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.