные воды. Сущность изобретения: путем выделения по результатам изучения космо- и аэрофотоснимков кольцевых структур и участков выхода в них глубинных тепловых потоков определяют в них по результатам геофизических исследований участки обводненных зон. Оконтуривают их и проводят разведку буровыми скважинами. Выделяют дисперсии плотности видеотона и электрического потенциала кольцевых структур и участков выхода в них глубинных тепловых потоков. Проводят геофизические исследования участков обводненных зон путем совмещения метода вертикального электрического зондирования с методом двух составляющих. Выявляют аномалии электрического поля. Дифференцируют их высшими производными. По результатам поперечной дифференциальной проводимости судят о насыщенности водой изучаемых зон, а продольной дифференциальной проводимости – о наличие водных подземных потоков и условиях их подпитки смежными водоносными горизонтами. Технический результат: повышение надежности прогнозов наличия подземных вод при одновременном снижении трудоемкости работ. 3 ил.

Изобретение относится к геологическим методам поисков и разведки месторождений подземных вод и может быть использовано для геологического обоснования проведения поисково-разведочных работ на подземные пресные и минерализованные воды.

Известен способ по /1/ поисков подземных ископаемых, основанный на комплексе дистанционных и геолого-геофизических методов исследований, при котором сначала на изучаемой территории проводят дешифрование космо- и аэрофотоснимков, выявляют на снимках дуговые и кольцевые структуры, выполняют морфометрический анализ рельефа, затем в пределах выделенных структур проводят площадные геолого-съемочные и геофизические работы для изучения их строения и свойств, бурят глубокие структурные скважины для геологической заверки геофизических аномалий, после чего строят карты с пространственным размещением полезных ископаемых, перспективным для дальнейшей разведки.

Недостатки способа по /1/ заключаются в следующем:
– реализация способа требует значительных объемов наземных геофизических, буровых и других дорогостоящих работ на значительных площадях;
– зачастую одинаковые на космоснимках фотоизображения имеют различную геологическую природу, что затрудняет их интерпретацию без проведения детальных геофизических работ;
– способ невозможно использовать без специальной доработки для поиска месторождений пресных подземных вод, так как закономерности их размещения иные, чем для твердых полезных ископаемых.

Известен принятый нами в качестве прототипа способ поиска и разведки подземных вод по /2/, в котором по результатам дистанционных исследований выделяют кольцевые структуры и участки выхода в них глубинных тепловых потоков, проводят на них магнитную съемку, выявляют переходы положительных значений напряженности магнитного поля через нулевые и отрицательные, оконтуривают обводненную зону и проводят ее разведку буровыми скважинами.

Недостатки способа по /2/ заключаются в том, что напряженность магнитного поля, использованная в качестве основного показателя наличия обводненных зон, не отражает в полной мере фактических аномалий, свидетельствующих о размещении полезных ископаемых, что не позволяет с достаточной уверенностью судить о запасах и объемах подземных вод в изучаемых горизонтах. Кроме того, способ по /2/ сложен и трудоемок в реализации, что связано с необходимостью выполнения значительных объемов изысканий для изучения геологических, структурных, литологических особенностей массивов.

Задача настоящего изобретения – повышение надежности прогнозов наличия подземных вод при одновременном снижении трудоемкости работ.

Поставленная задача достигается тем, что в способе поиска и разведки подземных вод путем выделения по результатам изучения космо- и аэрофотоснимков кольцевых структур и участков выхода в них глубинных тепловых потоков, определяют в них по результатам геофизических исследований участки обводненных зон, оконтуривают их и проводят разведку буровыми скважинами, выделяют дисперсии плотности видеотона и электрического потенциала кольцевых структур и участков выхода в них глубинных тепловых потоков, при проведении геофизических исследований участков обводненной зоны расстояние между профилями выбирают не превышающим половину поперечных размеров объектов, а шаг наблюдений по профилю – одной трети, по результатам которых определяют площади распространения подземных вод и их минерализацию, аномалии электрического поля дифференцируют высшими производными, по поперечной составляющей дифференциальной проводимости судят о насыщенности водой изучаемых зон, а по продольной составляющей дифференциальной проводимости – о наличии водных подземных потоков и условиях их подпитки смежными водоносными горизонтами.

Согласно изобретению сначала путем расшифрования космоснимков выявляют активные разломы и зоны трещиноватости различных рангов, оценивают кинематику разрывов, вулканоплутонические комплексы с выделением мелких фотолинеаментов, по которым судят о залегании обводненных трещинных зон. После этого выделяют участки, перспективные на пресные и минеральные подземные воды, где проводят наземные геофизические исследования с целью выбора местоположения эксплуатационных скважин.

Сеть наблюдений при проведении геофизических исследований выбирают с учетом результатов анализа геолого-структурного строения участка, определяющих наибольшую вероятность достаточно значительных аномалий.

Квадратную сеть наблюдений карстовых образований строят так, чтобы каждая полость пересекалась минимум одним профилем, а между профилями попадало минимальное количество пустот.

Оптимальное расстояние между профилями выбирают из условия, при котором вероятность Р выделения объекта близка к единице, причем

где l – распространенность искомой аномалии в м;
d – расстояние между профилями.

При d= 1 вероятность Р= 0,636. Наибольшая вероятность обнаружения полостей изометрической формы будет при шаге m, по профилю равном a/2, где а – радиус аппроксимирующего шара, размеры которого оценены по данным геолого-карстологических исследований. Оптимальная вероятность (близкая к единице) выделения аномалий от подземных полостей в карстовом массиве возможна, когда расстояние между профилями не превышают половину поперечных размеров объектов, а шаг наблюдений по профилю – одной трети.

Геофизические исследования, кроме вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), включали методы двух составляющих (МДС), методы сейсморазведки на продольных и поперечных волнах (ВЭЗ-ВЛ) и естественного электрического поля (ЕП). Координаты точки, лежащие на поверхности раздела сред, определялись по параметрам ВЭЗ с использованием ЭВМ (компьютера) / Руководство по интерпретации кривых ВЭЗ-НДС ПНИИИС-М. : “Стройиздат”, 1984 г. , 200 с. /.

Данные электроразведки подвергают математической компьютерной обработке с использованием комплекса математических программ, позволяющим расшифровку полученных кривых ВЭЗ-МДС высшими производными. В результате более точно определяют уровни подземных вод, возможные дебиты, коллекторские свойства водоносного горизонта, зоны повышенной трещиноватости, глубины залегания и мощности подземного горизонта. Используя дисперсии плотности видеотона космических снимков и электрического потенциала ВЭЗ, определяют площади распространения подземных вод и их минерализацию по экспериментальным данным соответствующих зависимостей, после чего по результатам поперечной дифференциальной проводимости судят о насыщенности водой изучаемых зон, а продольной дифференциальной проводимости – о наличие водных подземных потоков и условиях их подпитки смежными водоносными горизонтами.

Пример реализации способа.

На фиг. 1 показаны перспективные водообильные зоны, выделенные по фототонам, цвету, рисунку и структуре снимка.

На фиг. 2 изображены внутренние части структур – опущенные блоки пород фундамента.

На фиг. 3 показаны зоны разрушенных и кавернозных пород, приуроченных к пересечениям нескольких зон повышенной трещиноватости с напорными водами.

На рассматриваемой территории площадью 3000 км² определены 9 участков, расположенных в различных геолого-структурных зонах района. Выделены основные опорные геолого-стратиграфические разрезы и контуры предполагаемого залегания подземных вод на различных глубинах, полученные при обработке фондового материала и аэрокосмических фотоснимков по специально разработанным космическим программам.

По результатам дешифрования спецтрозонального аэрокосмического снимка, куда попадает один из выделенных районов, были получены данные о тектоничеких особенностях территории с выделением участков предполагаемого залегания подземных вод в зонах тектонической трещиноватости пород. Имеющиеся здесь скважины в сумме с дебитом пресной воды более 1 тыс. м³/сут. подтверждают результаты дешифрования. Расчеты показали, что на выделенном участке при определенном размещении и оборудовании водозаборных скважин может быть получен в 4-5 раз больший дебит.

При фотографировании территории с космического спутника регистрируется не только видимое изображение поверхности территории, но и невидимое инфракрасное излучение различных геологических объектов и обводненных зон на поверхности и внутри.

В процессе специальной обработки – визуализации – это невидимое инфракрасное изображение фототонов фильтруется специальными программами для искомого вещества и переводится в оптический диапазон, т. е. становится видимым.

На основании материалов многозональной и спектрозональной съемок из космоса составляются геологические, геоструктурные, ландшафтные, геоморфологические и др. карты, в результате анализа которых определяются гидрогеологические структуры, перспективные для получения подземных вод.

С помощью фиг. 1 и 2 на сочленениях внутренних и внешних частей фототонов устанавливали расположение районов изменения интенсивности фототонов глубинного инфракрасного излучения. Выделенные по аэрокосмоснимкам участки с пониженным и повышенным излучением. Первые характеризуются плавным погружением блоков пород фундамента под осадочный чехол и наиболее благоприятными условиями для застойного режима водообильных зон.

Участки повышенного изменения интенсивности фототона инфракрасного излучения, отличающегося по космоснимкам характером микрорельефа, гидросети, располагаются на глубинных разломах и на их продолжении по системам сопряженных тектонических трещин, приуроченных к границе погружения блоков фундамента под осадочный чехол. После этого на выделенных участках производят площадную электроразведку для определения планового положения и протяженности сближенных систем концентрических трещин растяжения и не горизонтальными границами развития наклонно-слоистых, трещиноватых пород.

Основной объем электроразведочных работ выполняют методом ВЭЗ-МДС, размещая точки на исследуемом участке по достаточно равномерной сети, определяемой масштабом съемки. Расстояние между соседними пунктами ВЭЗ-МДС не превышали длину максимальных разносов питающих электродов.

Для полевых измерений удельного электрического сопротивления (УСД) выбирают и монтируют симметричную градиентную установку AMNB на постоянном токе. Размер питающей линии АВ/2= 750 м.

ЭП-МДС используют для картирования положительных форм карстового рельефа. Основной объем работ выполняют трехэлектродными установками. Наблюдения выполняют по сети профилей с шагом, не превышающим минимальные поперечные размеры положительных форм карстового рельефа. Цель обработки геофизических материалов – определить глубину залегания водонасыщенных зон и уровня грунтового потока, выделить области и направление фильтрующего потока в плане и по глубине.

Для оперативной обработки и анализа информации, связанной с интерпретацией геофизического материала, а также для решения других специальных задач математическими методами использовался комплекс прикладных программ “Zond”. В результате выбраны перспективные водообильные зоны, рекомендованные для разведки подземных вод.

Подземные воды по химическому составу относятся к гидрокарбонатно-кальциево-натриевым в верхней и сульфатно-кальциевым в нижней части разреза. Их минерализация изменяется от 0,2 г/л в четвертичных отложениях до 3 г/л в сульфатно-карбонатной толще.

По геофизическим материалам были заданы четыре скважины. Две из них служили для проверки точности и достоверности наличия карстовых пустот и полостей, заполненных водой.

Полученная информация всего комплекса геофизических исследований позволяет даже в сложных геологических районах успешно решать вопрос выделения среди трещинных пород участков с наибольшей водоносностью. В результате заложение перспективных эксплуатационных скважин производится с высокой вероятностью как успеха работ, так и получения предсказанных дебитов. Предлагаемый метод позволяет в пять раз уменьшить время на изыскание источников водоснабжения, на 70% снизить трудозатраты при выполнении геолого-геофизических работ, отказаться от строительства и эксплуатации удаленных источников подземных вод, не пригодных для хозяйственно-питьевых целей.

Источники информации
1. Космическая информация в геологии. М. : “Наука”. 1983, с. 4, 74-76, 80.

2. Патент РФ 2006891, М. кл. ⁵: G 01 V 9/00, 1988 г.

Формула изобретения

Способ поиска и разведки подземных вод, включающий выделение по дисперсии плотности видеотона космо- и аэрофотоснимков кольцевых структур и участков выхода в них глубинных тепловых потоков, определение в них по результатам геофизических исследований участков обводненных зон, оконтуривание их и проведение разведки буровыми скважинами, отличающийся тем, что при проведении геофизических исследований участков обводненной зоны путем совмещения метода вертикального электрического зондирования с методом двух составляющих. расстояние между профилями выбирают не превышающим половину поперечных размеров исследуемых участков, а шаг наблюдений по профилю – одной трети, по результатам которых определяют площади распространения подземных вод и их минерализацию, аномалии электрического поля дифференцируют высшими производными, по поперечной составляющей дифференциальной проводимости судят о насыщенности водой изучаемых зон, а по продольной составляющей дифференциальной проводимости – о наличии водных подземных потоков и условиях их подпитки смежными водоносными горизонтами.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 14.03.2005

Извещение опубликовано: 20.02.2006 БИ: 05/2006