Это из другой книги. если сможете, прочитайте. На всякий пожарный.

Схема условий залегания межпластового водоносного горизонта. 1- межпластовый водоносный горизонт, 2-слабопроницаемы породы кровли и подошвы, 3-пьезометрический уровень напорных межпластовых вод, 4- направление движения межпалстовых вод, 5- скважина, стрелка – величина пьезометрического напора, 6-поверхность земли. МПВГ-межпластовый водоносный горизонт.

Это из другой книги... если сможете, прочитайте. На всякий пожарный....

В большинстве случаев проницаемый пласт полностью на всю мощность заполнен водой с избыточным пластовым давлением Р, величина которого в общем случае пропорциональна глубине залегания водоносного горизонта. В верхней части гидрогеологического разреза пластовое давление примерно соответствует высоте столба воды от уровня залегания водоносного горизонта до поверхности земли, в этом случае оно называется нормальным гидростатическим давлением Pгидр.

В глубоких частях разреза, как правило, при относительно надежной изоляции элемента пластовой системы от поверхности земли и смежных водоносных горизонтов величина пластового давления может быть значительно большей и достигать значений геостатического давления Pгео, определяемого весом вышележащей толщи горных пород (Ргео=2, 5 Ргтдр).

При вскрытии межпластового водоносного горизонта буровой скважиной (колодцем, шахтным стволом) вода под действием избыточного (пластового) давления поднимается выше кровли водоносного горизонта и устанавливается на определенном уровнеРасчет пьезометрического напора (меры энергии потока) межпластовых вод осуществляется согласно формуле H=P/гамма + Z= h+Z, м путем отнесения величин напора над кровлей пласта к единой плоскости сравнения. При использовании в качестве единой плоскости сравнения уровня Мирового океана (Z₀) для глубо-козалегающих межпластовых вод величина пьезометрического напора может быть меньше, чем напор над кровлей водоносного горизонта (hк). Величина напора над кровлей водоносного горизонта hк равная высоте столба воды, зависит не только от пластового давления Рпл, но и от плотности воды ро, которая изменяется в зависимости от величины минерализации воды, содержания газа в свободном состоянии и температуры (Pрл = hк*ро). В связи с этим при сравнении напоров подземных вод с различной плотностью (различной минерализацией) осуществляется расчет так называемых приведенных напоров и давлений

Линия, соединяющая (на разрезе) точки установившегося уровня напорных межпластовых вод, называется пьезометрической кривой, поверхность, до которой поднимаются уровни напорных вод, — пьезометрической поверхностью. Каждый межпластовый водоносный горизонт имеет собственную пьезометрическую поверхность (пьезометрическую кривую), положение которой всегда в той или иной мере отличается от пьезометрических поверхностей смежных водоносных горизонтов. При расчете пьезометрических напоров межпластовых вод относительно универсальной плоскости сравнения (Zо) величина напора (в данной точке) будет соответствовать абсолютной отметке установившегося уровня напорных подземных вод (см. рис.).

Линии, соединяющие точки с одинаковой абсолютной отметкой установившегося уровня напорных вод, называются гидроизопьезами, которые являются также линиями равного напора. Аналогично гидроизогипсам система гидроизопьез характеризует (в абсолютных отметках) пьезометрическую поверхность данного межпластового водоносного горизонта. Однако в отличие от реально существующей поверхности грунтовых вод пьезометрическая поверхность водоносного горизонта является воображаемой поверхностью, до которой будут подниматься уровни напорных вод при вскрытии их горными выработками (скважинами или колодцами). Если пьезометрическая поверхность водоносного горизонта располагается выше поверхности земли (напор над кровлей водоносного горизонта больше, чем глубина его залегания), такие напорные воды называются самоизливающимися (изливающие или фонтанирующие скважины). Система гидроизопьез (линии равных напоров) и линий токов образует гидродинамическую сетку подземных вод межпластового напорного водоносного горизонта. Наличие значительных пластовых давлений и возможность их заметных изменений во времени (в естественных условиях в связи с тектонической деятельностью, эрозионными процессами и другими причинами или в условиях техногенного воздействия на пласт, приводящего к увеличению или снижению пластовых давлений) определяют необходимость учета при изучении межпластовых потоков упругих деформаций пласта, возникающих при изменении пластовых давлений (так называемый упругий ре­жим фильтрации). Изменение (уменьшение, увеличение) пластового давления приводит к изменению плотности самой воды, а также к изменению давления в минеральном скелете пласта, поскольку пластовое давление частично уравновешивает внешнюю нагрузку, действующую на пласт. Изменение давления в минеральном скелете пласта приводит к деформации (уменьшению, увеличению) " свободного" пространства, что в свою очередь меняет значение обшей скважности и емкости горной породы. Коэффициент объемного сжатия воды бета, рассчитывается из выражения бетта= дельта ро/ро*1/дельтаР дельтаР — изменение пластового давления; дельта ро/ро — относительное изменение плотности воды.

Так называемый коэффициент упругоемкости породы этта, характеризующий изменение объема воды в единичном объеме породы при единичном изменении напора, может быть определен из выражения этаа = гамма/1+n (бета+nбета); где n — объемное значение скважности. Согласно этим 2м выражениям, при уменьшении пластового давления происходит расширение (увеличение объема) воды, заполняющей свободное пространство в минеральном скелете породы, и одновременно уменьшение суммарного объема пустот (уплотнение) минерального скелета, связанное с относительно возрастающим давлением на скелет, что определяет величину упругой водоотдачи породы. При увеличении пластового давления — уменьшение объема воды и увеличение объема пустот (разуплотнение при относительном уменьшении давления на скелет), формируется как бы дополнительная емкость горной породы. В соответствии с этим коэффициент упругоемкости этта рассматривается как параметр, характеризующий упругую емкость единичного объема горной породы. Для водоносного пласта в целом в качестве такого параметра рассматривается коэффициент упругой емкости пласта мю, представляющий собой отношение изменения объема воды в единичном элементе пласта дельта Vо к изменению напора дельтаН (давления): мю=Vo/ дельта H=m*этта, где m — мощность пласта. Условия формирования, динамика и режим межпластовых вод определяются главным образом глубиной залегания водоносного горизонта и характером связи со смежными гидрогеологическими элементами разреза. В некоторой степени условно могут быть выделены три основные схемы формирования потока межпластовых подземных вод: I) " артезианская", 2) схема с перетеканием (схема А.Н. Мятиева), 3) схема с формированием элизионного режима межпластовых вод. " Артезианская" схема движения межпластовых вод формируется на участках с наклонным залеганием слоев главным образом в верхней части геологического разреза. Выходы водоносных пластов на поверхность на возвышенных участках территории (центральные части междуречных пространств, предгорные возвышенности и др.) являются в этом случае гидравлически открытыми областями питания межпластовых вод. Питание формируется непосредственно за счет инфильтрации атмосферных осадков и поглощения поверхностных вод или за счет нисходящей фильтрации из грунтового водоносного горизонта. Разгрузка межпластовых вод (области разгрузки) происходит в понижениях рельефа (крупные речные долины, приморские низменности, озерные котловины и др.) или в виде " открытой" разгрузки при непосредственном вскрытии межпластового горизонта эрозионными врезами или перетеканием через перекрывающие слабопроницаемые породы и по " гидрогеологическим окнам".

Между областями питания и разгрузки в этом случае выделяется так называемая " зона транзита" (транзитного потока), в пределах которой поток межпластовых вод предположительно не взаимодействует с вышележащим горизонтом. Схема формирования потоков межпластовых вод с перетеканием (межпластовым взаимодействием) впервые рассмотрена А.Н. Мятиевым (1947), который показал, что для слоистых толщ, представленных чередованием водоносных и слабопроницаемых пород (пластовые системы), в верхней части гидрогеологического разреза характерны следующие общие закономерности распределения напоров подземных вод: 1) в пределах возвышенных участков территории с высоким положением уровня фунтовых вод (центральные части междуречных пространств и др.) величины напоров подземных вод уменьшаются с увеличением глубины залегания водоносного горизонта; 2) на пониженных участках территории, где уровень грунтовых вод занимает относительно низкое положение в связи с наличием близко расположенных участков разгрузки, величины напоров увеличиваются с увеличением глубины залегания водоносных горизонтов; 3) в пределах каждого водоносного горизонта (грунтовые воды, I и II межпластовые горизонты и глубже) величина напора уменьшается в направлении от центральной части междуречных пространств к дренам. Указанное распределение напоров определяет формирование в центральной части междуречного пространства области с наличием разности напоров (дельтаH↓), обусловливающей возможность нисходящей межпластовой фильтрации (перетекания), которая может рассматриваться в качестве области питания системы межпластовых водоносных горизонтов. В пределах понижений рельефа соответствующая разность напоров (дельта Н↑) определяет формирование межпластовой восходящей фильтрации, что обусловливает разгрузку из нижележащих межпластовых водоносных горизонтов в вышележащие и далее в фунтовые и поверхностные воды. Расходы межпластовой (восходящая и нисходящая) фильтрации на единицу площади (м2, км2) определяются значением разности напоров смежных горизонтов разреза (дельтаН), коэффициентом фильтрации разделяющего слабопроницаемого слоя (дельтаКо), а также его мощностью (mо) и в связи с изменением этих параметров могут меняться в пределах двух-трех порядков и более. В водоносных горизонтах (грунтовый водоносный горизонт и межпластовые горизонты) в связи с существующим (пластовым) распределением напоров формируются латеральные (пластовые) потоки подземных вод, направленные от центральных частей междуречных пространств к дренирующим понижениям. Границами этих потоков являются водоразделы, в общем случае примерно совпадающие с орографическим водоразделом смежных речных бассейнов, и при условии полного дренирования потока— дрены, ограничивающие междуречное пространство. Таким образом, в пределах той части разреза, где движение подземных вод осуществляется по схеме А.Н. Мятиева, формируется система местных потоков межпластовых вод, структура которых определяется рельефом территории и распределением напоров (поверхности) грунтового водоносного горизонта. Деформация общей схемы межпластовых потоков может быть связана главным образом с особенностями пространственного изменения параметров (T, К₀, mo) водоносных и слабопроницаемых пород: наличие " гидрогеологических окон" в разделяющих слабопроницаемых пластах, сокращение их мощностей, изменения проницаемости, связанные с зонами тектонических нарушений, фациальным замещением слабопроницаемых пород и др. Схема " элизионного" движения межпластовых вод по существующим представлениям (И.Г. Карцев, 1983; и др.) формируется в тех случаях, когда баланс элемента межпластовой системы определяется главным образом поступлением поровых растворов, отжимающихся из уплотняющихся осадочных горных пород или воды, формирующейся при дегидратации породообразующих минералов. Поскольку интенсивность процессов уплотнения и отжатия поровых вод и дегидратации минералов в общем случае определяется ростом геостатического давления (массой вышележащих горных пород) и увеличением температуры, предполагается, что максимальные объемы " элизионного" питания формируются на участках интенсивного прогибания (погружения). Это приводит к формированию максимальных пластовых давлений в центральных погружающихся участках пластовой системы и их уменьшению в направлении к относительно " приподнятым" частям и участкам с открытой гидравлической связью (зоны тектонических нарушений, размывы слабопроницаемых слоев и др.) с вышележащими элементами пластовой системы. В соответствии с этим формируются " элизионные" потоки межпластовых вод, движение которых направлено от центральных прогибающихся участков пластовой системы к участкам относительно приподнятым

В реальных условиях формирование элизионных межпластовых потоков является значительно более сложным. Объемы элизионного питания и формирование (распределение) пластовых давлений зависят не только от скорости погружения, но также от состава и мощности уплотняющихся горных пород, их проницаемости, проводимости водоносных пластов, наличия или отсутствия участков с открытой межпластовой связью, направления движения отжимающихся поровых растворов и др. В пределах крупных участков пластовых систем в общем случае движение потоков межпластовых подземных вод формируется при сочетании рассмотренных схем. В верхних частях гидрогеологического разреза в зависимости от условия залегания горных пород, рельефа и других факторов по схеме " артезианского" движения и схеме А.Н. Мятиева. В глубоких частях разреза (в зависимости от условий с глубин 1, 0—1, 5 км) по схеме артезианского движения с разгрузкой путем перетекания или по " гидрогеологическим окнам" и схеме элизионного движения.

Формирование хим состава подз вод.

Процессы выщелачивания наиболее интенсивно проявляются в верхней части гидрогеологического разреза. Поскольку предел насыщения по слаборастворимым соединениям (Si02, СаС03) достигается, как правило, в зоне аэрации и грунтовом водоносном горизонте, увеличение минерализации и изменение химического состава в результате процессов выщелачивания связано с поступлением более легкорастворимых соединений (CaS04, NaCl и др.). Наличие этих соединений характерно как для водовмещающих пород собственно межпластовых горизонтов, так и для слабопроницаемых пород разделяющих слоев (при формировании потоков по схеме с перетеканием), где существуют условия длительного сохранения легкорастворимых соединений. В связи с этим для участков формирования нисходящего питания межпластовых вод характерно постепенное увеличение минерализации до 3, 0—5, 0 г/л и более при изменении химического состава от гидрокарбонатного к сульфатному и хлоридному. На участках, где породы межпластовых горизонтов или слабопроницаемые слои представлены галогенными (или в значительной мере засоленными) породами, в результате процессов выщелачивания формируются хлоридные рассолы с минерализацией 100—150 г/л и более.

При элизионной схеме формирования межпластовых потоков химический состав и минерализация подземных вод в решающей степени определяются составом седиментогенных поровых растворов, отжимающихся из уплотняющихся горных пород. Химический облик поровых растворов (концентрация, состав основных компонентов, микрокомпоненты, газовый состав и др.) определяется условиями осадконакопления и может быть различным. Например, непосредственно с процессами отжатия седиментогенных поровых растворов связывают формирование в глубоких частях пластовых систем, сложенных мощными толщами галогенных пород (Прикаспийская впадина, Ангаро-Ленский ре­гион и др.), высококонцентрированных 350—400 г/л и более) хлоридно-кальциевых (по В.А. Сулину) рассолов с повышенными содержаниями I, В, Вг и других микрокомпонентов. В межпластовых системах, сложенных слоями горных пород, существенно различными по минералого-геохимическому и агрегатному составу, возможно проявление специфических физико-химических процессов (диффузия, адсорбция, ионный обмен, мембранные эффекты и др.), которые по существующим представлениям наиболее вероятны именно при затрудненной меж­пластовой фильтрации (перетекании) через слабопроницаемые тонкодисперсные породы. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что в условиях глубоких горизонтов разреза с малыми скоростями конвективного переноса химических компонентов роль таких медленных процессов может быть весьма существенной. Однако масштабы влияния этих процессов на химический состав и минерализацию межпластовых вод так же, как и биохимических, существенно проявляющихся в определенных элементах пластовых систем), до настоящего времени количественно не охарактеризованы. В связи с особенностями структуры потоков подземных вод слоистых систем, постоянным элементом которой является меж­пластовое взаимодействие подземных вод смежных водоносных горизонтов, одним из важнейших процессов формирования химического состава и минерализации межпластовых вод является процесс смешения. При взаимодействии водоносных горизонтов в вертикальном разрезе для участков вертикальной нисходящей фильтрации (области питания) в целом характерно распространение на относительно большую глубину маломинерализованных НСО3^-, SO2 ^- - НСО^- подземных вод, поступающих из верхних горизонтов разреза. Для участков с восходящими потоками межпластовых вод (об­ласти разгрузки), наоборот, характерно относительное увеличение минерализации за счет поступления из нижних горизонтов, как правило, более минерализованных вод Сl^- и SO2^-—Сl^- состава. В каждом конкретном случае влияние процессов смешения в вер­тикальном разрезе проявляется по-разному, поскольку зависит от интенсивности (расходов л/с • км2, м3/сут*км2) межпластового взаимодействия, а также различий состава и минерализации под­земных вод в смежных водоносных горизонтах.

В связи с наличием слабопроницаемой кровли межпластовые водоносные горизонты даже в верхней части гидрогеологического разреза значительно лучше по сравнению с грунтовыми водами защищены от различных видов антропогенного воз­действия через поверхность земли. Режим межпластовых вод в сравнении с грунтовыми водами является значительно более стабильным. Действие экзогенных режимообразующих факторов относительно заметно проявляется только на участках открытых выходов водоносных пластов или в верхнем горизонте на участках интенсивной связи с грунтовыми водами. С удалением от участков выхода пластов на поверхность и увеличением глубины залегания водоносных горизонтов влияние экзогенных режимообразующих факторов практически не проявляется. По существующим представлениям на глубинах 30—40 м и более практически не фиксируются сезонные и годовые колебания уровней, температур и химического состава подземных вод (B.C. Ковалевский). Однако на участках интенсивной межпластовой связи (участки интенсивного нисходящего питания или раз­грузки межпластовых вод), где баланс взаимодействия водоносных горизонтов в разрезе в значительной мере определяется изменени­ем положения уровней грунтовых вод, такие колеба­ния с соответствующим сдвигом во времени могут проявляться до глубины 150—200 м и более (Н.М. Фролов). С удалением от участков открытой связи с грунтовыми водами и увеличением глубины залегания межпластовых вод колебания их уровней, температур и химического состава относительно быстро затухают. Как правило, на глубинах 100—150 м и более для режима межпластовых водоносных горизонтов характерны только слабовыраженные много­летние колебания, связь которых с основными (экзогенными) режимообразующими факторами устанавливается условно. В то же время в межпластовых водоносных горизонтах в связи с упругим режимом фильтрации и большими скоростями перераспределения пластовых давлений значительно более резко, чем в грунтовом водоносном горизонте, и на значительно большие расстояния (по пласту) проявляются изменения гидродинамического режима (при нарушении условий межпластового взаимодействия также изменения температур и химического состава подземных вод), связанные с техногенными воздействиями (самоизлив скважин при вскрытии пласта, откачки или нагнетания, эксплуатация нефтя­ных и газовых месторождений и др.). В глубоких частях пластовых систем (на глубинах 1500—2000 м и более) режим межпластовых вод по существующим представле­ниям является практически стабильным. Однако ограниченные данные и теоретические представления (В.И. Дюнин, 2001; и др.) свидетельствуют о том, что и для таких глубин могут быть харак­терны достаточно резкие проявления гидродинамического режима (изменения пластовых давлений), связанные с влиянием эндоген­ных факторов (возникновение и релаксация тектонических на­пряжений, землетрясения и др.).