Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования и методы изучения ресурсов подземных вод Украинского щита

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования и методы изучения ресурсов подземных вод Украинского щита"



МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОГЕОЛОГИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ (ВСЕГИНГЕО)

На правах рукописи УДК 556.332(477)

ДРОБНОХОД Николай Иванович

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД УКРАИНСКОГО ЩИТА

Специальность 04. 00. 06—гидрогеология

А'в тореферат диссертаци на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва 1988

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии и инженерной гес логин Киевского государственного университета им. Т. Г. Шевченко

Официальные оппоненты:

—доктор геолого-минералогических наук, профессор Н. И. ПЛОТНИКОВ

—доктор геолого-минералогических наук В. Н. ОСТРОВСКИЙ

—член-коррерпондент АН УССР,

доктор геолого-минералогичёскиХ наук В. М. ШЕСТОПАЛОВ

Ведущая организация—Днепропетровское отделение Института минеральных ресурсов Главного координационного управления «Укргеология» Министерства геологии СССР.

Защита диссертации состоится « »_ 1989 г. в

_ часов на заседании специализированного совета

Д 071.11.01 по присуждению ученой степени доктора геолого -минералогических наук по адресу: 142452, Московская область, Ногинский район, пос. Зеленый, ВСЕГИНГЕО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института ВСЕГИНГЕО.

Автореферат разослан « » _ 1988 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогических

наУк " М. С. ГАЛИЦЫН

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Усдешное выполнение планов экономического и социального развития страны, начертанных ХХУП съездом КОСО, определяет необходимость все более полного изучения закономерностей и условий формирования подземных вод как одного из важнейших источников водоснабжения. Особую остроту и важность эти исследования имеют в районах, слабообеспаченных водными ресурсаии. К таким районам относится Украинский щит (УЩ), территория которого составляет почти третью часть площади УССР и характеризуется, о одной стороны, высокоразвитыми сельским хозяйством и промышленностью, а, с другой, крайне ограниченными ресурсами подземных вод. Сотни населенных пунктов в пределах засушливой степной зоны этого региона уже в настоящее время испытывают острый дефицит в воде хозяйственно-питьевого назначения. В этих условиях необходима полная мобилизация водных ресурсов.

Трудности решения задач водоснабжения за счет подземных вод на территории УЩ в значительной мере связаны с тем, что распространенный здесь основной водоносный комплеко в трещиноватых породах и продуктах их выветривания отличается в целом невысокой, а главное - крайне неоднородной водообильностью. Особенности формирования водообильности комплекса под влиянием многочисленных факторов обусловливают большую сложность поисков , разведки и оценки естественных и эксплуатационных ресурсов подземных вод, а также прогнозирования влияния водоотбора на окружающую среду.

Острота проблемы водоснабжения, а также недостаточная разработанность научно-методических основ изучения ресурсов подземных вод в трещиноватых породах вообще и в условиях УЩ, в частности, обусловливают актуальность диссертационной работы. Особую важ -ность и актуальность выполненные исследования приобретают в связи с необходимостью решения такой качественно новой задачи как проектирование "цельных природно-техническах систем.ноосферы" (В.Котляков, 1988), постановка которой вытекает из Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О коренной перестройке дела охраны природы в стране".

Диссертационная работа подготовлена на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии Киевского госуниверситета. Она является составной частью исследований, выполненных под научным руководством автора в связи с разработкой вопросов рационального исполь-

зования и охраны подземных вод Украины в рамках важнейшей'госбюджетной и хоздоговорной тематики, в частности, по комплексным научно-техническим программам РН 85.01.04, утвержденной Постановлением Госплана УССР й 4 от 28.01.81 г. и РН 50.02, утвержденной Постановлением Госплана УССР № 88 от 29.11.85 г. и Постановлением Президиума АН УСОР № 474 от 27.12.85 г.

Цель и задачи работы. Основная цель исследований - теоретическое обобщение результатов геолого-гидрогеологических работ о учетом новых данных, полученных в последние 10-15 лет; развитие теоретических и методических основ изучения ресурсов подземных вод, выявление закономерностей их распределения и формирования в пределах УЩ как основы для решения задач водоснабжения, рационального использования и охраны окружающей ореды. Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1) выявление и обоснование региональных гадрогеодинамяческих и гидрогеохимических закономерностей формирования ресурсов подземных вод;

2) развитие и конкретизация методов исследования ресурсов подземных вод на основе разработки принципов специального районирования, типизации условий формирования ресурсов, применения математического моделирования для изучения процессов фильтрации в трещиноватых породах;

3) выявление и анализ региональных в локальных закономерностей пространственного распределения и формирования водообильнос-ти водоносного комплекса в трещиноватых породах докембрия и разработка на их основе прогнозных вероятностно-статистических моделей водообильности для повышения целенаправленности и эффективности поиоково-разведочных работ на трещинные воды;

4) разработка и совершенствование методики проведения поисково-разведочных работ и интерпретации результатов опытно-фильтрационных исследований в условиях трещиноватых пород. .

Исходные данные. В работе, наряду с другими, в первую очередь . использованы результаты полевых и тематических исследований, выполненных автором в период о 1965 по 1988 гг на территории УЩ, материалы съемочных работ среднего и крупного масштабов, региональной оценки перспективных ресурсов подземных вод, а также поисков и разведки подземных вод для водоснабжения.

Научная новизна работы и ооновнне защищаемые положения.

1. Выявленн региональные закономерности пространственного распределения и формирования подземных вод У1Д, получившие отражение:

- в оценке влияния физико-географических, геологических и гидрогеологических факторов на особенности гидродинамических и гидрохимических условий территории;

- в разработанной схеме специального гидрогеологического районирования;

- в типизации условий формирования эксплуатационных запасов тревдшных вод, в том числе и с учетом возможностей искусственного подпитывания подземных вод;

- в оценке условий формирования химического состава подземных вод;

- в комплексе специализированных гидрогеологических карт, в том числе карте основных водоносных горизонтов, перспективных для сельскохозяйственного водоснабжения, карте естественных'ресурсов подземных вод, карте химического состава подземных вод водоносного комплекса в кристаллических породах, карте условий формирования эксплуатационных ресурсов трещинных вод (масштаб 1:500000) и других.

2. Установлены и количественно оценены особенности формирования водообильности водоносного комплекса в кристаллических породах докембрия и продуктах их выветривания под влиянием многообразия факторов формирования гадрогеалогических параметров и граничных условий:

- выявлена связь трещиноватости пород к водообильности с основными элементами геологической структуры и рельефа региона, радиоактивностью и петрографическим составом зодосодер&ащях пород, с изменчивость» отроения осадочного чехла;

- показана принципиальна1* возможность создания эталонных (типовых) стохастических моделей водообильности, которые могут служить основой для планирования геолого-разведочных работ на воду, выбора перспективных участков и мест заложения водозаборных скважин.

3'. Обоснована возможность представления, трвщшшо-трещинной среды в докембрийских породах УЩ в вида кусочно-однородной среда о эффективными гидродинамическими параметрами. Сформулированы теоретические предпосылки и показаны особенности практичео-

кой реализации гидродинамических методов для изучения закономерностей формирования и количественной оценки ресурсов подземных вод в трещиноватых породах докембрия У1Д.

4. Предложен ряд рекомендаций по совершенствованию методики геолого-разведочных работ, исходя из специфики гидрогеологических условий УЩ, особенностей изучения ресурсов трещинных вод методом математического моделирования, а также задач сельскохозяйственного водоснабжения.

Практическая значимость и реализация подученных результатов. Региональное обобщение геодого-гидрогеологичоских данных, а также выявлению закономерности формирования ресурсов подземных вод и их химического состава являются гидрогеологической основой при разработке водохозяйственных балансов, составления региональных и бассейновых схем комплексного использования и охраны водных ресурсов, Оценены перспективы использования подземных вод щита для решения задач водоснабжения.

Разработанные методические рекомендации по разведке и оценке эксплуатационных запасов подземных вод позволяют повысить целенаправленность и эффективность поисково-разведочных работ на воду. Выполненные научно-методические разработки вошли в методические рекомендации по проектированию и проведению поисково-разведочных работ для сельскохозяйственного водоснабжения на территории Украинского щита, утвержденные Мингео УССР, Результаты исследований использованы при проектировании и проведении поисково-разведочных работ на воду на территории Днепропетровской, Запорожской и Донецкой областей, при региональной оценке прогнозных реоуроов подземных вод УЩ, при обосновании схем комплексного использования водных ресурсов УССР, в том числе о учетом искусственного пополнения подземных вод и других работах. Выполненная работа может служить основой для оценки техногенного изменения гидрогеологических условий УЩ.

Рассматриваемые в работе вопросы являются недостаточно разработанными и для других докембрийских щитов в пределах СССР и за рубежом. Учитывая, что Украинский щит по сравнению с други- ' ми щитами (Балтийским, Алданским и др.) имоет большую информационную обеспеченность, полученные выводы и рекомендации представляется возможным распространять и на другие регионы, характеризующиеся развитием трещинных вод. Ряд методических разрабо-

ток и конкретных результатов исследований вошли в читаемые автором на геологическом факультете КГУ учебные спецкурсы "Оценка запасов подземных вод", "Динамика подземных вод" и др.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на республиканском совещании "Охрана подземных вод УССР от загрязнения и истощения" (1970), все -союзном семинаре "Применение геофизических и математических методов в гидрогеологии и инженерной геологии" (Ташкент, 1973), всесоюзной гидрогеологической конференции "Формирование подземных вод как основа гидрогеологических прогнозов" (Москва,1982), всесоюзном симпозиуме "Научные основы оптимизации прогноза и охраны природной среды" (Москва, 1986), республиканских семинарах "Проблемы гидрогеологии в связи с охраной геологической среды на территории Украины" (Киев, 1987), "Основные мероприятия по оптимальному режиму подземных вод на типовых водохозяйственных объектах Украины" (1986), всесоюзных семинарах "Новые методы гидрогеологических исследований и прогнозов для обоснования мероприятий по рациональному использованию и охраны подземных вод" (Киев,1985), "Актуальные проблемы рационального использования, охраны и искусственного пополнения ресурсов подземных вод" (Севастополь, 1987), всесоюзном съезде инженеров-геологов, гидрогеологов, криологов (Киев, 1988), ежегодных научно-теоретических конференциях Киевского университета.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 46 опубликованных работах, в том числе в трах монографиях, учебнике, учебном пособии. Статьи были опубликованы во всесоюзных и республиканских журналах, тезисы докладов вошли в сборники всесоюзных и республиканских совещаний и конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы, включающего 367 наименований работ советских и зарубежных авторов. Объем диссертации 280 страниц машинописного текста, иллюстрируемого 56 рисунками и 32 таблицами.

X х X

Большую роль в написании диссертации оыграл профессор Ф.А.Ру-денко, совместную работу с которым автор вспоминает с благодарностью. Автор шнфенне признателен Б.В. Боревскому, Л.с.Язвину,

Д.Р.Литваку, Б.Н.Мандрику за обсуждение работы, советы и замечания. Большую помощь в сборе, обработке материалов и оформлении работы оказали сотрудники кафедры гидрогеологии и инженерной reo логии Киевского госуниверситета - Г.З.Донченко, Н.Г.Загородаяя, Д.С.Закревская, В.Н.Коломийченко, Е.Ф.Конончук, Н.А.Коротенко и другие, которым автор приносит свою благодарность.

Глава I. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ УКРАИНСКОГО ЩИТА И ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Украинский щит как самостоятельная гидрогеологическая структура выделяется в пределах крупного поднятия докамбрийского фундамента в гидрогеологической области Восточно-Европейской платформ. По особенностям распределения и формирования подземных вод эта структура относится к гидрогеологическим массивам, которым в отличие от артезианских бассейнов свойственна приуроченность подземных вод главным образом к повсеместно распространенному складчатому основанию.

Гидрогеологическая структура У1Д отличаэтся спецификой природных. водообменных процессов а геохимии подземных вод, определяемых особенностями ландшафтно-климатических, геологических и гидрогеологических условий.

По физико-географическому районированию территория УЩ делится на три ландшафтно-юшматических зоны: смешанных лесов, лесостепную и степную. В работе приводится краткая характеристика особенностей климата, рельефа, гидрографии, растительности и почв как факторов формирования ресурсов подземных вод в каждой из выделенных зон.

В геологическом отношении характерной особенностью УЩ является его блоковое строение со структурами геосинклинального (до-кембрийского)« платформенного этапов формирования. При этом геоблоки разных порядков разделяются межблоковыми зонами и крупными разломами. Трещиноватость пород докембрийского этапа формирования практически полностью залечена магматическим материалом, платформенного - открытая и незалеченная. Как показали результаты наших исследований, мезо-кайнозойский структурный план региона явился основой для формирования в докембрийском фундаменте зоны активной трещиноватостй.

Магматические и метаморфические породы архея и протерозоя

практически повсеместно покрыты корой выветривания и, в основном, маломощной толщей осадочных мезо-кайнозойскях образований.

Далее в работе дается общая характеристика подземных вод региона, в изучении которых большую роль сыграли работы H.A. Соколова, И.В.Вознесенского, U.A. Тутковского, В.Д. Соколова, O.P. Кобецкого, В.И. Лучицкого, Б.Л. Личкова, Л.Г. Ткачук, С.З.Сайда-ковского, А.Н. Семихатова, а, начиная, с 50-х годов - А.Е.Бабин-ца, К.Ы.Варавы, И.Ф.Вовка, В.А.Григоровича, И.Г.Грудинской, Н.И. Дробнохода, С.Г.Измайлова, М.П.Кондратенко, К.И. Макова, Б.Н.Ман-дрика, В.И. Пелешенко, Ф.А.Руденко, В.А. Рябых, Э.Э.Соболевского, А.И.Сергиенко, B.C. Шабатина, М.А.Шинкаревского и других.

С учетом регионального характера исследований, а также значи- ' тельной плановой и вертикальной неоднородности диалогического состава осадочной толщи, руководствуясь литолого- стратиграфическим принципом, в пределах изучаемого региона выделены водоносные горизонты (комплексы) в отложениях четвертичных, киммерий -ских и куяльницких, понтических, балтских, сарматских, полтав -ских, харьковских, верхнезоцен-юлигоценовых, киевских, бучакских, меловых. В самостоятельный водоносный комплекс выделяются под -земные воды в трещиноватой зоне кристаллических пород докембрия и продуктах их выветривания. Для каждого комплекса (горизонта) приводятся данные о распространении, литологическом составе,мощности, глубина залегания, характере пористости. Перспективы использования того или иного из них отражены на составленной автором карте основных водоносных горизонтов. В отличив от существующих карт эта карта составлена применительно к решению задач мелкого сельскохозяйственного водоснабжения, когда потребность в воде составляет 50-300 м3/сут.

В заключение главы приведена выполненная автором классификация основных факторов формирования ресурсов подземных вод региона. При этом формирование ресурсов рассматривается .как естественно-исторический процесс поступления, изменения и расходования воды в литосфере в естественных и нарушенных хозяйственной деятельностью условиях. Под ресурсоформирующими факторами понимаются любые природные или искусственные среды, условия, обстановки, которые определяют состояние, а также количественные и качественные изменения в подземных водах во времени и пространстве. Классификация выполнена с учетом соответствующих работ М.Е. Дльтовского, У.М. Ахмедсафина, А.Е. Бабинца, Б.В. Боровско-

го, Ф.М. Бочевера, Н,Ц. Верапшо, B.U. Гольдберга, И.С.Зекадра, Г.Н. Каменского, В.О, Коваловокого, A.A. Коношшндева, Б.И.Ку-делина, В.А. Кирюхшш, В.И, Лялько, A.B. Лебедева, К.И. Макова, H.A. Маринова, Е.Л. Минкшш, С.Ш. Марзаева, A.M. Овчинникова, В.Н. Островского, И.О. Пашковского, Е.В, Пиннекера, К.Е.Питьевой, H.A. Плотникова, Н.И. Плотникова, Е.В. Посохова, Н.В. Ро-говской, Ф.А. Рудоако, О.М. Семеновой, А.Б.Ситникова, С.И.Смирнова, В.М. Шестопаловя, С.Л.Швардева, Л.С. Язвина и многих других исследователой.

В комплексе естественных факторов формирования ресурсов подземных вод УЩ выделены оледующие их группы: физико-географические, геологические, гидрогеологические.

Физико-географические факторы (климатические, орографические, гидрологические, биогенные).определяя особенности формирования водного и солевого баланса на поверхности Земли, оказывают первостепенное влияние на величи-иу питания и качество грунтовых вод, а также характер и интенсивность водообменных процессов в той ил» иной гидрогеологической структуре.

Такие климатические факторы как отмосфзрнив осадки и испарение являются исходными в формировании величины одфиьтрзцяошю-го питания подземных вод, которое играат существайяую роль в в формировании солевого баланса зоны полного водного васздэшш.

Орографические факторы являются основополагающими в формировании характера потоков подземных вод, оообеииоотой территориального распределения питания и разгрузки , а.также водообаяь-ности водоносных горизонтов и комплексов. Это в свою очередь обусловливает особенности формирования качества подземных вод в различных геоморфологических условиях.

Влияние гидрологических факторов (режим поверхностного стока, строение русел рек, качество поверхностных вод) проявляется в характере водообменных процессов в водоносных горизонтах, интенсивности взаимосвязи между подземными и поверхностными водами. Качество поверхностных вод особую важность приобретает в формировании подземных вод при их эксплуатации.

Биогенные факторы - растительность и почвы. Почвенно-раоти-тельный слой является граничным на поверхности земли минерально-органогенным образованием, от свойств которого зависит режим влажности и солей в зоне аэрации, а также интенсивность инфиль-г

трационного питания грунтовых вод. Дневная поверхность этого слоя является геохимическим барьером, где происходит резкая смена химического состава дседевых вод.

Геологические факторы (геоструктурные,ли-тодого-петрографические) определяют характер и свойства среда, в которой происходит формирование количества и качества подземных вод.

Гидрогеологические факторы определяют интенсивность водообмена, а также характер и интенсивность тепломассопереноса в условиях зоны аэрации и зоны полного водного насыщения, что в конечном итоге проявляется в закономерностях пространственного распределения гидрохимических типов вод и минерализации. В целом гидрогеологические факторы формируют балансовую структуру подземных вод в естественных и нарушенных хозяйственной деятельностью условиях.

В комплекс антропогенных факторов отнесены различные искусственные объекты, сооружения, строительство и эксплуатация которых изменяет направленность формирования и структуру водного и солевого баланса в подземных водах. По особенностям влияния в комплексе антропогенных факторов выделены группы, характерные для тех или иных хозяйственно-экономических условий: а) промышленного,горно-технического и граеданского строительства; б) гидротехнического строительства; в) сельскохозяйственных мелиораций; г) лесотехнических мелиораций. Одни из этих факторов предопределяют появление дополнительных источников питания подземных вод (пруды-отстойники, водопроводно-канализационная сеть, сооружение ИП11В и др.), другие обусловливают изменение сложившегося в естественных условиях соотношения приходных и расходных статей водного баланса (застройки территории, агролесотехническая мелиорация и др.) или увеличивают интенсивность водообменных процессов (дренажные и водозаборные сооружения, горше выработки и др).

Оценка конкретной роли выделенных факторов дается применительно к вопросам формирования количества и качества подземных вод,их поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов.

Глава 2. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ЩЦРОГВОМШМЧЕСШ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

На основании комплексного анализа геологического строения,

физико-географических условий, характера уровенной поверхности, и режима подземных вод в пределах УЩ по особенностям водообмена выделены три группы водоносных горизонтов и комплексов: а) в четвертичных, неогеновых, палеогеновых и меловых отложениях междуречных пространств; б) в палеогеновых, меловых и юрских отложениях депрессий в кристаллическом фундаменте; в трещиноватой зоне кристаллических пород докембрия и продуктах их выветривания. Каждой из этих групп в работе дана оценка условий питания, стока и разгрузки в зависимости от физико-географичоских, геологических и гидрогеологических факторов.

Своеобразие условий формирования ресурсов подземных вод водоносных горизонтов и комплексов первой группы обусловлено,в первую очередь, небольшой глубиной их залегания, а также гипсометрическим их положением выше современного базиоа эрозии и в связи с этим - тесной зависимостью питания, стока и разгрузки от климата и орографии региона. Амплитуда колебания уровней от 0,51,0 м на водоразделах до 3-4 м в долинах рек.

Определяющим фактором формирования ресурсов подземных вод водоносных горизонтов и комплексов второй группы является их приуроченность к депрессиям в кристаллическом фундаменте. Питание подземных вод - за счет перетекания из вышележащих горизонтов и трещиноватой зоны кристаллических пород докембрия из участков, прилегающих к депрессиям. Амплитуда колебания уровней в основном 0,2-1,0 м.

В третьей группе, включающей водоносный комплекс в кристаллических породах докембрия и продуктах их выветривания, разнообразив условий формирования ресурсов определяется особенностями залегания водосодержащих пород, различиялш в мощности и состоянии трещиноватой зоны, невыдержанностью по мощности и простиранию осадочного покрова, приуроченностью щита к различным ландшафтно-климатическим зонам. Преобладает амплитуда колебания уровней 0,3-0,5 м на водоразделах, 1,0-1,7 м в долинах рек. •

В гидрогеологическом отношении УЩ представляет собой самостоятельный регион, в пределах которого отмечается практически полная замкнутость баланса питания и разгрузки подземных вод.Во-дообмен с соседними регионами составляет воего лишь 3-5$ от общих естественных ресурсов.

Установленные региональные гидродинамические закономерности . формирования подземных вод положены в основу специального гидро-

геологического районирования УЩ. При этом автор исходил из того, что вопросы общего гидрогеологического районирования этого региона рассмотрены в работах А.Е. Бабинца, Е.Л.Личкова и В.И.Дучяц-кого, К.И. Макова, Ф.А. Руденко.

Выполненное автором районирование предполагает решение задач количественной оценки ресурсов подземных вод. В соответствии с предложенной схемой гидрогеологическая структура УЩ (гидрогеологический массив) выделяется в пределах крупного поднятия докемб-рийских пород в юго-западной части Восточно-Европейской платформы. В гидрогеологическом отношении регион является естественным барражом, разделяющим Днепровско-Донецкий, Причерноморский и Во-лшю-Подольский артезианские бассейны. На границах гидрогеологического массива кристаллический фундамент опущен на большую глубину, в результате чего происходит резкая смена условий залегания, гидродинамической и гидрохимической обстановки формирования подземных вод.

В соответствии с гидродинамическим принципом районирования гидрогеологического массива предполагается выделение районов,отличающихся общностью питания, стока и разгрузка подземных вод.

Используя карту уровенной поверхности водоносного комплекса в трещиноватых породах докембрия, гидрогеологический массив (район первого порядка) разделяется Средним Днепром на два гидрогеологически обособленные области: правобережную и левобережную. В каждой области выделяются подобласти, охватывающие разнонаправленные региональные потоки подземных вод, границей мевду которыми служит линия основного гидрогеологического водораздела. В пределах подобластей в соответствии с крупнейшими речными бас -сейнами выделены гидрогеологические районы. Эти районы по условиям формирования подземных вод образуют наибольшие в пределах подобластой самостоятельные гидродинамические системы, -применительно к которым возможно и целесообразно проведение водно-балансовых раочетов, достоверность результатов которых поддается оценке, исходя из современного уровня разработанности методики исследований. С практической точки зрения выделенные гидрогеологические районы могут служить основой для проведения региональной оценки ресуроов подземных вод подобластей и областей.

На основании изучения местных гидродинамических особенностей формирования подземных вод в пределах каждого гидрогеологического района выдвляютоя месторождения подземных вод. В настоящее

время общепринятым является понятие месторождения пресных подземных вод (МППВ), предложенное Б.В.Боревским и Л.С.Язвиным. С учетом последних уточнений Б.В. Боревского под ВДВ следует понимать "пространственно ограниченную часть водоносной системы, в пределах которой под влиянием сочетания комплекса геолого-экономических факторов создаются благоприятные по сравнению с окружающими площадями условия для отбора подземных вод в количестве,достаточном для их целевого использования в народном хозяйстве". Оконтурено месторо.эдение может быть по границе продуктивного горизонта, границе зоны повышенной водопроводимости, границе зоны санитарной охраны и другим критериям. При этом область формирования эксплуатационных запасов, как правило, выходит за пределы месторождения.

Проведение границ ШЛЮ независимо от области формирования эксплуатационных запасов является скорее вынужденным, чем естественным приемом, так как во многих гидрогеологических структурах (например, в артезианских бассейнах) область формирования эксплуатационных запасов распространяется на огромные расстояния, и ее размеры часто становятся неопределенными, а изучение нецелесообразным.

В условиях же УЩ, где речной сетью гидрогеологические системы разделены на многочисленные сравнительно небольшие гидродинамические самостоятельные бассейны, проблемы о установлением границ области формирования эксплуатационных запасов практически не существует, а изучение этой области становится необходимым, т.к. в условиях водоносного комплекса в трещиноватых породах подземный сток с этой области часто обеспечивает половину и больше производительности групповых водозаборов.

Кроме того, характерным для УЩ является возможность эксплуатации подземных вод широкой сетью одиночных гидрогеологических скважин, с помощью которых в региональном плане решается пробле-** ма мелкого, обычно сельскохозяйственного, водоснабжения. Условия для строительства групповых водозаборов ограничены. Поэтому, исходя из принятых в настоящее время представлений, МНПВ следовало бы выделять в зоне действия каждой водозаборной скважины, что вряд ли целесообразно.

Все это дает нам основание под месторождением подземных вод УЩ понимать такие наименьшие в пределах гидрогеологических районов гидродинамически единые водно-балансовые площади водоносных.

систем, где на основании поисково-разведочных работ или опыта эксплуатации обоснована технико-экономическая целасообразность использования подземных вод в народном хозяйстве. Понятие "наименьше" является относительным и определяется целесообразноотью и возможностью выделения той или иной площади применительно к масштабу и задачам исследований. Границами месторождений, как и районов низших порядков, являются линии гидрогеологических водоразделов. С учетом вышеприведенных принципов предложенная схема выделения месторождений является открытой. Выделение автором на территории УЩ 128 месторождений соответствует изученности региона в масштабе 1:500000. Следуя Н.й. Плотникову, эти месторождения отнесены к типу естественных.

Применительно к приведенному специальному гидрогеологическому районированию в работе произведена оценка естественных рвсур-• сов подземных вод региона по меженному подземному стоку рек. о учетом установленных закономерностей их пространственного распределения в зависимости от различных физико-географических,геологических и гидрогеологических факторов. Результаты отражены на новой карте ресурсов масштаба 1:1000000.

Метод, основанный на изучении меженного питания рек, дает, как правило, заниженные значения естественных ресурсов. По применимости этого метода территория УЩ подразделена на 3 группы районов: а) районы, где меженный сток рек близок к величине естественных ресурсов подземных вод; б) районы, где меженный сток рек существенно меньше естественных ресурсов; в) районы, где меженный сток равен нулю.

Районы первой группы охватывают территории, отличающиеся значительной густотой речной сети и глубиной эрозионного вреза,что обеспечивает практически полное дренирование реками всех водоносных горизонтов и комплексов. Поэтому подземный сток в реки несущественно отличается от общего подземного стока и общей величины естественных ресурсов. Такие условия характерны для Приазовского массива, бассейнов Ю.Буга, Рося. Большая часть УЩ относится к районам второй группы. В районах третьей группы меженный сток рек обеспеченности равен нулю, поэтому естествен -ные ресурсы, определяющие подземный сток в долинах рек,'гидрометрическим методом оценены быть не могут. Такие районы известны в основном на территории Днепропетровской и Запорожской областей.

Результаты расчета аотеотиенных ресурсов подземных вод УЩ,полученные о использованием методов математической статистики,приведены в табл. I.

Установлено, что важнейшая роль в формировании водообмена в условиях УЩ принадлежит геоморфологическим факторам. Наиболее вы-оокие модули меженного стока (до I л/с-км2) характерны для бассейнов рек Днепра, Ю.Ьуга, Роси в Лесостепи, а также рек Приазовья, отличающихся наибольшей для щита глубиной эрозионного вреза (до 170-200 м). Но всем другим факторам эти районы существенно различны. Полесье и приднепровская Степь характеризуются меньшей глубиной эрозионного вреза и, как результат, меньшим меженным стоком рек (табл.1).

Существенное влияние на условия водообмена оказывают климатические факторы. Величина атмосферных осадков определяет более высокий средний меженный оток в Полесье по сравнению о приднепровской Степью, поскольку по воем другим показателям уодошш й Полесье менее благоприятны для формирования рооуроов подземных вод (меньшая глубина эрозионного врзза и мовдоооть осадочного чахла).

Существенное влияние на ход водоаомешшх вроцаооов оказывают также геологические факторы и, в пораую очередь, мощность осадочных обводненных отложений. Так. а Полооье площади о наименьшим меженным стоком характеризуются практически полным отсутствием осадочных отложений или их минимальной мощноотью. Приурочены эти площади к водораздельным пространствам. К краевым чао-тям УЩ по мере увеличения мощности осадочного чехла увеличивается и меженный речной сток от 0,06 до 0,3 л/скм^ . Наибольшая для Полесья величина модуля меженного стока установлена в долине р.Жерев, прорезающей мощную толщу осадочных отложений от мелового до четвертичного возраста. Подобное увеличение модуля от 0,02 до 0,14 л/с•км^ наблюдается на левобережье Днепра, от Вол-чанского выступа к Конкско-Ялынской впадине.

Общие естественные ресурсы подземных вод региона, определенные' по меженному стоку, 2,8 млн м3/сут. Указанная суммарная цифра естественных ресурсов подземных вод У1д является заниженной. Об этом свидетельствуют данные расчетов на моделях рада разведанных месторождений (Лндрушевского, Гштаиского, Уманского, Иг-ренского, Володарского и других), по которым получены модули ин-фильтрлционного питания от 0,2 л/с •км'* на водоразделах до 4 •

Таблица I

Интервал изменения Площади Средние Естественные

модулей, территорий, значения ресурсы,

л/с-км2 км2 тыс.м3/сут

Полесье

0 -0,1 4000 • 0,07 24

0,1-0,2 10200 0,15 132

0,2-0,3 7600 0,25 164

0,3-0,4 4600 0,35 139

всего 26400 0,20 459

Лааойхааь

0,1-0,2 16400 0,15 213

0,2-0,3 8700 0,24 180

0,3-0,4 36100 0,36 1123

0,4-1,0 3100 0,69 185

всего 64300 0.30 1701

Степь

а) Приднепровье

0 14850 0

0,0-0,1 26600 0,05 115

0,1-0,2 7700 0,14 93

0,2-0,3 1000 0,22 19

0,3-0,4 600 0,35 18

всего 50750 0,07 245

б) Приазовье

0,1-0,2 1400 0,14 17

0,2-0,3 300. 0,22 6

0,3-0,4 7000 0,35 212

0,4-1,0 3700 0,53 169 "

всего 12400 0,35 404 ,

Итого по УЩ 2809

л/с*км2 в долинах рек, что существенно выше модулей, полученных по меженному стоку рек.

С целью повышения цоленаправлаиосш и эффективности поисково-разведочных работиспользуя результаты изучения гидродинамических закономерностей формирования ресурсов подземных вод, автором произведена типизация гидрогеологических условий УЩ по особенностям формирования эксплуатационных запасов подземных вод и определены основные источники их формирования. Результаты отражены на карте условий формирования эксплуатационных запасов подземных вод УЩ, составленной автором в масштабе 1:500000.

В работе показано, что на территории УЩ в ряде случаев повышение эксплуатационных возможностей водоносных горизонтов может быть достигнуто искусственным пополнением подземных вод - (ШШВ). С, целью оценки этих возможностей произведено специальное гидрогеологическое районирование, схема которого разработана применительно к карте масштаба 1:500000. Принципы районирования разработаны, основываясь на работах П.К. Гурьбы, H.A. Плотникова, Н.И. Плотникова, С,Л. Пугача, Н.В. Роговской, К.И. Сычева, М.А. Хор-дикайнена и других. Районирование выполнено о учетом наличия (отсутствия) потребности в ИППВ, источников ШИВ, благоприятных условий для фильтрации воды от сооружений ИППВ к водозаборам и накопления воды в пласте-коллекторе.

В результате выделены районы: а) о источниками ШШВ, но без перспективных водоносных горизонтов (комплексов); б) с источниками ИППВ и с перспективными водоносными горизонтами (комплексами); в) без источников ШИШ, но с перспективными водонооными горизонтами (комплексами); г) без источников ШШВ и перспективных водоносных горизонтов (комплексов).

Для выбора конкретных участков для ИППВ, обоснования экономической целесообразности и споообов пополнения подземных вод необходимо проведение специальных исследований.

Глава 3. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЪЕМНЫХ ВОД

Обида о вопросы формирования химического состава подземных вод получили разлитие благодаря работам А.Е. Бабинца, В.И. Вернадского, И.К. Зайцева, Н.К. Игнатовича, Г.II. Каменского, С.Р.Край-нова, Е.В. Пиннекера, Е.В. Посохова, Н.В. Роговской, Ф.А.Руден-ко, Ф.П. Саваренскогс, H.H. Славянова, B.C. Самариной, С.И.Смир-

нова, Н.И. Толстихина, К.В. Филатова, O.A. Шварцева, В.М. Швеца и др.

С учетом этих работ в диссертации автор основное внимание удаляет оценке и конкретизации влияния основных факторов, определяющих химический состав подземных вод У1Д и характер его изменения в естественных и нарушенных хозяйственной деятельностью условиях.

В тесной связи с гидрогеодинамическими условиями формирования в работе рассмотрены закономерности регионального распределения гидрохимических типов и минерализации подземных вод в осадочных образованиях и кристаллических породах докембрийского фундамента.

В частности, в гидрогеологическом разрезе прослежена вертикальная гидрогеохимическая зональность. Гидрогеодинамическай зоне интенсивного водообмена соответствует зона маломкнерализовашшх (0,1-6 г/л) гидрокарбонатных, сульфатных, сульфатно-хлоридных и хлоридно-сульфатных вод сложного катионного состава. Мощность этой зоны ограничена глубиной дренирующего влияния гидрографической сети. Она охватывает толщу осадочных образований, кроме глубоких частей впадин в кристаллическом фундаменте, а тате верхнюю часть трещиноватой зоны в породах докембрия до глубины 150-200и, иногда до 400-800 м (Кривбасс).

Нижняя гидрогеохимическая зона характеризуется развитием высо-. коминерализованных (до 100 г/л и более) хлорадных натриевых и натриево-кальциевых вод. Прослежена эта зона в мощных зонах разломов.

По данным бурения Кольской сверхглубокой скважины можно предположить, что на больших глубинах в недрах УЩ содержатся газонасыщенные рассолы.

В водоносных горизонтах и комплексах верхней гидрогеохимичео-кой зоны прослежена горизонтальная гидрохимическая зональность, обусловленная влиянием факторов формирования химического состава подземных вод, подчиняющихся, в свою очередь, зональному изменению: I - зона гидрокйрбонатных кальциевых и кальциево-магниевих вод Полесья (минерализация 0,1-0,Ь г/л); П - зона гидрокарбонатных кальциево-магниевых вод Лесостепи (минерализация 0,4-0,8 г/л); Ш - зона сульфатных и сульфатно-хлоридных вод смешанного катионного состава Степи (минерализация 1-6 г/л). В пределах выделенных зон встречаются большие или меньшие площади развития других гид» рохимических типов, которые часто носят азональный характер. В ряде случаев эти веды являются менее' минерализованными.

В работе исследована роль различных факторов в формировании закономерностей изменения минерализации и гидрохимических типов подземных вод региона. Среди этих факторов одним из основных являются атмосферные осадки. Их влияние оценено, исходя из соотношения их количества с испарением, высокой общекислотной агрессивности (часто рН ¿4), нерманганатной окисляемости и содержания свободной углекислоты, особенностей ландшафта местности. В результате в условиях Полесья и Лесостепи это обусловливает формирование гидрокарбонатных кальциевых и кальциево-магниевых подземных вод. Поверхность почвенно-растительного слоя рассматривается в качестве гидрогеохимического барьера, где происходит резкая смена сульфатного типа атмосферных вод (минерализация 21-29 мг/л) на гидрокарбонатный (минерализация 0,1-0,6 г/л).

В степной зоне к юго-востоку от линии Кременчуг-Первомайск в составе подземных вод возрастает роль ионов 30« , С1 , На. На формирование этих вод существенно влияет полусухой климат южноукраинских степей и сопутствующие ему процессы континентального засоления покровных четвертичных отложений.

В депрессиях в кристаллическом фундаменте к ва склонах У1Д происходит рост содержания в подземных водах ионов С1 и На ,что связано.с закономерностями образования так называемого "нормального гидрохимического разреза" (по А.Е.Бабинцу).

Характерным для степной зоны УЩ является проявление локальных участков развития пресных вод в долинах рек, что, в первую очередь, объясняется отсутствием на таких учаотках эолово-делювиальных суглинков и глин четвертичного и неогенового возраста, а также глинистой коры выветривания.

Детальное изучение подземных вод в трещиноватых кристаллических породах докембрия показало, что величина их минерализации и гидрохимический тип в значительной мере зависит от химического состава водовмещающих пород. На примере Приазовья показано, что между соотношением основных катионов в воде и соответствующих анионов в породах существует корреляционная связь. Факт резкого увеличения в подземных водах сульфатов и загипсованности' лессовых пород свидетельствует о заметном влиянии на формирование подземных вод как водовмещающих, так и покровных отложений.

Наряду с физико-географическими факторами в диссертации дана оценка взаимосвязи химического состава трещинных вод с водо-

обильностью водоносного комплекса в породах докембрия.

Для Приазовского кристаллического массива получены эмпирические зависимости между удельными дебитами скважин и содержанием в воде анионов и катионов, которые могут быть использованы при поисках и разведке подземных вод.

Самостоятельный раздел диссертации посвящен результатам исследования необычной закономерности уменьшения минерализации и изменения химического состава подземных вод с глубиной в условиях Конкско-Япынокой впадины. В юго-восточной части этой структуры,в районах наиболее глубокого (до 400 м) погружения по разломам фундамента, минерализация подземных вод изменяется от 6,3 г/л в четвертичных отложениях до 0,8 г/л в образованиях мела, залегающих на поверхности докембрийских пород. Химический состав изменяется от сульфатного до хлоридно-гидрокарбонатно-сульфатного.

Явление опреснения подземных вод с глубиной связывается с особенностями их формирования в мощных заглинизированных зонах разломов, оконтуривающих впадину. При этом основная роль отводится процессам ионного обмена. Анионный обмен происходит путем замещения обменными анионами ионов гидроксильной группы, находящихся на поверхности решетки глинистых минералов. При катионном обмене Происходит замещение в решетке минералов водорода гдцроксильных групп, которые у каолинита и галлуазита находятся на базальной поверхности. Выделяющиеся при этом ионы водорода и гидроксила образуют воду.

Глава 4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВОДООЖДЬНОСТИ ВОДОНОСНОГО КОМПЛЕКСА В ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОРОДАХ Д0ШШ1Я И ПРОДУКТАХ ИХ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Под водообильностью водоносных горизонтов (комплексов) автор понимает их способность обеспечивать расходы подземных вод в конкретных естественных и нарушенных хозяйственной деятельностью условиях. При одинаковой конструкции скважин эта способность зависит не только от фильтрационных свойств водовмещашцих пород,но и от особенностей границ и граничных условий области фильтрации. Водообильность мажет быть охарактеризована единичными расходами естественного или бытового потока, дебитами источников,1 притоками в горные выработки. Выбор того ила иного показателя определяется главным образом целевым назначением сравнительной характв-

ристики водоносных горизонтов (комллакоов). При оценке возможностей использования подземных вод для водоснабжения целесообразно чаще всего использование величин дебитов и удельных дебитов скважин.

Автором впорвце раоомотрен вопроо комплексной и всесторонней оценки факторов формирования водообильности трещиноватой зоны докембрийского фундамента УЩ на основе обработки и анализа многочисленных данных о бурении и опробовании гидрогеологических скважин с применением геолого-гидрогеологических и вероятностно-статистических методов исследования. В качестве основных факторов, формирующих водообильность комплекса в трещиноватых породэх докембрия исследованы: а) трещиноватость, особенности которой определяются типом трещинообразования, петрографическим составом и радиоактивностью водовмощаюсщх пород, дх приуроченностью к соответствующим элементам блоковой структур« щита; б) границы и граничные условия, определяемые характером взаимосвязи трещинных вод фундамента с водами осадочных отложений и поверхиоотными водами.

Следуя С.Н. Чернышеву, в диссертации формирование зоны активной трещиноватости в кристаллических породах УЩ рассматривается с позиций унаследованного развития лцтогдиетического, радиогенного, гидрогенного,-тектонического и гипэргенного трещпнообразо-вания. Углубленное изучение ряда вопросов генезиса трощин позволило установить ряд важных пространственных закономерностей в интенсивности трещиноватости. В частности, на продстовитолыюм фактическом материале установлено, что в пределах отдельных геолого-петрографических комплексов при прочих равных условиях более трещиноватыми, естественно, и водообильными, являются породы менее радиоактивные. Для условий УЩ этот вывод противоречит сложившимся представления?.! (11.4. Вовк и др.) о большей трещиноватости пород с более высокой радиоактивностью. Свой вывод автор объясняет тем, что породы, сформировавшиеся в тектонически ослабленных зонах, в исходном виде возможно и были более радиоак-. тивными по сравнению с соседними площадями. Однако в последующем, по мере развития трещиноватости, общая радиоактивность пород уменьшалась под влиянием различных физико-химических и фильтрационных процессов. Принимая во внимание радиогенное тре-щинообразование, более древние породи являются в целом более трещиноватыми и водообильными по сравнению о относительно моло-

дыми, что показано на примера сравнения магматических пород ки-ровоградско-житомирского и бердичевского комплексов.

Особая важность в формировании зоны активной трещиноватости отводитоя процессам эрозионной разгрузки. Ддя исследования этих процессов был проведен анализ серии тестовых картин нарушенного состояния при различных глубинах эрозионного вреза, принимаемых исходя из особенностей естественно-исторического развития УЩ. В качестве расчетного был использован разработанный H.H. Масловым метод оценки устойчивости оснований склонов (откосов) по углу наибольшего отклонения, образуемого в любой точке линией действия полного напряжения и нормалью к рассматриваемой площадке. В результате сопоставления результатов расчетов о особенностями палеорельефа УЩ сделан вывод о том, что в формировании конечной интенсивности и глубины зоны активной трещиноватости важнейшая роль принадлежит процессам эрозионной разгрузки в течение мазо-кайнозойского этапа геологического развития региона. Роль эрозионной разгрузки в формировании трещиноватости возрастает, если учесть, что напряжения в массивах пород создаются не только под влиянием их собственного веса, но и в результате релаксации тектонических напряжений.

В соответствии с теоретическими расчетами предельная глубина развития активной трещиноватости эрозионной разгрузки в условиях равнинного рельефа УЩ должна составлять не более 40 м от поверхности фундамента, что хорошо согласуется о данными разведки многочисленных водозаборных участков.

Выявлены существенные отличия трещиноватости (и водообильнос-ти) отдельных стратиграфических комплексов пород, охарактеризованные статистическими показателями. В пределах левобережной части УЩ от более к менее водообильным они образуют ряд: конкско-верховцевская оерия, западноприазовская и центральноприазовокая (гнейсовая) серии, кировоградско-житомирский комплекс, щелочной комплекс.

В региональном плана наблюдается изменчивость трещиноватости водоносного комплекса в кристаллических породах в зависимости от элементов блоковой структуры щита (блоки, разломы). Особый интерес представляют результаты сравнительной оценки зон разломов, подразделенных по своим особенностям на четыре типа: I) линейные зоны разломов геооинкланального этапа развития региона; 2) ли-

нейные зоны разломов геосинклинального заложения, по которым унаследованно развивались процессы тектоно-магматической активизации (ТМА) в платформенный этап развития; 3) линейные зоны разломов платформенного этапа развития; 4) зоны пересечения разломов платформенной активизации с однотипными или геосинклинальными. Задача решалась путем вероятностно-статистической обработки данных о дебитах скважин, пробуренных при разведке 72 групповых водозаборов. Установлено, что наиболее водообильными являются пересечение разломов (0Ср= 574 м3/сут), хотя здесь имеет место и наибольший разброс отдельных значений дебитов (от 56 до 1717 м3/сут). В этих условиях создаются прбдпссылщ для образования ортогональной сети трещин, в вместе с тем и для большей интенсивности трещиноватости пород в целом.

Несколько меньшей водообильностью характеризуются линейные зоны разломов геосинклинального этапа, обновленные в период платформенной ТМА (Цср = 396 м3/сут). Унаследованный" характер тектонических процессов обусловливает в этом случав небольшую однородность трещиноватости.

Параметры выборки по зонам разломов платформенного этапа ТМА близки с предыдущим типом разломов ( 0ср = 295 м3/сут).

В геосииклинальных зонах разломов разведанные водозаборные участки отсутствуют,.имеются лишь одиночные скважины о преобладанием дебитов 50-120 м3/сут. Наименьшая водообильность этих зон объясняется интенсивным проявлением вулканических и гидротермальных процессов в период доквмбрийского трещинообразования.в результате чего многие трещины оказались залеченными. Во всех слу- . чаях характерно повышение водообильности в зонах ТМА по сравнению с блоками. Однако блоковые структуры являются более однородными. Приведенные данные свидетельствуют о том, что наиболее важное поисковое значение для трещинных вод имеют дизъюнктивные нарушения, распределение которых отражает схема разломно-бяоко-иих структур мезо-кайнозойского возраста (по А.А.Гойжевскому).

Исследование влияния на водообильность зоны активной трещиноватости граничных условий показало, что удельные дебиты скважин в зависимости от расположения относительно водотоков и- особенностей строения покровных осадочных отложений в пределах УЩ могут отличаться при прочих равных условиях в 1,5-2 раза.

В зависимости от кошсрртных показателей различные • факторы могут играть как положительную, так и отрицательную роль в фор-

мировании водообильности водоносных комплексов в трещиноватых породах. Поэтому, находясь в сложной системе взаимосвязи и взаимообусловленности, влияние каждого аз этих факторов в отдельности, как правило, затушевывается. Это создает значительные трудности в разработке прогностических моделей для обоснования мест заложения гидрогеологических скважин, в том число и в случае применения для поисков трещинных вод геофизических методов.

Автором впервые выполнено исследование по обоснованию комплексного учета формирующих водообильность факторов. ¡Многообразие этих факторов, а также стохастический характер их проявления, обусловили решение поставленной задачи на основе обработки исходной информации методами многомерной статистики. При этом использованы данные опробования многочисленных гидрогеологических скважин, описанных набором характеристик орографичес -ких, структурно-геологических, литолого-иетрографических,- гидрогеологических и геологических факторов формирования водообильно-• сти. Конечной целью исследований явилось создание вероятностно-статистических моделей взаимосвязи удельного дебита одиночных скважин как показателя водообильности с комплексом формирующих его факторов. Методические разработки выполнены на примере центральной и юго-восточной частей УЩ и были направлены на последовательное решение таких задач: I) обоснование выборочных совокупностей исходных данных; 2) определение состава информативных характеристик (показателей); 3) создание эталонных (типовых) стохастических моделей формирования водообильности; 4) вывод корреляционных уравнений водообильности.

При обосновании выборочных совокупностей была принята предпосылка о детерминированной неоднородности водообильности трещиноватой зоны кристаллических пород, определяемой различиями условий трещинообразованшг в отдельных.геолого-структдаых районах, долинах рек и на водоразделах.

Определение состава информативных признаков произведено,используя К- - модификацию факторного анализа. В результате выделено 6 групп факторных характеристик, которые описывают: 1)раз~ ломы; 2) литологическш состав осадочных отложений; 8) лкто-'логический состав кори выветривания; 4) поверхностные воды; 5) характер рельефа; 6) водоносные горизонты в осадочных отложениях .

Решение третьей задачи произведено путем клпес^иклщш екгя-

жин с учетом комплекса выделенных факторов. Учитывая мультипликативный характер (доля основных двух факторов составляет 30-39$ от суммарной дисперсии формирования величины удельного дебита), для классификации скважин был применен метод кластерного анализа. В результате были выделены однородные группы скважин, каждая из которых рассматривается в качестве эталонной (типичной) стохастической модели формирования водообильности водоносного комплекса в трещиноватых породах докембрия в тех или иных условиях исследуемого региона.

Из анализа этих моделей следует: I) региональные закономерности распределения водообильности определяются главным образом особенности геологических структур и основных геоморфологических элементов (водоразделы, долины рек); 2) локальные закономерности связаны, как правило, с изменчивостью геолого-гидрогеологического разреза осадочного чехла и коры выветривания; 3) отклонение от закономерностей, определяемых особенностями разреза, обусловливается удаленностью скважин от рек, осей зон разломов, крутизной склонов и некоторых других факторов' локального влияния.

В условиях мультипликативного характера влияние изучаемых факторов на • водообильность комплекса в трещиноватых породах УЩ, парная корреляция между удельным дебитом и остальными факторными характеристиками не наблюдается. Коэффициенты корреляции при" этом в долинах рек не превышают 0.5, на водоразделах - 0,42. В то же время представительные корреляционные уравнения водообильности получены методом множественной корреляций. Коэффициенты корреляции составили для условий Приазовского массива 0,82 на " водоразделах, 0,76 - в долинах рек, что существенно выше их критических значений. Для оценки точности апроксимации полученных уравнений с их помощью проанализированы данные опробования контрольных скважин, не используемых в.статистических расчетах. Показано, что величина случайной компоненты, входящей в регрессионные уравнения, в преобладающем большинстве случаев не превышает 70-80 %.

Результаты исследований особенностей формирования водообиль-■ ности водоносного комплекса в трещиноватых породах рассматриваются в качестве основы для обоснования перспективных участков поисково-разведочных работ на воду и выбора мест заложения скважин.

_ • Глава 5. ИЗУЧЕНИЕ РЕСУРСОВ ТРЕЩИННЫХ ВОД ГЩЮДИНАМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Разработка и внедрение в практику изучения ресурсов трещинных вод гидрогеологических массивов гидродинамических методов представляют собой одну из наиболее сложных задач современной гидрогеологии. Это. объясняется прежде всего трудностями применения детерминированных моделей к фильтрационным системам в трещиноватых породах в связи со сложностями определения гидрогеологических параметров по данным откачек и их осреднения, а также обоснования представительных расчетных геофильтрационных схем. В диссертации приведен анализ состояния изученности этого вопроса, в -решение которого большой вклад внесен такими учеными как Г.И.Ба-ренблатт, Ю.П. Желтов, Б.В.Боревский, Б.Г. Самсонов, Л.С. Язвин, В.А. Мироненио, В.М. Шестаков, И.С.Пашковский, К.К.Бисембаева, В.Д. Бабушкин, М.В.Рац, Е.С. Ромм, С.Н. Чернышев, Е.М. Смехов, Ч.Сноу, Дж.Бейкер и др.

Теоретическим основанием приемлемости гидродинамических методов для.изучения ресурсов трещинных вод УЩ является тот факт,что при реальном диапазоне изменения градиентов фильтрация в трещинах горных пород имеет ламинарный характер и при достаточно большом машстабе осреднения может быть сведена к движению жидкости в сплошной среда, подчиняющемуся закону Дарси. В условиях докемб-рииских пород УЩ это дополняется практически повсеместным развитием достаточно густой, непрерывной сети трещин, о чем свидетельствуют: а) территориальное единство уровенной поверхности трещинных вод (неразрывность потока); б) изменение уровня в любой точке зоны влияния откачек из скважин; в) вскрытие практически всеми скважинами трещин той или иной раскрытости в интервале зоны активной тре/щиноватости. Опыт разведки и эксплуатации трещинных вод на территория УЩ (более 70 участков) свидетельствует, что практически везде водосодержащие кристаллические породы могут быть охарактеризованы эффективными параметрами (по М.В.Рацу).Это позволяет реальную неоднородную сроду представить в виде схемы кусочно-неоднородной среды, к которой применимы гидродинамические методы расчета.

Важнейшим вопросом при этом является выделение расчетных элементов структурной неоднородности, для каждого.из которых должны быть определены эффективные параметры.

Наличие нескольких уровней фильтрационной неоднородности тре~

щиноватой среди и различное их проявление при опытных'откачках в зависимости от мощности и продолжительности опробования обусловливают получение эффективных параметров разных уровней осредне -ния. При обоснованной геофильтрационной схематизации автор счи -тает целесообразным различать параметры регионально-эффективные, локально-эффективные и точечные эффективные.

Регионально-эффективные - это параметры, характеризующие весь ввделенныи в геофильтрационной схеме тот или иной элемент структурной неоднородности.

Локально-эффективные - это параметры, характеризующие большую или меньшую часть выделенных в схеме элементов неоднородности.

Точечно-эффективные - это параметры, характеризующие отдельные элементы неоднородности более высокого порядка (например.отдельные блоки, трещины).

Приведенное подразделение эффективных параметров является в известной мере условным. В зависимости от конкретных условий решаемой задачи рассчитанный параметр мозе.т рассматриваться по -разному.

Для реализации геофильтрационных схем в трещиноватых породах рекомендуется применение методов математического моделирования, которые особую важность приобретают в связи с необходимостью конкретизации условий формирования эксплуатационных запасов и оценки влияния водоотбора на окружающую среду.

Особенности методики изучения ресурсов трещинных вод УЩ разработаны в диссертации на основе:

а) исследований на имитационных моделях закономерностей фильтрации при откачках в трещинно-трещинной среде с регулярной тре-щиноватостью с целью выработки рекомендации по интерпретации ОФР и обоснованию расчетных фильтрационных схем;

б) обработки и анализа результатов ОФР на типовых водозаборных участках;

в) обоснования и реализации с применением ЭВМ региональных геофильтрационных моделей;

г) обоснования и реализации геофильтрационных моделей типовых водозаборных участков.

Исследование особенностей фильтрации в трещиноватых породах методом математического моделирования выполнено на примере гипотетической гетерогенной кусочно-однородной среды с резкой фильтрационной неоднородностью. В отличие от известных моделей плано-

вая изменчивость фильтрационных свойств была принята геометрически, регулярной в виде низкопроницаемых квадратных блоков и разделяющих их высокопроницаемых зон повышенной трещиноватости.Для отображения водообмена между трещинами и блоками в модоль была введена переходная зона.

Выбор размеров и параметров гипотетической геофильтрационной модели произведен с учетом геологических и гидрогеологических особенностей изучаемого региона. На построенной модели воспроизводились откачки из скважины с постоянным дебитом при неустановившемся режиме фильтрации.

Задачи решались на ЭЦВМ типа ЕС в линейной постановке, используя программный комплекс "СИЛЬТР-12", разработанный В.1,1. Лившицем. Рассмотрены две основные геофильтрациошшо схемы: I) неограниченный гетерогенный изолированный пласт; 2) неограниченный гетерогенный пласт о перетеканием при постоянном уровне в питающем слое.

В результате исследований закономерностей фильтрации в трощин-но-трещинной среде сделаны следующие выводы:

1. Гипотетическая кусочно-однородная модель трещинно-трещинной среда, построенная с учетом реальных условий фильтрационной неоднородности кристаллических пород УЩ, позволяет воспроизводить

к исследовать реальные эйякты фильтрации в трещиноватой сродэ. Модель кусочно-однородной среды открывает возможность широкого применения метода математического моделирования для интерпретации результатов ОФР и гидрогеологических прогнозов в трещиноватых породах УЩ. Существенное различив фильтрационных свойств трещинных эоя и блоков обусловило проявление на гипотетической модели эффектов, характерных для среды о "двойной пористостью" и наблюдаемых в реальных природных условиях.

2. Наряду о подтверждением ряда известных теоротических положений и наблюдаемых эффектов фильтрации в трещиноватых породах (проявление времени запаздывания, зоны сверхпроводимости и т.д.), установлено: . .

а) при откачках в условиях, подобных уоловиям фильтрационной неоднородности УЩ, время запаздывания начала квазистационпрного режима фильтрации не превышает 10 сут. Дня большей части области фильтрации это время контролируется эффективной пюзопроводность», близкой к взвешенной по площади среднегеометрической;

б) размер зоны сверхпроводимости, выделяемой по гр'кГлкям шю-

щадного прослеживания, соответствует реальным размерам зоны высокой проницаемости в районе центральной скватаны, что необходимо учитывать при выборе мест заложения наблюдательных скважин;

в) значение коэффициента эффективной водопроводимости, определяемое методами временного площадного и комбинированного прослеживания, находится между среднеарифметическим и среднегеометрическим значениями действительных параметров, смещаясь в зависимости от конкретных условий в большей или меньшей степени в сторону среднеарифметического;

г) наличие перетекания существенно осложняет интерпретацию результатов откачек и определение гидрогеологических параметров графо-аналитичоскими методами Тейса-Джейкоба.

С целью обоснования рекомендаций по интерпретации результатов опытных откачек, направленной на определение эффективных параметров трещиноватой среды разных уровней осреднения и значительных элементов структуры фильтрационной неоднородности были проанализированы результаты свыше 100 одиночных, кустовых и групповых откачек из скважин, проведенных при поисково-разведочных работах для водоснабжения в пределах северо-западной и центральной частей УЩ. При этом выполненные исследования основаны на положении теории фильтрации в трещиноватых породах, вытекающие из работ Г.И. Баренблатта, Ю.И.Желтова, Е.С.Ромма, Г.М.Ломизе, Б.В.Еорев-ского, Б.Г. Самсонова, Л.С. Язвина, В.А. Мироненко, В.М. Шеста- . кова, И.О. Пашковского, К.К.Бисембаевой, В.К.Майдебора, Дж.Бей-кера, А.Бана, М.С.Хантуша, А.Ванденберга и других исследователей. Кроме того, были использованы полученные нами результаты решения методических задач на моделях гипотетической трещинно-трещшшой среды.

В результате установлено, что в условиях УЩ получаемая при кустовых и одиночных откачках информация в большинстве случаев позволяет выявить и исследовать основные закономерности формирования гидродинамической обстановки при проведении откачек и восстановления уровней, определять расчетные параметры.

По групповым откачкам может быть получена представи-

тельная для определения параметров и обоснования геофильтрационных схем информация в сочетании с данными одиночных и кустовых откачек.

. Используя приведенные выше обоснования, в диссертации разработаны методические рекомендации по изучению ресурсов трещинных

вод У1Д на региональных и локальных геофильтрационных моделях.

По сравнению с гидрометрическими методами на региональных моделях представляется возможным получить более надежные данные о естественных ресурсах подземных вод и их пространственном рас -пределегош (см.гл.2). При обосновании региональных моделей для территории УЩ, где основной водоносный горизонт приурочен к трещиноватым породам докембрия, основная сложность вознпкаот при построении корт водопроводимости и пьезоизопшс.

В работе показано, что построение карт водопроводимости должно проводиться с учетом выявленных закономерных отличий средних показателей картируемого параметра в долинах рек и па водоразделах, а также в различных элементах геологической структуры (разломы, магматические массивы и т.д.). В пределах выделенных элементов фильтрационной неоднородности в качестве расчетных следует принимать но сродиогеометрические значения водопроводимости, вытекающие из логнормального закона распределения, а среднеариф- . мотичоские. Это обеспечивает возможность произвести объективную оценку естественных ресурсов подземных вод в соответствии с достигнутой, степенью изученности территории. В случае использования в моделях среднегеометрического значения кт , которое всегда меньше среднеарифметического, определяемая величина естественных ресурсов будет необоснованно заниженной. Здесь следует подчеркнуть, что характеристики, получаемые в соответствии с законом распределения, необходимы при решении таких задач как определение числа скважин для отбора того или иного количества воды на изучаемой территории, разграничения гидрогеологических объектов, оценки вероятности встреча скважин с заданным дебитом и т.д.

Из-за дискретности и ограниченности исходной информации значительные трудности возникают и при построении карт пьезоизопшс. Для повышения их достоверности требуется предварительное установление зависимости гидродинамических напоров (уровней) подземных вод изучаемых водоносных горизонтов и комплексов от формирующих их факторов. В условиях УЩ, как и других гидрогеологических регионов (В.М.Шесгопалов и др., 1988) для экстраполяции и интерполяции дискретной информации об уровнях на всю площадь распространения оцениваемого водоносного горизонта (комплекса) целесообразно использование корреляционных зависимостей формы уровенной поверхности подземных вод от рельефа дневной поверхности. Установлено что в различных районах УЩ коэффициент корреляции при

этом в большинстве случаев превышает 0,9.

Для условий У1Д в региональном плане характерны значительные перепада напоров от водоразделов к долинам рек. Поэтому сезонные колебания уровней (до 1-2 м) практически не влияют на изменение уклона подземного потока, что позволяет для построения карт пье-зоизогипс использование разновременных замеров.

Реализация региональных моделей в связи с большой размерностью сеточной области наиболее целесообразна о применением ЭЦВМ.

Используя метод математического моделирования, при региональном изучении ресурсов подземных вод УЩ представляется возможным' оценить общие естественные ресурсы изучаемой территории, составляющие баланса подземных вод и особенности их пространственного распределения,, влияние различных факторов на формирование ресурсов и др. Представительность результатов исследований будет определяться степень адекватности модели природным условиям. Получение требуемой степени адекватности достигается решением обратной стационарной задачи. Основным критерием оценки меры соответствия модельных и натурных данных является не абсолютная величина расхождения сопоставляемых уровней, а соответствие уклонов потоков в плане л разности напоров водоносных горизонтов в разрезе на модели и в натуре.

Достоверность построенной модели в целом оценивается на ооно-ве неформального анализа баланса по данным моделирования. Это может быть осуществлено сопоставлением модельных данных и результатов независимых водно-балансовых исследований.

Особенности методики региональных исследований и оценки естественных ресурсов трещинных вод методом математического моделирования с использованием ЭВМ автором апробированы на примере Приазовского массива, который избран в качестве опытного района, т.к. здесь подземный сток рек практически равен естественным ресурсам подземных вод, вследствие чего существует принципиальная возможность обоснования представительности методических разработок, касающихся построения региональных геофильтрационных моделей массивов трещинных вод. Установлено, что величина питания подземных вод Приазовского массива колеблется от. 0,05-2 до 30-•35 мм/год в зависимости от положения в рельефе, мощности суглинистых и глинистых покровных отложений, литологии и мощности коры выветривания кристаллических пород. Представительность предложенных методических разработок в диссертации оценена на ррно-

ве сопоставления модулей естественных ресурсов, полученных на модели и по данным о меженном стоке рек.

Из анализа опыта разведки подземных вод в трещиноватых породах и рассмотрения отчетов в УкрТКЗ оледует, что в сложившейся практике месторождения трещинных вод здесь обычно относят к третьей группе сложности. Это положение основано на предпосылке о невоз-мозшооти представительного отображения в расчетных схемах неоднородности водосодержащих пород и источников формирования запасов. Иоходя из этого, в качестве главного расчетного метода используется гидравлический.

В работе показано, что с учетом применения для прогнозов метода математического моделирования месторождения трещинных вод УЩ в соответствия о действующей Инструкцией ГКЗ в большинстве случаев могут быть отнесены ко второй группе сложности, что является важным о точки зрения качества и достоверности прогнозов, а также экономической эффективности поисково-разведочных работ на воду.

В качество основных задач применения методов моделирования для изучения ресурсов трещинных вод рассматриваются задачи установления источников и закономерностей формирования эксплуатационных эвпаоов, т.е. оценка их обеспеченности, а также прогнозирование влияния водоотбора на окружающую среду. Возможность решения этих задач объясняется прежде всего тем, что отдельные водопроводящие трещины и зоны занимают крайне ограниченную площадь и принципиально не определяют общей величины естественных рооуроов и подземного стока, формирующихся преимущественно в йдаботрещиноватом массива в пределах изучаемого водоотбора.Важным является и то, что основные источники формирования эксплуатационных запасов трещинных вод обусловлены запасами и ресурсами покровных осадочных отложений и привлечением речного стока, что реализуется на модели традиционными методами.

Методы моделирования принципиально применимы и для прогноза понижений уровней воды в скважинах, которые опробованы опытными (или эксплуатационными) откачками, а на модели решением обратных задач достигнуто функциональное соответствие режима откачек в натурных и модельных условиях. Основой для составления локальных геофильтрационннх моделей являются эффективные параметры, полученные по данным откачек.

Учитывая небольшую мощность активной трещинсвптой зоны в но-

родах кристаллического фундамента, слабошторный характер водоносного комплекса, а также небольшую водоотдачу пород, роль емкостных запасов трещинных вод в формировании эксплуатационных дебатов водозаборов обычно мала. Отсвда следует, что оценгсу эксплуатационных запасов подземных вод в трещиноватой зоне кристаллических пород докембрия на территории У1Ц во многих случаях целесообразно проводить для условий установившегося режима фильтрации. Этот вывод подтверждается опытом эксплуатации ряда водозаборных сооружений.

Применение методов моделирования для оценки эксплуатационных запасов подземных вод целесообразно на любой стадии исследований, на что справедливо обращают внимание Б.В. Боревский и В.А. Миро-нешсо. Созданная на ранних стадиях модель как бы "выовечивает" все проблемы, неувязки, противоречия в наших представлениях, "белые пятна" во входной информации и тем самым способствует их устранению в ходе дальнейших исследований.

Для успешного применения моделирования необходима целевая постановка поисково-разведочных работ, соблюдение принципов этаи-ности моделирования и обратной.связи моделирования с результатами разведочных работ. Этапность моделирования понимается как в смысле соответствия модели текущей стадии разведки, так и в смысле адаптации модели в соответствии с поступающей информацией. Обратная связь заключается в обязательной проверке принятых на том или ином этапе моделирования фильтрационных гипотез, а также конкурирующих модельных решений.

Выполненные автором методические разработки по обоснованию представительности геофильтрационных схем водозаборных участков и особенностей их реализации методом моделирования апробированы на примере Звенигородского, Уманского и других месторождений в пределах УЩ [ 16 , 34 , 40] .

Глава 6. ОСНОВНЫЕ. ПРИНЦИПЫ РАЗВЕДКИ ПОДЗЕЫШХ ВОД ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Теоретические и прикладные вопросы этого направления в отечественной гидрогеологии получили развитие в работах Г.Н. Каменского, А.И. Силина-Бекчурина, H.A. Плотникова, П.П.Климентова, Н.И.Плотникова, Ф.М.Еочевера, H.H. Биндемана, В.Д. Бабушкина, H.H. Веригина, Л.С. Язвина, Б.В. Боревского, Е.Л.Минкина.В.М.Ше-такова, Д.Р. Ллтвака, Т.А, Плугиной и многих других исолвцовата-

лей.

Учитывая состояние изученности вопроса, исследования автора были направлены на разработку принципиальных положений методики разведки подземных вод, исходя из специфики гидрогеологических условий УЩ, рекомендаций по применению для изучения ресурсов трещинных вод метода математического моделирования, а также специфики целевой 'задачи.

В настоящее время в пределах УЩ поисково-разведочные работы на трещинные воды проводятся, соблюдая, как правило, традиционную трехстадшшую схему их выполнения с обязательным примененном методов электро- и сейсморазведки. Геофизические исследования направлены на выявление тектонически ослабленных зон в кристаллических породах фундамента с определением конкретных, инструментально привязанных мест заложения скважин.

Однако из-за наличия глинистой коры выветривания, заполнителя трещин, существенно неровной поверхности кристаллического фундамента и других факторов гидрогеологическая интерпретация результатов геофизических работ далеко неоднозначна. Об этом свидетельствуют построенные автором графики зависимости удельных дебатов скважин от величины кажущегося сопротивления водосодержащих пород и граничных скоростей сейсмических волн. Практически на всех рассмотренных участках такая связь не проолежкваетоя. Поэтому на .... практике часто выбор мест заложения скважин осуществляется, исходя в основном из общогеологических предпосылок, в овязи о чем успех решения задачи в большой мере зависит от квалификации и интуиции исполнителя. Автором для решения задачи выбора перспективных участков и мэот заложения скважин предлагается создание прогностических вероятностно-статистических моделей типовых уоловий формирования водообильности комплекса. При этом для идентификации моделей целесообразно применение методов геофизики.

Отечественный и зарубежный опыт свидетельствуют, что в условиях трещиноватых пород для поисков подземных вод перспектшно применение методов аэро- п коомосъемки. Однако на территории щита специальные целенаправленные работы по использованию этих дистанционных методов практически не проводились.

В сложившейся практике оценка эксплуатационных запасов трещинных вод выполняется обычно гидравлическим мотодом. При этом стоимость разведай кубометра воды сооташшст 10-100 рублей, что свидетельствует о. невысокой эффективности разведочных работ.Это положение объясняется но только сложностью гидрогеологических

условий месторождений трещинных вод, но и несовершенством методики разведки и оценки запасов и, как следствие, низкой досто -верностью прогнозов.

Кроме того, в пределах У1Д большую остроту имеют вопросы сельскохозяйственного (мелкого) водоснабжения, проблема которого здесь приобрела региональный характер, а методика ее решения практически не разработана.

В работе показано, что повышение эффективности разведки трещинных вод У1Д может быть достигнуто путем применения для оценки эксплуатационных запасов метода математического моделирования (см.гл.5), что требует дополнительной целевой информации. Возможное увеличение стоимости собственно разведочных работ при этом оправдывается уменьшением риска инженерных решении, снижением стоимости разведки единицы запасов вследствие более полного учета факторов их формирования, уменьшения площади строительства водозаборов и зоны санитарной охраны. Важно также подчеркнуть, что применяя методы моделирования, появляется возможность оценки влияния водоотбора на поверхностный сток и другие элементы окружающей среды, что в современных условиях крайне необходимо.

Применительно к специфическим условиям УЩ в диссертации рекомендуется разведку подземных вод проводить на участках групповых водозаборов в соответствии с требованиями традиционных трех стадий. При значительном объеме исходных материалов, что при современной степени изученности региона встречается часто, в самостоятельную стадию целесообразно выделить проектирование работ.

Выделение проектирования в самостоятельную стадию разведки принципиально важно, если учесть, что главной целью этой отадии является разработка исходных рабочих гипотез, моделей воей разведки, на основе которых определяются объемы и методика полевых и камеральных работ, а также составляется проектно-сметная документация. Уже на стадии проектирования необходимо ооставить рабочую гипотезу о возможных источниках формирования эксплуатационных запасов, водопроводимости основного водонооного комплекса, балансе подземных вод каждого намеченного для изучения участка. Важно сформулировать задачи поисковых геофизичеоких исследований, главными из которых являются не выбор конкретных меот заложения скважин, а выделение наиболее перспективных площадей и расчленение теологического разреза коры выветривания и ооадочной толод пород, определение глубины " и характера рельефа

фундамента.

* " В диссертации приведены обоснования по целесообразному комплексу полевых разведочных работ и конкретизации природной и расчетной геофильтрационной моделей изучаемой территории на стадиях поисков, предварительной и детальной разведки. При этом должны быть охарактеризованы факторы, на основе которых разрабатывается гидродинамическая схематизация и вероятностно-статистические модели формирования водообильности.

Учитывая тот факт, что эксплуатационные запасы трещинных вод промыЕшенных категорий подсчитываются применительно к пробуренным скважинам, результаты предварительной разведки могут быть окончательными. В этом случае достигается совмещение задач, решаемых на стадиях предварительной и детальной разведки.

Важное место в расчете отводится обоснованию принципов поио-ково-разведочных работ на воду при решении задач сельскохозяйственного водоснабжения. Малое потребное количество воды в этом случае (обычно 50-300 мэ/сут) может быть получено из 1-3 скважин при их заложении в местах с благоприятными гидрогеологически!,га условиями.

Поэтому геологоразведочные работы для водоснабжения сельских населенных пунктов целесообразно проводить в одну стадию. При этом основным видом работ следует считать бурение поисково-разведочных скважин в количестве, обеспечивающем получение суммарного дебита, соответствующего заявленной потребности в воде.

В случае основного водоносного комплекса в трещиноватых породах докембрия и продуктах их выветривания, отличающегося крайней неоднородностью фильтрационных свойств и условий формирования эксплуатационных запасов подземных вод, обоснование необходимого количества проектных окважин, необходимого для решения поставленной задачи, рекомендуется производить, исходя из статистического закона распределения параметров водообильности и расчета Соответствующих его характеристик. Вероятностно-статиотическиЙ способ не позволяет получить точную характеристику водообильности в конкретном меоте заложения окважин, но в то же время дает возможность приближенно охарактеризовать значительные площади распространения трещиноватых пород. Этот способ, благодаря достигаемому обобщении, позволяет выяснить общие закономерности водообильности трещиноватой зоны магматических и' метаморфических пород фундамента, на основа которых возможно повышение цоленсп-

равленности и эффективности поисково-разведочных работ на воду.

Учитывая ограниченность фактического материала, формирование выборок для статистической обработки, отражающих гидрогеологические условия района конкретных водопотребителей или даже их небольших групп, в настоящее время не представляется возможным. На данном этапе исследований целесообразной и'возможной является вероятностно-статистическая обработка данных о водообильнос-ти по гидрогеологическим районам с типовыми условиями формирования эксплуатационных запасов подземных вод (глава 2).

Повышение гарантированное™ получения требуемого количества воды может быть достигнуто числом проектных скважин, рассчитанных с учетом минимального среднего удельного дебита при заданной доверительной вероятности.

Общее' число проектных скважин для отдельного типового района с определенной мерой условности может быть распределено по конкретным водопотробителям пропорционально соответствующей потребности в воде.

Выбор мест заложения гидрогеологических скважин производится, руководствуясь физико-географическими, геологическими и гидрогеологическими показателями повышенной водообильности водоносного комплекса. На малоизученных участках целесообразно проведение специальных геофизических исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной работе, представляющей собой теоретическое обобщение и решение важной народно-хозяйственной задачи, установлены закономерности формирования ресурсов подземных вод УЩ как источника водоснабжения и элемента окружающей среда. В результате получены новые представления о формировании количества и качества подземных вод УЩ в естественных условиях и при эксплуатации. Появились новые аспекты в ранее известных закономерностях. Вскрытые связи позволили выполнить методические разработки по совершенствованию поисков, разведки и оценки ресурсов подземных вод.

Основные результаты исследований по тема диссертации можно сформулировать следующим образом:

I. В работе всесторонне исследованы и впервые'классифицированы основные факторы формирования ресурсов подземных вод УЩ: физико-географические, геологические, гидрогеологические и др. Результаты анализа ранее выделенных факторов в формировании коли-

чества и качества подземных вод, а также интенсивности водообмена являются методологической основой изучения ресурсов подземных вод региона.

2. Установлены региональные гидродинамические закономерности формирования ресурсов подземных вод, что нашло свое отражение на новых картах .естественных ресурсов подземных вод (м-б 1:1000000), условий формирования эксплуатационных ресурсов, районирования по условиям применения ИППВ, прогнозной карте основных водоносных горизонтов, перспективных для решения задач сельскохозяйственного водоснабжения (м-б 1:500000 ). Эти карты могут служить основой для оценка перспектив использования подземных вод УЩ в народном хозяйстве, планирования геологоразведочных работ для решения задач водоснабжения. На основе гидродинамических принципов проведено гидрогеологическое районирование, в разработанной схеме которого обосновано выделение естественных месторождений подземных вод как гидродинамически единых площадей водоносных сис- • тем, где на основе поасково-разведочных работ или опыта эксплуатации доказана целесообразность использования подземных вод в народном хозяйство. Показано, что для исследования естественных ресурсов подземных вод УЩ (в том числе и трещинных) целесообразно применение региональных геофильтрационных моделей, реализуемых на ЭВМ.

3. Исследованы региональные закономерности формирования химическою состава подземных вод. Систематизированы знания о роли ландаафтно-климатдчвеких, геологических и гидрогеологических факторов в формировании характерных гидрохимических типов подземных вод в различных ландагафтно-климатнческих зонах, что нашло свое отражение в новой гидрохимической карге водоносного комп -лекоа в трещиноватой зоне кристаллических пород докембрия и продуктов ах выветривания. Впервые установлены и исследованы закономерности уменьшения'минерализации подземных вод с глубиной в специфических геоструктурных и гидродинамических условиях Конк-око-Ялынской впадины. Генетически конкретизировано явление горизонтальной и вертикальной гидрогеохимической зональности подземных вод региона.

4. Впервые всесторонне исследованы особенности формирования водообильнооти основного водоносного комплекса- в трещиноватых породах докембрия и продуктах их выветривания. Теоретически обо-

снованы и охарактеризованы связи трещиноватости с процессами ' эрозионной разгрузки и геоморфологическими элементами территории; трещиноватости и водообильнооти с радиоактивностью и петрографическим составом пород, с особенностями блоковой структуры У1Д. Впервые для рассматриваемого региона с применением вероятностно-статистических методов дана комплексная оценка многофакторного формирования водообильнооти и показана возможность создания эталонных (типовых) стохастических моделей, которые могут служить основой для планирования геологоразведочных работ на воду, выбора перспективных участков и мест заложения скважин.

5. Сформулированы теоретические предпосылки и показаны особенности практической реализации метода моделирования для изучения закономерностей формирования и количественной оценки ресурсов подземных вод в трещиноватых породах УЩ. Особое внимание при это»' уделяется разработке рекомендаций по интерпретации ОФР и определен™ эффективных параметров, которые в уоловиях трещинно-трещин' ной среда являются основой для построения геофильтрационных моделей. Даны методические рекомендации по построению региональных геофильтрационних моделей (карт водопроводимости, пьезоизогипс, схематизации границ и граничных условий) и моделей отдельных месторождений (водозаборных участков), реализуемых на ЭВМ. Особенности региональных исследований и оценки ресурсов трещинных вод УЩ методом моделирования показаны на примере Приазовского массива. Принципиальная возможность и особенности применения локальных моделей для оценки эксплуатационных запасов подземных вод в трещиноватых породах УЩ показана на примере ряда типовых месторождений.

6. Предложен ряд рекомендаций по совершенствованию методики геологоразведочных работ, исходя из специфики гидрогеологических условий УЩ, особенностей изучения ресурсов трещинных вод методом математического моделирования, а также специфики целевой задачи. На базе вероягносгно-гстатистических методов для условий УЩ сформулированы основные принципы проектирования и одностадийного выполнения поисково-разведочных работ на воду для решения задач

• сельскохозяйственного водоснабжения.

Рассмотренные результаты исследований находятся в полном соответствии с поставленными целями диссертационной работы.

Основные задачи дальнейших .исследований:

- дальнейшее исследование связи водообильносги водоносного комплекса в трещиноватых породах докембрия с факторами ее формирования в различных лавдшафтно-климатических и геолого-структурных условиях УЩ;

- совершенствование методики постановки и интерпретации опытно-фильтрационных работ с целью повышения достоверности геофильтрационных схем в трещиноватых породах о резкой неоднородностью;

- проведение региональных исследований изменения геологической среды в условиях техногенеза с оценкой влияния этих изменений на формирование ресурсов подземных вод;

- совершенствование методики поисков трещинных вод УЩ на основе комплексного применения геофизических, аэрокосмических и геолого-гидрогеологических методов исследования.

Список основных работ по теме диссертации

1. Определение коэффициента водоотдачи пласта на основании гидромеханического анализа параметров неустановившегося фильтрационного потока.// Фильтрационные исследования и расчеты.-Киев: Наукова думка, 1967.-С.. 53-57.

2. Новый метод региональной оценки водообильнооти горных пород.// Вестн.КГУ. Свр.геол.- 1968. № 10.- С.33-39 (соавторы Ф.А. Рудонко, И.Е. Жернов, Ю.Ф.Филшшов).

3. Некоторые вопросы изучения злагоемкооти почв и грунтов.// Матер.по геол.,геоф,.гндрогеол. и геохим.Украины, Молд., Казахот. Забайк.- Киев: Вища школа.- 1968, № 4.- С.68-72.(соавтор Ф.А.Руде нко) .

4. Оо определении упругих запасов подземных вод и упругой водоотдачи напорных водоносных горизонтов.// Геол.журн.,- 1969.-Т.ХХЫ. ВыпД.- С. 59-62 (соавтор Ф.А. Рудечко).

5. Определение гидрогеологических параметров по данным откачек из окважин. // Геол.журн.- 1969.- T.XXIX. Вып.4.- C.II0-II3.

6. Подземные воды меловых отложений Конкско-Ялынской впадины и некоторые особенности их формирования. //' Вестн.КГУ. Сор.геол. •• 1969.- И П.- 56-64 (соавторы Ф.А.Руденко, Б.Н. Мандрик, B.C. Шабатиа).

7. О водообильнооти кристаллических пород юго-восточной части

»

Украинского щита.// Вестн.КГУ. Сер.геол.-1969.M II.- -С.65-70.

8. Водоносность кристаллических пород докембрия в пределах левобережной части Украинского щита в связи с вопросами водоснабжения. // Матер.по геол..гидрогеол.,геоф.,геохим. Украины, Молд., Казахст., Забайк.- Киев: Вища школа, 1970.- Jê 5.- C.I06-III (соавторы Ф.А.Руденко, Б.Н.Мандрик, В.С.Шабатин).

9. Химический состав и особенности формирования подземных вод кристаллических пород левобережной части Украинского щита. // Вестн.КГУ. Сер.геол.- 1970. № 12,- С.49-55 (соавторы Ф.А. Руден-ко, Б.Н.Мандрик, В.С.Шабатин).

10. Некоторые особенности методики гидрогеологических исследований для водоснабжения в пределах Украинского щита. // Вестн.КГУ Сер.геол.-1970.-й 12.- С.56-62.

11. Новый метод определения упругой водоотдачи, упругоемкости и пьезопроводности напорных водоносных горизонтов.// Геол.и разв.

- 1970.- Л 9,- С. I07-112.

12. О формировании подземных вод Конкско-Ялынской впадины.// Сов.геол.-1970.- й 3,- 0.98-108 (соавторы Б.Н. Мандрлк, В.С.Шабатин) .

13. О гидрогеологических особенностях зон разломов в кристаллических породах Украинского щита. // Вестн.КГУ. Сер.геол.-1971.

- К 13.- С.52-59 (соавторы Ф.А.Руденко, Б.Н.Мандрик).

14. Результаты статистической обработки данных о водообильно-сти кристаллических пород левобережной части Украинского щита.// Геол.и разв.- 1971,- M 5 .-С.82-86 (соавтор Ф.А.Руденко).

15. Об оценке естественных ресурсов трещинных вод (на примаре Городецкого участка). // Геол.журн.-1972.- të 6,- С.104-108 (соавторы И.Е. Жернов, Б.Н.Мандрик).

16. Подземные воды.// Природа Киевокой области.-Киев: Изд.КГУ. -1972.- С.81-93 (соавтор Ф.А. Руденко).

17. К определению водопроводимости пластов цо восстановлению уровня воды в скважине.// Matep.no геол.,гидрогеол..геофиз. и геохим.Украины, Урала, Казахст., Алтая и Сибири.- Киев: Вщца школа.-1972.- Ш 8.- С.81-84 (соавтор C.B. Телыма).

18. Сравнительная оценка водообильности водоносных горизонтов

и комплексов в осадочных образованиях Украинского щита.// Матер, по геол..гидрогеол., геофиз.и геохим.Украины, Урала, Казахст., Алтая и Сибири.- Киев: Вища школа.-1972.-й 8.- С.47-58 (соавторы Ф.А. Руденко, В.Д.Марчук).

р

19. Особенности распеделения трещинных вод Украинского щита в свете новейших данных.// Геол.журн. АН УССР.-1972.-й 3.-С.29-41 (соавторы Ф.А.Руденко,Б.Н.Мандрик, В.С.Шабатин).

20. Принципы и схема гидрогеологического районирования Украинского щита.//Геол.журн.-1973.I.-С.97-105.

21. Гидродинамические условия формирования подзомных вод Украинского шита.// Вести.КГУ. Сер.геол.-1973.-й 14.- С.48-58 (соавторы Ф.А.Руденко, Б.Н.Мандрик, В.С.Шабатин).

22. Вопросы охраны подземных вод Украины от истощения и загрязнения. // Физгеограф.и геоморфол.-1973.-й 10.-С. (соавтор Ф.А.. Руденко).

23. К вопросу вертикальной гидрохимической зональности подземных вод Украинского щита.// Матер.по геол..гидрогеол..геофиз.и геохим.Украины, Белорус.-,Армении,Урала, Казахст.и Сибири.-Киев: Вища школа.-1973.9.- С.43-45 (соавторы В.С.Шабатин, Б.Н.Мандрик).

24. Горизонтальная гидрохимическая зональность подземных вод Украинского щита.// Матер.по геол.,гидрогеол.,геофиз.и геохим. Украины, Казахст.,Кавказа и Забайк.-Киев: Вища школа.-1974,-

№ 10,- С.15-20 (соавторы Ф.А.Рудеико, В.С.Шабатин, Б.Н.Мандрик).

25. Особенности изучения запасов подземных вод Смелянского месторождения методом моделирования.// Матер.по геол..гидрогеол., геофиз., геохим. Украины, Казахст., Кавказа и Забайк. Киев: Вища школа, 1974.- № 10,- С.44-51 (соавтор Б.Н.Мандрик).

26. О гидрохимических критериях поисков трещинных вод в условиях Украинского щита. // Геол.журн.-1974.5.- СЛ05-ПЗ (соавтор В.В.Усенко).

27. Некоторые особенности расчета водозаборов в условиях Украинского щита на основе обобщенных параметров.// Матер.по геол., гидрогеол.,геохим., геофиз. Украины, Казахст..Кпмчат.-Киев: Вища нкола,1975.- й II,- С.45-50 (соавторы Б.Н.Мандрик, 4'.А.Руденко).

28. Оценка запасов подземных вод. Киев:Вшца школа.-1976.-216 с. .....

29. О перспективной оценке эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод Украинского щита. // Матер.по геол..гидрогеол., геохим., геофиз. Украины.и РСФСР.-Киев: Вища школа.-1977.- № 13. - С.49-55 (соавторы Б.Н.Мандрик, Э.Э.Соболевский).

30. Оценка запасов подземных вод.-Киев:Вища 1шссла.-1982,-ЗОС с (соавторы Л.С.Язвин, Б.В.Боровский).

31. Особенности питания, циркуляции и разгрузки подземных вод Украинского щита в связи с решением задач водоснабжения.//Вести. КГУ.Сер.геол.-1982.I,- С.39-46 (соавторы Ф.А.Руденко, Б.Н. Мандрик, В.С.Шабзтин).

32. Формирование эксплуатационных запасов месторождений подземных вод Украинского щита. //Матар.1 Все с оюзн.гедроге ол.конф. -Т.2.-М.: Наука, 1982,-С.115-116 (соавтор Б.Н.Мандрик).

33. Региональные закономерности распределения и формирования подземных вод Украинского щита в связи с решениэм проблемы водоснабжения.// Вестн.КГУ. Сер.геол.- 1983.- № 2,- С.56-66 (соавторы Ф.А.Руденко, Б.Н.Мандрик).

•

34. Особенности оценки эксплуатационных запасов месторождений трещинных вод Украинского щита методом моделирования.// Геол. хурн.-1983.~ № 4.- С.115-122 (соавтор Б.Н.Мандрик).

Зо. Гидрогеологические и инженерно-геологические аспекты рационального освоения и охраны геологической среды.// Тезисы докл,Всесоюзн.симпозиума.Научн.основы типизации, прогноза и охраны природной среды.-М.; 1986.- С.71-72 (соавтор Е.Л.Яковлев).

36. Радиоактивность кристаллических пород как показатель их водообпльности. // Геол.журн.-1987.-й 6,- С.38-42 (соавторы М.В. Ровинский, Г.Г, Лютый).

37.Оценка искусственного пополнения подземных вод в пределах центральной и юго-восточной частей Украинского щчта. Киев, 1987.

101 с. - Дел.в УкрГИЙНТИ 23.06.87 М 1710-УК (соавторы Е.Н.Маз-дрия, Г.В. Донченко),

38. Принципы и схема типизации природных условий Украинского щита для оценки эксплуатационных запасов подземных вод. //Вест.

КГУ". Сер.геол.-1987.-№ б - С.61-66 (ооавтор Б.Н.Мандрик).

39. Проблемы гидрогеологии в связи с охраной геологической среды на территории Украины.-Препринт АН УССР, ИГН, 87-33, 1987. - 56 с (соавторы Д.Р.Литвак, Б.Н.Мандрик, В.В.Гудзенко и др.)..

40. Применение математического моделирования для изучения формирования эксплуатационных запасов подземных вод в различных районах УССР.-Препринт АН УиСР, ИГН, 87-40, 1987.- 55 с (соавторы А.Л.Брике, З.П.Хосинокая, С.А.Гавловский, В.В.Гудзенко).

41. Вопросы охраны геологической среды при интенсивном строительстве и хозяйственном освоении территории Украины.-Препринт АН УССР, ИГН, 87-27, 1987.- 120 с (соавторы Б.Н.Мандрик, О.М.Ада-менко, А.П.Негода и др.). .

42. О влиянии эрозионной разгрузки на формирований* трещинова-тости кристаллических пород Украинокого щита.// Вестн. КГУ.Сер. . геол.-№ 7.- С. 36-43.

43. К вопросу методики поисков подземных вод для сельскохозяйственного водоснабжения в условиях Украинского щита.// Изв. вузов, Геол.и разв.- 1988.- С.85-90 (соавтор Б.Н.Мандрик).

44. Принципы и схема районирования Украинского щита для целей искусственного пополнения подземных вод.// Вестн.КГУ, Сер.геол.-1988,- № 7,- С.37-42 (ооавтор Б.Н.Мандрик). . ;

413. Геолого-геоструктурные факторы формирования водообильноо-ти водоносного комплекса в трещиноватых породах Украинокого щита.// Геол.журн.- 1988,- С.46-51 (соавтор В.С.Толкач).

46. Детерминированные и вероятностно-статистические модели при изучении ресурсов трещинных вод Украинокого щита.// Тезисы Первого всосоюзн.съезда инженеров геологов, гидрогеол., геокриологов.- Чаоть П.-Киев: Наукова думка.- 1988.- С.45-47.

6f tfioU

Подписано в печать с машинописного текста Формат бумаги 60X84 1/J6. Бумага писчая №), Офсетная печать. Усл. печ.лУч. изд. 170 Сдано в печать 0. И-8&. Зак.NsТир iOO. Министерство геологии УССР, Центральная тематическая экспедиция. Геолого-картографическал партия Киев-24,ул. Чекистов, 8.