Document 4739543

Институт наук о Земле
Н.Е.Фоменко, В.Е.Закруткин,
Г.Ю.Скляренко, Д.А.Гапонов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКОГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В ВОСТОЧНОМ ДОНБАССЕ
Актуальность проблемы
В Восточном Донбассе в результате длительной
эксплуатации угольных месторождений и последующей
массовой ликвидации угольных шахт в 90-х годах
минувшего
столетия
усилилась
трансформация
геохимических процессов.
Одна из основных задач - разработка объемной модели
загрязнения
подземных
и
сопряженных
с
ними
поверхностных вод.
Решение задачи выполняется на кафедре «Геоэкологии и
прикладной геохимии» ЮФУ в рамках гранта РНФ:
«Разработка
фундаментальных основ оценки состояния
поверхностной и подземной гидросфер в пределах глубоко
нарушенных
экосистем
углепромышленных
территорий
Восточного Донбасса на основе комплексных геохимических,
геофизических и экотоксикологических исследований с целью
создания модели реабилитации региона» (проект №14-1700376).
Схема загрязненности подземных вод
в Восточном Донбассе
[Закруткин В.Е., Скляренко Г.Ю., Гибков Е.В., 2014]
1 – границы Ростовской области; 2 – условные е границы Восточного Донбасса; 3 –границы
углепромышленных районов; 4 – углепромышленные районы: 1 – Новошахтинский; 2 –
Шахтинский; 3 – Гуковский; 4 - Шолоховский); 5 – ликвидированные угольные шахты; 6-8 уровень
суммарного загрязнения подземных вод (К): 6 – К = 10-20; 7 – К = 20-50; 8 – К ≥ 50.
Геофизические
(электроразведочные)
исследования
выполнялись в Шахтинском углепромышленном районе.
Использованы наблюдательные скважины, расположенные на
возможных направлениях подземных потоков к местным
дренирующим системам (средние и малые реки).
Фрагмент геолого-промышленной карты
Восточного Донбасса
1 – наблюдательная скважина и её номер, 2 – пласты известняков, 3 –
угольные пласты, 4 – тектонические разрывные нарушения, 5 - реки
Основным методом геофизических наблюдений являлся метод
заряженного тела (МЗТ), дополнительными – вертикального
электрического зондирования (ВЭЗ) и электропотенциального
томографического зондирования (ЭПТЗ)
Геотехнические условия применения МЗТ
Сопоставление результатов крестовых ВЭЗ
на участках геофизических работ
Кривые ЭПТЗ, полученные при проведении измерений по
четырём азимутальным направлениям
на участке
расположения наблюдательной скважины №30
Круговые диаграммы электрического поля
солевого ореола в скважинах
Влияние обсадки. Последняя присутствует во всех
исследованных скважинах и её глубина соответствует
мощности покровных отложений. Следовательно, этот факт
существенно влияет на снижение эффективности МЗТ. В
таких случаях для повышения разрешающей способности
длину
наблюдательных
лучей
по
сравнению
с
необсаженными скважинами увеличивают в 1,5 раза и она
должна быть равна 2-х-3-х кратной глубине залегания
водоносного горизонта [Якубовский, Ляхов, Огильви]. Это
условие при проведении полевых работ в основном
соблюдалось. Другим методическим приёмом повышения
результативности
технологии
МЗТ,
применяемой
в
обсаженных скважинах является увеличение в 2,5 раза
базисного расстояния между центром скважины и
неподвижным измерительным электродом по сравнению с
глубиной залегания изучаемого водоносного горизонта. Это
условие соблюдалось не во всех случаях.
Структурно-тектонические
и
геоэлектрические
особенности вскрытых скважинами разрезов.
Результаты бурения свидетельствуют, что в разрезах
покровных отложениях, вскрытых изучаемыми скважинами,
признаков наличия тектонически нарушенных зон не
задокументировано. Пласты пород в разрезах, пересекаемых
скважинами № 5 и № 6, по данным крестовых ВЭЗ залегают
горизонтально, а в разрезах скважин № 22, № 27 и № 30 слои
имеют некоторый наклон, примерно составляющий 12-15°.
Почвенно-растительный слой имеет наиболее низкие
удельные электрические сопротивления (УЭС) на территории
размещения скважин № 5 и № 22 (ρп=65 Ом·м и ρп=71 Ом·м) и
более высокие в районе скважин № 30, № 27 и № 6 (ρп=90,
ρп=120 и ρп=188 Ом·м).
Влияние продолжительности времени наблюдений.
Существующей
практикой
проведения
МЗТ
в
гидрогеологических скважинах рекомендуется осуществлять
цикл наблюдений от 8-10 часов до 2-3 суток [А.А.Огильви].
В нашем случае продолжительность таких циклов
наблюдений на исследуемых скважинах составляла от 5-ти
часов (скважины № 5, № 6 и № 27) до 2-х суток (скважины №
22 и № 30). Определённый недостаток времени наблюдений
объясняется техническими причинами.
Количество серий наблюдений выполненных в скважинах
составило:
скв. №5 – 6 циклов,
скв. №6 – 5 циклов,
скв. №22 – 4 циклов,
скв. №27 – 5 циклов,
скв. №30 – 8 циклов .
В скважине № 5 смещение изолиний потенциалов
электрического поля имеет синусоидальный характер, т. е.,
выражаясь терминами радиоэлектроники, в виде «биений».
Направление «биений» - Северо-Восточное. Аналогичные
направления зарегистрированы в скважинах № 6, № 22 и №
27.
В скважине №30 реализована возможность выполнить
наблюдения в течение двух суток (3 цикла в первый день и 5
цикла на второй день). Смещение изолиний потенциалов
электрического поля в этой скважине несколько иное, чем в
скважине №5. «Биение» зафиксировано только в первом и во
втором циклах наблюдений. В последующих циклах
происходит однонаправленное движение водного потока и
преимущественно в Северо-Восточном направлении, что
соответствуют
существующим
гидрогеологическим
представлениям.
Разноориентированное движение вод в скважине №30
возможно вызвано не только действием выше перечисленных
для скважин №5, 6, 22, 27 факторов (влияние обсадки,
изменение направления трещиноватости и др.) но и тем, что
скважина пробурена на холме, граничащем с надпойменной
террасой реки Грушевка. Поэтому происходит естественное
направление водного потока вдоль склона холма.
Смещение изолиний потенциала электрического поля в
скважине №30
Измеренные с помощью поверхностного
резистивиметра значения УЭС подземных вод
до и после засолонения
№ скв.
ρсдо
ρспосле
ρсдо/ρспосле
скв.5
5
0,5
10
скв.6
4,7
0,5
9,4
скв.22
8,8
0,3
29,33
скв.27
4,6
0,3
15,33
скв.30
7,6
0,2
38
Графики изменения напряженности электрического поля
солевого ореола в скважине №5 за 6-ти часовой период
по
профильным
азимутальным
направлениям,
построенные по результатам наблюдений в октябре 2014 г.
и мае 2015 г.
Графики и круговые диаграммы изменения соотношения
напряженности электрического поля
солевого ореола в
скважине №5 за 6-ти часовой период
по профильным
азимутальным направлениям, построенные по результатам
наблюдений в октябре 2014 г. и мае 2015 г.
Результаты измерений УЭС проб воды,
отобранных из наблюдательных скважин
до и после засолонения
Дата
Время
tо , C
УЭС,
Ом*м
Измерения
УЭС,
до/после
засолонения
30.10. 2014
11:06:00
12,00
5,00
до
30.10. 2014
12:50:00
12,00
0,5
после
16.05. 2015
20:55:00
11,00
0,22
до
18.05. 2015
17:02:00
14,00
0,06
после
19.05. 2015
9:00:00
14,00
0,04
//-//-//-
19.05.2015
19:39:00
14,00
0,11
//-//-//-
Схема отбора проб воды в наблюдательных скважинах и
реках и данные определения УЭС
Река
Аюта
Атюхта
Грушевка
Кадамовк
а
№
створа
26
27
28
30
31
32
35
36
37
УЭС,
Ом·м
3,47
2,40
4,00
1,64
3,53
3,70
2,80
3,00
1,78
№
скважины
5
6
УЭС,
Ом·м
3,50
3,20
22
25
4,90
4,67
27
30
32
2,73
4,60
5,20
1 – створ и его номер,
2 – скважина и её номер
Выводы
•Полученные материалы свидетельствуют о весьма малой
скорости движения подземных вод в тектонически
ненарушенных и малопористых породах угленосной
толщи. Это движение имеет пульсирующий и в ряде
случаев разнонаправленный характер. Прямой связи
существования
водных
потоков
в
направление
близлежащих рек не обнаруживается. Намечается
тенденция: что чем ближе к местной реке расположена
скважина, тем меньше в ней скорость потока.
•Резистивиметрические наблюдения позволяют в режиме
реального времени контролировать степень соленосности
подземных и поверхностных вод и тем самым служат
эффективным средством первичной проверки аномалий,
выявленных иными методами,.