Исследование подземных вод методом гидрогеохимического каротажа

• Автор: Солодов, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 25.00.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 275 с. : ил.

Реферат

Рукопись 275 с., Ю2.рис., 33 табл., 8 приложений, 260 источников.

Гидрогеохимический каротаж, гидрогеохимический зонд, датчики, измерение, погрешность, скважина, гидрогеохимическое опробование, физические и химические параметры подземных вод, геофизические электрические поля, подземное выщелачивание урана, поверхностные хранилища жидких радиоактивных отходов, загрязненные подземные воды.
Описаны основы теории, аппаратура, методика проведения и интерпретации гидрогеохимического каротажа (ГХК) и области его применения на разнообразных природных и техногенных объектах. Впервые проанализировано и дана количественная оценка влияния геоэлектрических полей на результаты скважинных гидрогеохимических потенциометрических измерений и предложены способы выявления и подавления этих помех. Выполнен количественный анализ искажения свойств подземных вод под влиянием гидродинамических, химических и электрохимических процессов в скважинах. Проведен анализ погрешностей, возникающих при традиционных методах гидрогеохимического опробования скважин. С помощью ГХК исследованы: (а) современные гидрогеохимические процессы выветривания метавулканитов основного состава и техногенной метоморфизации подземных вод под влиянием радиоактивных нитратно-натриевых растворов, распространяющихся от одного из самых экологически опасных объектов на территории России - озера Карачай; (б) гидрогеохимия природных, техногенных и посттехногенных процессов на всех стадиях освоения гидрогенных месторождений урана методом подземного выщелачивания.

Глава 1. Гидрогеохимический каротаж

1.1. Предпосылки и история создания метода

1.2. Датчики и принципы измерения

1.3. Гидрогеохимичесхий зонд

1.4. Особенности проведения гидрогеохимических каротажных исследований

1.5. Устранение влияния геоэлектрических помех на потенциометрические измерения в скважинах
1.6. Проверка достоверности измерений in situ
Глава 2. Искажение свойств подземных вод под влиянием различных факторов
2.1. Гидродинамические процессы в наблюдательных скважинах
2.2. Коррозия и инкрустация стальных обсадных труб
2.3. Погрешности, связанные с применением традиционных методов гидрогеохимического опробования скважин
Глава 3. Геохимия природных и загрязненных подземных вод в районе поверхностного хранилища жидких радиоактивных отходов (оз.Карачай)
3.1. Краткая гидрогеологическая характеристика исследуемой территории
3.2. Среда транспорта подземных вод
3.3. Современное состояние природных подземных вод в гипергенно измененных метавулканитах основного состава
3.4. Характеристика источника загрязнения подземных вод
3.5. Формирование химического состава и структура потока загрязненных подземных вод
Глава 4. Процессы естественной нейтрализации и деминерализации остаточных сернокислых растворов подземного выщелачивания (ПВ) урана
4.1. Геоэкологические аспекты ПВ урана из руд пластовых инфильтрационных месторождений
4.2. Формирование химического состава остаточных растворов и техногенное
изменение литологической среды
4.3. Нейтрализация и деминерализация остаточных растворов в рудоносных го
ризонтах различных литогенетических типов
Заключение
Литература
Приложения

Актуальность проблемы. Гидрогеохимия изучает процессы формирования химического состава и физико-химических свойств подземных вод, миграцию и концентрирование вещества в гидролитосфере, где подземные воды находятся в термодинамических условиях отличающихся от этих условий на поверхности Земли. С увеличением глубины залегания подземных вод возрастают Р и Т, окислительная обстановка сменяется восстановительной, увеличивается соленость и газонасыгценность вод. Совершенно очевидно, что для получения истинных характеристик гидрогеохимической среды необходимо изучать ее свойства на месте залегания в реальной P-T-Eh обстановке водоносных горизонтов. Тем не менее, представления о современном состоянии подземных вод и их химическом составе в основном базируются на измерениях, выполненных в лаборатории. По-прежнему редко используются полевые методы химического анализа воды для определения концентраций неконсервативных компонентов и измерения pH и Eh в потенциометрических ячейках непосредственно у опробуемых скважин. Измерения же неустойчивых параметров гидрогеохимической среды в водоносных горизонтах (in situ) методом дистанционного зондирования еще более редкое явление. Об этом свидетельствуют единичные публикации по этой тематике отечественных и зарубежных исследователей за длительный период совершенствования метода гидрогеохимического опробования скважин (Т.П.Попова, В.С.Росляков,
Н.Ф.Щипунов, 1967; B.Bolviken, O.Logn, A.Breen, O.Uddu, 1972; Е.Г.Ларионов,
Н.М.Николаева, А.В.Пирожков, 1977; А.В.Зотов, В.А.Приходько, Е.Г.Шеймин, 1981; D.J.Bottomley, J.D.Ross, B.W.Graham, 1984; H.Rohler, 1997).
Традиционные методы гидрогеохимического опробования, основанные на отборе проб воды пробоотборниками различной конструкции или из фонтанирующих, насосных и специально прокачиваемых скважин, дают преимущественно искаженное представление о химическом составе и, как правило, смещенные физико-химические характеристики (pH и Eh) подземных вод. Степень этого искажения тем значительнее, чем существеннее отличаются P-T-Eh условия в исследуемом водоносном горизонте от этих условий на поверхности Земли. Эти искажения могут приводить к ошибкам разного порядка при решении различных научных и практических задач методами гидрогеохимии.
Опробование подземных вод с помощью пробоотборников также не обеспечивает требуемой детальности исследования разрезов водоносных горизонтов, особенно, в зонах геохимических барьеров и при изучении распространения загрязненных подземных вод в водоносных породах с высокой фильтрационной и геохимической неоднородностью.
Искажение свойств подземных вод вызывают: особенности конструкции скважин, материал обсадных труб, химические и гидродинамические процессы, протекающие во внутрискважинном пространстве. Но из-за отсутствия методов детального изучения свойств воды по глубине скважин, количественные характеристики этих процессов изучены не достаточно.

Рис. 1.16. Гистерезис значений параметров, измеренных при спуске (1) и подъеме (2) зонда
в скважине 311Е.
Район гидравлического барьера Домингаз-Гэп в Южной Калифорнии. Зонд ГХЗ-12-54-97. Январь 2001 г.
Рис. 1,17. Влияние скорости спуска зонда на инерционность датчиков.
Зонд ГХЗ-12-54-97. Скважина 1-89 в районе озера Карачай в Челябинской области. Июль 1998 г. Повторные спуски зонда в скважину со скоростью м/с: 1 - 0.05; 2 - 0.35-0.44; 3 - 0.36-0.62.
При минимальной скорости спуска зонда 0.05 м/с, по всем параметрам видно, что свойства воды в скважине распределены неоднородно. По этим данным выделены три