CC BY
15
ки месторождений; о) изучение инженерной петрологии метасоматитов; 6) широкое внедрение в гидрогеологических, инженерно-геологических и геоэкологических исследованиях методов математического моделирования на персональных ЭВМ; 7) активное внедрение в практику инженерно-геологических исследований геофизических методов; 8) проведение среднем асштабнюго гидрогеологического, инженерно-геологического и геоэкологического районирования территории горноскладчатого Урала, в первую очередь районов интенсивного промышленного освоения; 9) детальное гидрогеологическое, ипжснсрно-геологичеекое и геоэкологическое картирование промышленных центров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Алексеев А. Ф., Дубейковский С. Г. Особенности инженерно-геологических условий асбестовых месторождений Урала//Проблемы инженерной геологии в связи с промышленно-гражданским строительством и разработкой месторождений полезных ископаемых: Тезисы V Всесоюзной конференции.— Свердловск, 1984 —Т. 2.— С. 82—86.
2. Баженовское месторождение хризотил-асбеста / Под. ред. К. К. Золоева, Б. А. Попова— М.: Недра. 1985.—271 с.
3. Инженерная геология СССР. Урал, Таймыр и Казахская складчатая область.— М.: Недра, 1990,—4U8 с.
4. Плотников И. И. Гидрогеологические проблемы разработки бокситовых месторождений Урала//Сов. геология. 1985.— № 3.— С. 113—120.
5 Подлесский К. В. Скарны и околорудные метасоматнты железорудных месторождений Урала и Кавказа.— М.: Наука. 1987.—204 с.
6. Савельева К. П., Грязное О. Н.. Костромнн Д. А. Критерии различия гидротермальных метасоматитов аргиллизитовой формации и химической коры выветривания на одном из золоторудных месторождений//Новые данные по золоторудным месторождениям Урала—Свердловск, 1990.—С. 113—118.
УДК 556.3:550.812(470.5)
С. В. Палкин, С. С. Палкин
К ВОПРОСУ О РАЗВЕДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА УРАЛЕ
Среди месторождений полезных ископаемых Уральского региона (Свердловская, Пермская, Челябинская, Курганская области) особое место занимают месторождения подземных вод, особенно питьевого назначения. Разведка таких месторождений для водоснабжения населения традиционно занимает важное место среди проблем прикладной гидрогеологии.
Систематические работы в рассматриваемом направлении ведутся уральскими гидрогеологами почти полвека. В 1951 году впервые в нашем регионе были официально утверждены в ГКЗ эксплуатационные запасы подземных вод (для городов Асбеста и Пласта). С тех пор разведано 250 месторождений с запасами более 2500 тыс. м3/сутки (см. таблицу). Результаты выполненных разведочных работ и региональной оценки эксплуатационных запасов показывают, что подземные воды могут и должны играть важную роль в системе водоснабжения наших городов, поселков и предприятий. Правда, за счет их ресурсов в большинстве случаев может быть обеспечена только часть водопотребления, особенно перспективного. Поэтому их использование должно планироваться в комплексе с поверхностными водами. Исключение составляют такие города, например, в Свердловской области, как Ивдель, Северо-уральск, Карпинск, Краснотурьинск, Волчанск, Серов, Михайловск,
Красноуфимск, Н. Серги, Первоуральско-Ревдинский промузел, райцентры Шаля, Атиг, Артн, Сысерть и другие, водоснабжение которых может быть практически полностью осуществлено за счет водозаборов, работающих на подземных водах. Таким же исключением являются те населенные пункты области, где подземных вод требуемого качества и в достаточных количествах нет: города Свердловск, Н. Тагил, Талица, Тавда, райцентр Байкалово и др.
Таблица данных о месторождениях подземных вод
Административная область Количество разведанных месторождений Разведанные запасы подземных вод Используется разведанных запасов, тыс. ч3/сут. % использования разведанных запасов Удельные харак- теристки. м'/сут. на 1 чел.
всего из них эксплуатируется всего тыс. м3/сут. из них подготовлено к промышл. освоению, тыс. м'/сут. запасы под-готовл. к эксплуатации хозяйст- венно-пигьевое водоснабжение (факт, использован).
об общих разведанных от под-готов-лен-ных к эксплуатации
кол-во % от числа разведанных
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Пермская Свердловская Челябинская Курганская 29 164 39 18 13 80 19 4 45 40 49 22 592 1356 614 181 435 1027 502 152 182 401 289 19 30,7 24,6 47.2 10.3 41,7 39,0 57,7 12,3 0,12 0,22 0,14 0,14 0,06 0,08 0,08 0,02
Всего 250 116 46 2742 2115 890 32,5 42.1 0,16 0,07
Примечание. Численность населения Пермской. Свердловской, Челябинской и Курганской областей составляет соответственно 3100, 4660. 3630, 1085 тыс. человек.
Большой опыт разведки месторождений, а также многолетние систематические наблюдения за их эксплуатацией позволяют сформулировать следующие зажные задачи и проблемы этого раздела прикладной гидрогеологии, некоторые из них еще требуют своего решения.
1. Проблема оценки общих эксплуатационных запасов месторождений подземных вод заключается в необходимости количественного определения источников их формирования для периодов (лет) низкой водности обеспеченностью от 85 до 95% (для различных категорий потребителей по их значимости). Причем в соответствии с требованиями действующих нормативных документов, расчетным должен считаться, как правило, самый напряженный по водности месяц маловодного года. Эксплуатация месторождений, режимные наблюдения за которой ведутся на ряде месторождений уже в течение 15—20 лет, показала, что указанное ограничение является исключительно жестким и приводит к занижению реальных возможностей объектов из-за неучета особенностей строения геофильтрационной среды по межсезонному, а в отдельных случаях и по межгодовому регулированию эксплуатационного водоот-бора. Дело в том, что водозаборные участки, даже в трещинно-коровых бассейнах грунтового стока, где основным источником формирования эксплуатационных запасов являются только естественные ресурсы, располагаются, как правило, в пределах зон развития достаточно мощных кор выветривания коренных пород. Кроме того, для них характерно расположение в понижениях рельефа, где в естественных условиях происходят большие потери водных ресурсов на испарение и транспирацию влаголюбивой растительностью. В нарушенных гидрогеологических ус-
ловиях, когда водоотбор сопровождается снижением уровня подземных вод на достаточно обширной площади депрессионной воронки, модуль питания водоносного коллектора на таких участках существенно возрастает, во-первых, за счет исключения (или уменьшения) из водного баланса указанных выше его расходных статей, а, во-вторых, за счет абсолютного роста объема инфильтрации атмосферных осадков в искусственно созданную зону аэрации, обладающую определенными емкостными возможностями и способную магазинировать солидные объемы воды в многоводный период года. Другими словами, под влиянием во-доотбора на таких месторождениях происходит не только перераспределение отдельных составляющих водного баланса в пользу подземной составляющей, но и абсолютное увеличение водных ресурсов в границах бассейна стока за счет исключения их неизбежных потерь на испарение и транспирацию в естественных условиях
Этот процесс еще рельефней проявляется на прндолинных участках современных рек, где основной продуктивный горизонт перекрывается сверху аллювиальными отложениями повышенной мощности, когда в регулирование питания водозабора вовлекаются не только ресурсы частной площади водосбора, но и транзитный речной сток. Учет указанных особенностей формирования эксплуатационных запасов позволяет увеличивать их общую величину в 1,5—2,0 раза по сравнению с традиционным подходом, что было реализовано при разведке, например Сер-гинского, Мало-Кизильского, Вагранского, Березовского, Липовского и других месторождений подземных вод.
2. Значительная часть уральских месторождений относится по классификации ГКЗ к группе сложных (III группа), что определяется исключительно неравномерной трещиноватостью или закарстованностью водовмещающих пород и невозможностью количественной оценки каждой из составляющих будущего эксплуатационного водоотбора. В этих условиях, согласно требованиям нормативных документов, обоснование запасов, подготовленных для промышленного освоения, должно базироваться на результатах групповых опытно-эксплуатационных откачек. Учитывая, как правило, небольшие масштабы таких объектов (до 5— 10 тыс. м3/сут.), включение в состав разведочных работ продолжительных и трудоемких опытно-фильтрацнонных работ резко увеличивает общую стоимость и удельные затраты на разведку подземных вод. Это, при ограниченности финансовых ресурсов заказчика, часто приводит к отказу от вовлечения таких объектов в народнохозяйственный оборот, что, естественно, не может считаться нормальным. В этих условиях уральскими гидрогеологами реализуется нестандартный подход к оценке промышленно подготовленной части эксплуатационных запасов месторождения. Он базируется, с одной стороны, на современных подходах к оценке общих запасов, основанных, как указывалось, на изучении многолетнего опыта эксплуатации месторождений подземных вод и широкого внедрения в разведочную практику метода гидрогеологической аналогии; с другой — на основе включения в состав разведочных работ опытных одиночных откачек из наиболее репрезентативных точек будущего водозабора. Для повышения надежности гидрогеологического прогноза по степени вовлечения в промышленный водоотбор оптимальной величины общих запасов месторождения в будущую схему водозабора вводятся дополнительные резервные скважины, что для месторождений самой высокой группы сложности признается экономически оправданным, поскольку, строго говоря, необходимая степень разведанно-сти таких объектов может быть достигнута только в процессе их реальной эксплуатации в течение ряда лет.
3. Качество подземных вод разведуемых месторождений как будущих источников хозяйственно-питьевого водоснабжения населения изу-
чается в соответствии с требованиями ГОСТ 2671—84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения».
В соответствии с этим государственным регламентом, учитывая слабую защищенность продуктивных водоносных структур от поверхностного загрязнения и, как правило, достаточно тесную их связь с поверхностными водами, качество разведуемых подземных вод должно изучаться по весьма широкой программе. Причем, перечень анализируемых компонентов и веществ должен в каждом конкретном случае базироваться на анализе реальной антропогенной ситуации. В настоящее время по согласованию с органами санитарно-эпидемиологического надзора в число таких показателей качества обязательно следует включать ароматические углеводороды, ядохимикаты, нефтепродукты, а также техногенные радионуклиды (цезий-137, стронций-90) и соли таких токсичных элементов, как хром, кадмий, бериллий и др., в чем находит отражение специфическая экологическая ситуация большинства наших промышленно развитых районов. К сожалению, примеры всестороннего изучения качества подземных вод, предназначенных для питьевых нужд, пока единичны.
Такой подход особенно необходим при разведке водозаборов экологически чистых подземных вод, под которыми понимаются объекты, где формирование эксплуатационных запасов происходит в условиях, априорно исключающих техногенное загрязнение природно чистых и пригодных для питья подземных вод. Такими объектами могут быть либо хорошо защищенные с поверхности участки водоносных структур артезианских бассейнов, либо небольшие бассейны грунтового стока, ресурсы подземных вод которых формируются на экологически чистых территориях. Они известны, например в Свердловской области, в районе городов Североуральска, Серова, Каменска-Уральского, Березовского, Сысерти, Невьянска и др.
4. В последние годы в промышленную эксплуатацию начинают вовлекаться весьма сложные месторождения, где достоверный гидрогеологический прогноз, как по гидродинамическим, так и по гидрохимическим параметрам, на стадии разведки объективно невозможен. На таких объектах возникла проблема гидрогеологического управления процессом эксплуатации, которое реализуется путем создания постоянно действующих математических моделей на персональных компьютерах. Естественно, эти объекты должны включаться в сеть государственного мониторинга подземных вод. Примером месторождения, по которому создана указанная модель, является Шадринское, предназначенное и ныне уже вовлеченное в эксплуатацию для водоснабжения одноименного города в Курганской области.
5. Восточная часть рассматриваемого региона, которая относится к Западно-Сибирскому артезианскому бассейну, обладает значительными ресурсами слабосолоноватых подземных вод (минерализация до 3 г/дм3). В долинах рек Исети, Миасса, Пышмы, Тобола могут быть разведаны водозаборы с производительностью от 25—30 до 60— 80 тыс. м3/суткп. Причем, подземные воды таких объектов хорошо защищены от поверхностного загрязнения толщами слабопроницаемых отложений. Однако их природное качество из-за принадлежности к коллекторам морского генезиса, как правило, не соответствует нормам питьевого стандарта по величине минерализации (высокое содержание хлоридов) и по содержанию бора и брома. Учитывая, что поверхностные воды магистральных рек этого региона загрязнены и не пригодны для питьевых нужд, а ресурсы пресных подземных вод весьма ограничены, вовлечение в водохозяйственный оборот солоноватых вод является весьма актуальной задачей. Для ее решения уральскими гидрогеологами создана необходимая информационная база как по оценке
запасов таких вод, так и по объективной характеристике их качества. В первую очередь разработку и внедрение в практику технологий по соответствующей водоподготовке рекомендуется осуществить для наиболее крупных потребителей — городов Талица, Шадринск, Курган. Для последнего, в частности, только что предварительно разведано Лес-никовское месторождение, расположенное в долине р. Тобол, в непосредственной близости от города. Его эксплуатационные возможности оцениваются в 80 тыс. м3/сутки.
6. По данным государственного учета вод на территории указанных выше административных областей ежегодно системами шахтного и карьерного водоотливов извлекается из недр около 1500 тыс. м3/сутки подземных вод, из которых 80%—без какого-либо использования. Конечно, большая их часть по своему качеству и условиям каптажа не пригодна для питьевых нужд. Однако значительные количества извлекаемой подземной воды могут и должны использоваться для хозяйственно-бытовых и технологических нужд. Особенно там, где откачка воды из недр производится дренажными системами, работающими на перехвате подземного потока к горным выработкам, где основной водо-отбор происходит на отметках, превышающих горно-добычные горизонты. Примерами оценки запасов дренажных зод и их использования в различных целях, в том числе и для водообеспечения населения, являются системы водоотлива на Березовском золоторудном, Богословско-Волчанском буроугольном, Троицко-Байновском огнеупорных глин, Ли-повском никелевом месторождениях и др. Уникальная возможность вовлечения в хозяйственный оборот извлекаемых из недр подземных вод в связи с горнопромышленным производством имеется на Североуральском бокситовом руднике. Только на его северном фланге утвержденные эксплуатационные запасы подземных вод составляют более 230 тыс. м3/сутки, что вместе с запасами Вагранского месторождения подземных вод (южный фланг СУБРа) достаточно для решения проблемы хозяйственно-питьевого водоснабжения городов Североуральска, Волчанска, Карпинска и Краснотурьннска, вместе взятых.
В заключение отметим, что уровень технической культуры в области эксплуатации месторождений и водозаборов подземных вод, к сожалению, остается в регионе низким, несмотря на многолетние усилия гидрогеологической службы по контролю за их охраной от истощения и загрязнения. На многих водозаборах не ведется инструментальный учет количества отбираемой из недр воды, водопользователи в большинстве случаев не контролируют положение уровня подземных вод в эксплуатируемом водоносном горизонте, не говоря уже о том, что часто ка водозаборах централизованного водоснабжения отсутствует необходимая сеть наблюдательных скважин. Качество воды контролируется по весьма скудному перечню показателей. Это практически исключает возможность современной экологической оценки действующих питьевых водозаборов, что в условиях высокой техногенной нагрузки является недопустимым. Можно надеяться, что с выходом новых Основ водного законодательства Российской Федерации и с внедрением в водохозяйственную практику механизма лицензирования добычи подземных вод положение с контролем за эксплуатацией подземных вод улучшится.
