ПОНЯТИЕ О МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД

Представления о месторождениях глубоких подземных вод сформировались сравнительно недавно. Необходимость введения понятия «месторождение» связана с несколькими причинами. По­жалуй, главными из них следует считать вовлечение в разведку большого числа объектов минеральных, промышленных и тепло­энергетических вод и рост затрат на их разведку. Для обоснова­ния постановки разведочных работ, их проектирования и оценки запасов подземных вод требовалось иметь такое понятие, в котором в сконцентрированном виде отражались бы геолого-гидрогеологи­ческие, народнохозяйственные, экономические и другие факторы. Именно термин «месторождение» концентрированно включает со­вокупность всех вышеназванных факторов. Использование этого понятия оказалось весьма удобной формой для решения методи­ческих и прикладных задач в области разведки, оценки эксплуа­тационных запасов подземных вод и их освоения.

Понятие о месторождении оказалось весьма полезным при региональных оценках прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных промышленных вод. При весьма широком регио­нальном распространении этих вод число месторождений оказа­лось достаточно ограниченным, что особенно четко проявилось при мелкомасштабном картировании месторождений промышлен­ных (в частности, йодобромных и редкометалльных) вод. В мень­шей степени это замечание относится к минеральным водам вслед­ствие исключительно малых водоотборов в пределах подавляющего большинства месторождений этих вод. Однако число месторожде­ний с наиболее ценными типами углекислых минеральных вод также весьма ограниченно.

Общей классификации месторождений глубоких подземных вод еще не существует, и, по всей видимости, в этом пока нет необ­ходимости. Связано это с объективными и субъективными причи­нами. Наиболее важной из них, по-видимому, надо считать следую­щее. В нашей стране использование подземных вод любых типов осуществляется преимущественно по конкретному целевому назна­чению. Именно подразделение вод по их целевому использованию в народном хозяйстве служит основой для разработки их класси­фикации и типизации. Хотя этот принцип подразделения вод в целом достаточно формален и иногда трудно, например, отделить минеральные воды от теплоэнергетических, тем не менее он яв­ляется основным и это обстоятельство нельзя сбрасывать со . счетов.

На основе принципа целевого использования вод базируются нормативные документы (инструкции, методические руководства и Др.), осуществляются финансирование геологоразведочных ра­бот, проектирование и строительство водозаборов и, в известной степени, планируются и осуществляются научно-методические ис­следования. В связи с этим ниже будут изложены основы клас­сификации или типизации месторождений для промышленных под­земных вод, основанные на материалах их разведки и эксплуата­ции.

В настоящее время предложены понятия для месторождений всех типов подземных вод — пресных, минеральных, промышлен­ных и теплоэнергетических. Впервые понятие «месторождение» применительно к глубоким подземным водам было введено А. М. Овчинниковым для минеральных вод, являющихся наиболее интересными и длительно изучаемыми объектами в гидрогеологии. А. М. Овчинников под месторождением минеральных вод понимал пространственно оконтуриваемые скопления воды определенного состава в количествах, достаточных для экономически целесооб­разного их использования. Хотя это определение является недос­таточно полным, но в нем уже присутствуют все основные эле­менты, необходимые для выделения месторождений подземных вод различных типов. По аналогии с месторождениями традицион­ных полезных ископаемых (твердые, нефть, газ) здесь предполага­ется, что месторождение подземных вод имеет некоторые границы. Заключенная внутри этих границ вода должна отвечать установ­ленным кондициям, и использование воды должно быть экономи­чески оправдано. В то же время в этом определении присутствует неопределенный термин «скопление», который не имеет ясной трактовки.

В современном представлении понятие «месторождение» не­сколько трансформировалось и стало более четким. В общем виде это понятие трактуется как пространственно ограниченная водо­напорная система (или часть ее), в пределах которой распростра­нены один или несколько водоносных комплексов, заключающих подземные воды, пригодные по своему качеству и количеству для экономически рентабельного использования в народном хозяйстве в тех или иных целях. Иначе говоря, внутри контура месторож­дения заключены (или могут быть выявлены) эксплуатационные запасы подземных вод, предназначенные для одноцелевого или комплексного использования. Причем возможность выявления в пределах месторождения эксплуатационных запасов подземных вод определяется как природными особенностями месторождения, так и искусственными факторами (например, применение закачки на месторождениях промышленных подземных вод).

Участки месторождения, намечаемые для размещения проект­ных водозаборов, называются водозаборными или эксплуатацион­ными участками. Таких участков на месторождении может быть один или несколько. Рассмотрим содержание основных элементов, входящих в понятие «месторождение».

Границы месторождений подземных вод определяются различ­ными способами. Наиболее простой вариант, когда границы имеют геологический смысл. В качестве типичных примеров геологических границ следует назвать выклинивание или литолого-фациальное замещение водовмещающих пород, непроницаемые тектонические нарушения (экраны), выходы на поверхность водоупорных пород по всему контуру месторождения (или части его), резкое ухудшение фильтрационных свойств под влиянием эпигенетических пре­образований и др. Геологические границы месторождений устанав­ливаются без особых затруднений.

Месторождения промышленных вод в пластовых водонапорных системах оконтуриваются наиболее часто с использованием эконо­мических критериев. Целевой задачей выявления месторождений с геолого-экономических позиций является пространственное окон-туривание в плане и разрезе той части водонапорной системы, где добыча и использование подземных вод по заданному назначению экономически оправданы. Вещественным выражением экономиче­ских критериев является соответственно концентрация какого-либо (одного) компонента или температура (теплосодержание) воды. При многоцелевом использовании подземных вод граница имеет стоимостное выражение; для этого введен показатель, получивший название «ценность воды» (речь идет о стоимости полезной про­дукции, заключенной в единице объема или массы воды). Нижняя граница месторождения (в разрезе с большой мощностью осадоч­ного чехла) имеет также экономическое содержание и выражается через предельную (по экономическим соображениям) глубину эксплуатационных скважин.

Качество подземных вод для использования их по заданному назначению устанавливается в соответствии с требованиями норма­тивных документов или потребителя. Оценка качества подземных вод является одной из главных задач изучения месторождений глу­боких подземных вод. В соответствии с целевым назначением воды изучают ее физические свойства, общий химический состав, газовый состав, содержание микрокомпонентов. Для разных типов вод при­меняют соответствующие методики изучения качества. Деталь­ность и достоверность определения показателей качества вод зави­сят от условий отбора водных проб, полноты и точности лаборатор­ных исследований. Методы анализа природных вод и рассолов постоянно совершенствуются, и сейчас имеется принципиальная возможность определения в водах большинства элементов с высо­кой точностью. На практике же выполняют определения лишь не­скольких элементов, что объясняется необеспеченностью производ­ственных лабораторий аналитической техникой, а также субъек­тивными причинами. Последние же связаны со следующими обстоя­тельствами. При разведке тех или иных месторождений решают прежде всего отраслевые задачи, и разведчики руководствуются при изучении качества вод действующими инструкциями и другими документами. С позиций требований этих документов ряд показа­телей качества, особенно в отношении элементов, присутствующих в микроколичествах, остается за пределами возможностей лаборатор­ных методов.

Количество вод, имеющихся внутри контура месторождения, столь же важный фактор, определяющий практическую ценность месторождения. Причем оценка количества воды представляет несомненно более сложную задачу, чем установление качества под­земных вод. Она выполняется обычно по ограниченному объему информации, и здесь многое зависит как от сложности строения месторождения, так и от квалификации и интуиции исследователя. Количество вод на разведанных месторождениях выражается суммарной величиной эксплуатационных запасов, которые подсчи­тываются по отдельным водозаборным участкам. Мерой оценки количества воды на не изученных специальными гидрогеологиче­скими разведочными работами месторождениях служат прогнозные ресурсы (Р), которые подсчитываются на основе единичных (зача­стую косвенных) данных и общих соображений с использованием соответствующих методических приемов.

Способы оценки эксплуатационных запасов подземных промыш­ленных вод рассматриваются в соответствующих разделах данной работы. Здесь же высказываются некоторые соображения о досто­верности подсчета прогнозных ресурсов и эксплуатационных запа­сов подземных вод в глубоких водоносных комплексах. Достовер­ность зависит от многих причин, но главным образом от точности определения гидрогеологических параметров и адекватности рас­четных схем природным особенностям месторождения. Причем неточности как в определении параметров, так и в схематизации природных условий могут приводить к ошибкам в оценке величины запасов разных порядков.

На месторождениях с относительно простыми геолого-гидрогео­логическими условиями более существенное значение имеет сте­пень точности определения гидрогеологических параметров, а на месторождениях со сложным строением на первое место выдвигает­ся знание граничных условий, так как неправильная схематизация природных условий может приводить к принципиальным ошибкам как в сторону занижения, так и завышения запасов. Наиболее вероятны ошибки при оценке запасов месторождений в трещинно-жильных системах, где гидрогеологические прогнозы фактически вообще невозможны, и тем не менее на ранних этапах изучения таких месторождений к прогнозам все же приходится прибегать, поскольку требуется оценить примерные масштабы месторождения и обосновать целесообразность его вовлечения в разведку.

Месторождения глубоких вод имеют различные источники обес­печения эксплуатационных запасов. На месторождениях глубоких вод в пластовых водонапорных системах эксплуатационные запасы формируются преимущественно за счет упругой составляющей есте­ственных (емкостных) запасов, образующихся в процессе геологи­ческого развития седиментационных бассейнов. Другие возможные источники формирования эксплуатационных запасов (перетекание из смежных горизонтов, отжатие воды из глин) пока оценивать не представляется возможным. На месторождениях в трещинно-жиль­ных водонапорных системах или в очагах глубинной разгрузки в пластовых системах основным источником формирования эксплуатационных запасов служат естественные ресурсы, а роль естествен­ных запасов, в том числе упругих, обычно невелика.

В случае обеспечения эксплуатационных запасов упругой со­ставляющей естественных (геологических) запасов они могут рас­сматриваться как невозобновляемые, а при обеспечении их естест­венными ресурсами они постоянно возобновляются (если подсчет осуществлен в пределах величины естественных ресурсов). Однако сложившаяся в настоящее время практика учета эксплуатационных запасов не делает каких-либо различий, и во всех случаях запасы учитываются в единицах расхода (м³/сут). Для эксплуатационных запасов с возобновляемыми источниками формирования создается иллюзия их неизменности за весь период эксплуатации, так как на последний год эксплуатации на балансе числится столько же запасов, сколько и на первый год. Фактически при эксплуатации идет непрерывное уменьшение запасов (в недрах), и в предельном случае (когда дебит водозабора равен величине утвержденных эксплуатационных запасов) при достижении в скважинах уровней, установленных кондициями, запасы должны быть практически пол­ностью выработаны. Следовательно, эксплуатационные запасы при обеспечении их невозобновляемыми источниками питания целесооб­разно утверждать не только в единицах расхода, но и в объемных (массовых) единицах. В этом случае появляются возможности сле­дить за движением запасов в процессе эксплуатации и иметь пред­ставление об остаточных запасах на любой год эксплуатации.

Таким образом, к настоящему времени сложились обоснованные и устоявшиеся представления о месторождениях глубоких подзем­ных вод, способствующие успешному региональному изучению зако­номерностей их распространения, разведке и освоению. Вместе с тем некоторые вопросы требуют дальнейшей доработки, в том числе вопросы совершенствования системы государственного учета балан­совых эксплуатационных запасов глубоких подземных вод.

Подземные промышленные воды служат минеральным сырьем для обеспечения производственных мощностей по их переработке. В связи с этим к месторождениям подземных вод предъявляют та­кие же требования, как и ко многим традиционным видам сырья: возможность создания предприятия с определенной мощностью в соответствии с потребностями народного хозяйства, обеспечение необходимого уровня рентабельности использования подземных вод и др. При использовании и оценке месторождений следует учиты­вать необходимость комплексной переработки сырья, решение во­просов сброса отработанных вод, обеспечение технической и питье­вой водой, электроэнергией, рабочей силой, материалами и т. д. В то же время методы оценки эксплуатационных запасов промыш­ленных вод отличаются от методов оценки запасов традиционных полезных ископаемых (минерального сырья), а методика, исполь­зуемая для подсчета запасов, сходна с применяемой для оценки запасов пресных и других типов вод. Эти особенности и приходится учитывать при выявлении, оконтуривании и разведке месторожде­ний подземных промышленных вод.

Величина эксплуатационных запасов определяется природными особенностями месторождений (граничные условия, гидрогеологиче­ские параметры) и техническими возможностями снижения уровня в эксплуатационных скважинах. Экономика же добычи и перера­ботки вод частично зависит от природных факторов (глубины зале­гания продуктивных комплексов, содержания полезных компонен­тов, присутствия вредных примесей и др.), но главным образом от состояния техники и технологии добычи и переработки подземных промышленных вод. Затраты на добычу и переработку подземных промышленных вод пока достаточно велики. Это связано с отсут­ствием или недостаточным количеством эффективных средств водо­подъема и необходимостью использования водоподъемников, пред­назначенных для других целей (например, нефти, пресной воды и др.). Вследствие этого производительность отдельных скважин обычно небольшая, что, в свою очередь, приводит к увеличению числа эксплуатационных скважин, росту затрат на их обустройство, повышенному расходу электроэнергии.

Промышленные воды пока перерабатываются недостаточно ком­плексно (извлекаются один, в лучшем случае два-три элемента). Все это приводит к преуменьшению реальных возможностей место­рождений и снижению эффекта от использования их запасов. Тем не менее приходится исходить из реального положения вещей и ориентироваться на те элементы, содержащиеся в подземных водах, которые извлекаются в промышленных масштабах и на которые установлены оптовые цены. Исходя из этих цен и расчетных затрат на добычу, очистку, транспортировку и переработку воды, опреде­ляют кондиционные показатели, в том числе «бортовое» содержа­ние полезных компонентов, или границу месторождения. Вполне понятно, что комплексное использование вод месторождения при­водит к снижению «бортового» содержания и как бы расширению размеров месторождения. В связи с внедрением метода отработки месторождений с применением обратной закачки отработанных вод в продуктивные водоносные комплексы используются иные критерии при обосновании кондиционных требований и установлении границ месторождений.