МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД

Целью региональной оценки прогнозных ресурсов и эксплуа­тационных запасов подземных вод является определение того их количества, которое может быть добыто в пределах месторождения рациональными в технико-экономическом отношении водозаборами, расположенными в расчете на получение максимального суммарно­го дебита при условии одновременной работы водозаборов в тече­ние расчетного срока эксплуатации и при качестве воды, удовлет­воряющем требованиям извлечения полезной продукции. Таким образом, региональная оценка эксплуатационных запасов и прог-гнозных ресурсов подземных вод преследует цель выявления того их количества, добыча и использование которого экономически целесообразны с учетом современного уровня развития техники и технологии.

Региональная оценка эксплуатации запасов позволяет устано­вить не только общее количество того или иного типа подземных вод в пределах месторождений, но также определить потенциаль­ные возможности каждого эксплуатационного участка (т. е. каж­дого участка водозабора), сопоставить условия и эффективность разработки каждого из них, выявить наиболее перспективные для постановки геологоразведочных работ и последующего освоения. Наряду с этим региональная оценка эксплуатационных запасов дает возможность текущего и перспективного планирования разме­щения производственных мощностей по добыче той или иной про­дукции из подземных вод (и очередности ввода этих мощностей в действие), бальнеолечебниц и предприятий по розливу минераль­ных вод, а также предприятий по использованию термальных вод и парогидротерм.

Количество эксплуатационных запасов в региональных масшта­бах зависит не только от общих гидрогеологических условий место­рождений, но и от технико-экономических условий их разработки. Гидрогеологические условия определяют прежде всего глубину за­легания водоносной зоны в пределах месторождений, возможные дебиты скважин и суммарные дебиты водозаборов, размеры площа­ди последних, схему расположения скважин на отдельных участках. Технико-экономические условия эксплуатации определяют предельные понижения уровней воды от поверхности, а следовательно, и производительность скважин, способ их эксплуатации, стоимость добычи подземных вод.

В настоящее время размеры эксплуатационных запасов про­мышленных и термальных вод лимитируются в основном мощ­ностью водоподъемного оборудования, определяющей дебиты от­дельных скважин и понижения динамических уровней. Ограничение величины понижения уровней по техническим причинам приводит к тому, что подсчитываемые эксплуатационные запасы являются лишь частью общих ресурсов подземных вод месторождений. Вместе с тем условия одновременной эксплуатации всех водозаборов в течение одного и того же расчетного срока эксплуатации в боль­шинстве случаев практически невыполнимы. Это условие приводит к занижению реальных эксплуатационных запасов месторождений и отдельных участков. В связи с этим для каждого эксплуатаци­онного участка (водозабора) целесообразно дополнительно оце­нивать эксплуатационные запасы без учета взаимодействия водо­заборов, расположенных в пределах всего месторождения.

Региональная оценка эксплуатационных запасов в зависимости от геологического строения и гидрогеологических условий место­рождений осуществляется по-разному.

В том случае, если водоносные горизонты или комплексы в пределах месторождения характеризуются выдержанным распро­странением и спокойным залеганием, эксплуатационные участки могут располагаться в пределах уже изученных бурением площадей предполагаемых (по сумме полученных показателей и их экстра­поляции) перспективных участков. Схема расположения эксплуа­тационных и перспективных участков в данном случае зависит от параметров водоносных пород и граничных условий в пределах месторождения, которые, в свою очередь, определяют эксплуатаци­онные запасы подземных вод в пределах этих участков, размеры радиусов действия водозаборов, степень взаимодействия последних при совместной эксплуатации и т. д. Подобные условия существуют в большей части платформенных областей СССР, характеризую­щихся в целом небольшими амплитудами частных структур второго и третьего порядка.

В некоторых гидрогеологических районах водоносные породы залегают на больших глубинах и доступны для изучения и эксплу­атации подземных вод только в крупных брахиантиклинальных или иных структурах (Западная Туркмения, Прикуринская впадина, Сурхандарьинский и Бухаро-Каршинский бассейны и т. д.). В этом случае эксплуатационные и перспективные участки располагаются в пределах структур, выявленных путем бурения и геофизических исследований. При определении мест расположения эксплуатаци­онных участков в пределах месторождений промышленных вод необходимо учитывать наличие разведанных или эксплуатируемых залежей нефти и газа.

Прогресс техники в будущем и разработка новых типов высо­копроизводительного насосного оборудования позволит более полно использовать ресурсы промышленных вод в отдельных районах. Оценка эксплуатационных запасов промышленных вод, позволя­ющая составить достаточно точное представление о возможном уровне развития промышленности на базе использования этих подземных вод в настоящее время, не дает возможности судить о масштабах производства в будущем. Поэтому дополнительно к оценке эксплуатационных запасов целесообразно дать оценку также общих ресурсов промышленных подземных вод, под которыми следует понимать то их количество, которое может быть получено из водоносного горизонта или комплекса в течение заданного срока эксплуатации в расчете на полную сработку напоров, упругих запасов и в некоторых случаях частично запасов воды в водо­носном горизонте. Ресурсы характеризуют максимальные возмож­ности месторождения.

Выше уже отмечалось, что предельная величина понижения динамического уровня определяется глубиной залегания водоносно­го горизонта или комплекса, производительностью и мощностью насосного оборудования. В связи с этим учтены следующие основ­ные случаи подсчета эксплуатационных запасов подземных про­мышленных вод.

1. При глубоком залегании водоносной зоны, когда эта глубина заведомо превышает водоподъемную мощность насосного оборудо­вания, предельная глубина понижения динамических уровней уста­навливается с учетом технических возможностей насосных устано­вок.

2. Если технически осуществимо понижение динамических уров­ней, по величине превышающее глубину залегания водоносного горизонта, то это понижение ограничивается глубиной залегания кровли водоносных пород или глубиной, определяемой с учетом частичной сработки подземных вод ниже кровли водоносных пород.

3. Если глубина залегания водоносных пород в пределах эксплу­атационного участка претерпевает значительные изменения, то выбор предельной глубины понижения динамических уровней производится для разных частей участка по-разному с учетом сде­ланных выше замечаний.

Оценка эксплуатационных запасов промышленных подземных вод на участке проектируемого водозабора производится следую­щим образом. По материалам бурения и опытного гидрогеологи­ческого опробования разведочных скважин, а также гиофизических данных проводится оценка расчетных гидрогеологических парамет­ров на участке водозабора и за его пределами. На основе анализа гидрогеологических условий месторождения в зоне возможного влияния водозабора осуществляется схематизация этих условий и разрабатывается принципиальная расчетная схема. Путем после­довательных гидродинамических и технико-экономических расчетов

с использованием метода вариантов определяются кондиционные требования к промышленным водам и условиям их эксплуатации, включающие, в частности: концентрации в водах полезных компо­нентов; минимальный дебит одной скважины; максимальное пони­жение динамического уровня в скважинах к концу расчетного срока эксплуатации; температуру подземных вод на поверхности, а также требования технологического содержания.

С учетом кондиционных требований к месторождениям подсчи­тывается суммарный дебит водозабора применительно к наиболее рациональной системе расположения эксплуатационных скважин. Этот суммарный дебит квалифицируется как эксплуатационные запасы промышленных подземных вод и классифицируется по степени изученности в соответствии с инструктивными требовани­ями ГКЗ СССР.

Региональная оценка прогнозных эксплуатационных запасов связана с известными трудностями, обусловленными рядом факто­ров общего и специального характера.

Изученность промышленных вод в пределах гидрогеологических районов и месторождений по площади их распространения и в разрезе водоносных пород неравноценна, что необходимо учитывать при оценке надежности гидрогеологических расчетов. По этой же причине, а также вследствие разнообразия гидрогеологических условий распространения месторождений подземных промышленных вод разработка единых универсальных методов оценки прогнозных запасов для всех возможных случаев невозможна. Месторождения промышленных подземных вод характеризуются обычно большими размерами и изменчивостью на площади место­рождений общих гидрогеологических условий и параметров водо­вмещающих пород. Это обстоятельство наряду с большим числом водозаборов в значительной степени осложняет прямое аналити­рческое решение задачи и заставляет прибегать к трудоемкому мето­ду вариантов подсчета запасов.

При оконтуривании месторождения промышленных вод в пределах части месторождения или отдельных его участков эксплуата­ционные запасы подземных вод могут оказаться непромышленными (забалансовыми). Аналогично к забалансовым может быть отнесена часть эксплуатационных запасов, пропорциональная разнице между Предельными понижениями уровня, добыча воды с которых обеспечи­вается при использовании существующего насосного оборудования, и допустимым понижением, установленными в результате технико­экономического анализа.

Таким образом, при региональной оценке эксплуатационных запасов в пределах отдельных участков предельные понижения уровней в скважинах к концу расчетного срока эксплуатации устанавливаются с учетом мощности насосного оборудования. Часть расчетного дебита (или полный дебит) водозабора, отвечающего условиям рентабельной добычи и переработки подземных вод, можно считать балансовыми (промышленными) запасами. Подобная оценка запасов имеет смысл, так как методы и экономи­ческая эффективность разработки месторождений определяются не только их гидрогеологическими условиями, но также уровнем развития технологии извлечения полезных компонентов и техники добычи подземных вод из скважин.

При региональной оценке эксплуатационных запасов могут встретиться два основных случая. В первом случае эксплуатаци­онные и перспективные участки заведомо известны, количество их ограничено, а размеры месторождения определяются особен­ностями геологического строения и гидрогеологических условий тер­ритории. Такие условия имеют место: а) когда участки водозаборов связаны с крутыми брахиантиклинальными структурами, за пре­делами которых водоносные отложения погружаются на глубины, недостижимые для вскрытия их эксплуатационными скважинами; б) когда водоносные отложения не имеют сплошного распростра­нения в пределах месторождения и эксплуатационные и перспек­тивные участки приходится размещать в ограниченных по площади зон распространения достаточно проницаемых водоносных пород. В этом случае подсчет эксплуатационных запасов промышлен­ных вод производится по изложенной выше схеме на каждом из выявленных бурением эксплуатационных или установленных косвенными методами (например, геофизическими) перспективных участков. При близком расположении таких участков необходима проверка степени их взаимодействия и уменьшения суммарных дебитов водозаборов пропорционально величине срезок уровней в эксплуатационных скважинах от взаимодействия. В качестве эксплуатационных запасов промышленных подземных вод в данном случае принимается суммарный дебит водозаборов, расположенных в пределах месторождения. При этом запасы подразделяются на балансовые и забалансовые в соответствии со сделанными выше замечаниями.

Более сложно проведение региональной оценки эксплуатацион­ных запасов во втором случае, отвечающем условиям сплошного распространения в пределах месторождений водоносного горизонта , или комплекса с промышленными водами. В этом случае размеры эксплуатационных запасов определяются числом, схемой располо­жения и производительностью водозаборов подземных вод.

В условиях одновременного действия проектируемых на одина­ковый срок работы водозаборов наибольший суммарный дебит может быть получен при бесконечно большом их числе (практи­чески при расположении эксплуатационных скважин на площади всего месторождения и на расстояниях, определяемых величинами водопроводимости пород), при условии достижения к концу срока эксплуатации предельных технически возможных понижений дина­мических уровней. Вследствие значительного влияния технико-эко­номических факторов на результаты оценки запасов промышленныхвод подооный спосоО расчетов в данном случае оказывается неприемлемым.

При региональной оценке запасов промышленных подземных род приходится иметь в виду, что, во-первых, наиболее выгодными являются водозаборы, обеспечивающие предприятие достаточно большой производственной мощности; во-вторых, вследствие увели­чения технологических затрат в себестоимости продукции при уменьшении ее производства целесообразно ориентироваться на оптимальный с учетом указанного обстоятельства дебит водозабо-ра;в-третьих, гидрогеологические (параметры водоносных пород, концентрации полезных компонентов, общий состав подземных вод), технические (использование того или иного типа насосного оборудования, конструкция скважин) и технологические показатели эксплуатации тесно взаимосвязаны. Число и дебиты водозаборов в пределах месторождения определяются, таким образом, необходи­мостью соблюдения условий рентабельности производства полезных компонентов и получения при этом максимального суммарного дебита всех водозаборов.

Практически при размещении водозаборов и региональной оценке эксплуатационных запасов промышленных вод для второго из рассматриваемых случаев целесообразно придерживаться следующей последовательности.

1. Для каждого из водоносных горизонтов (комплексов) путем расчетов устанавливаются минимальные промышле«ные концентра­цииполезных компонентов (редких металлов и рассеянных элемен­тов) и оконтуривается площадь месторождения. 2. В пределах площади месторождения устанавливаются эк­плуатационные участки с утвержденными ранее эксплуатационны­ми запасами промышленных вод, а также месторождения нефти и газа (разрабатываемые и намеченные к разработке) с целью исключения взаимодействия их с разведываемыми участками промышленных вод.

3. Выявляются эксплуатационные участки, наличие которых подтверждено специальными гидрогеологическими буровыми и опытными работами, а также поисковым и разведочным бурением на нефть, газ и другие полезные ископаемые (например, термаль­ные воды).

4. Для установленных бурением и опытными работами участ­ков,принимая во внимание полученные параметры водоносных пород, и для перспективных участков, характеризующихся различ­ными сочетаниями концентраций полезных компонентов в воде и параметров пород, производится подсчет эксплуатационных за­пасов с учетом кондиционных показателей.

5. На основе анализа технико-экономических показателей извлечения полезных компонентов в заводских условиях в пределах рассматриваемого месторождения или для сходных по составу и минерализации вод на других месторождениях устанавливается:

стоимость технологической обработки 1 м³ подземных вод для полу­чения продукции; стоимость технологических затрат на производ­ство продукции с учетом ее номенклатуры.

6. С учетом полученной стоимости технологической обработки 1 м³ воды и концентрации компонентов в подземных водах раз­личных эксплуатационных и перспективных участков определяется: а) стоимость технологических затрат на получение полезной про­дукции; б) допустимая максимальная стоимость добычи 1 м³ под­земных вод как разность между отпускной ценой продукции и технологическими затратами на ее производство, отнесенными к расходу воды; в) максимальная производительность водозабора, обеспечивающая рентабельное производство продукции.

7. Для полученной максимальной производительности водоза­боров определяется расчетное эксплуатационное положение дина­мических уровней. Разница между предельными максимальным и полученным расчетным понижением уровней для рассматривае­мого водозабора определяет возможные размеры суммарной срезки уровней от действия всех других водозаборов в пределах место­рождения.

8. Дальнейшая оценка эксплуатационных запасов промышлен­ных вод сводится к размещению в пределах месторождения водо­заборов с таким расчетом, чтобы срезки уровней при совместной их работе не превышали полученных суммарных расчетных величин. При этом должны учитываться также и граничные условия место­рождений.

9. Проверка возможности получения установленных таким путем дебитов водозаборов и суммарного дебита месторождения произво­дится путем аналитических расчетов, и в случае несоблюдения заданных условий эксплуатации эти дебиты корректируются путем подбора величин, отвечающих всем требованиям.

10. Путем анализа условий разработки эксплуатационных и перспективных участков водозаборов выявляются, таким образом, общие эксплуатационные запасы месторождения, а также балан­совые и забалансовые запасы.

В настоящей главе рассмотрены лишь основные принципы оценки эксплуатационных запасов месторождений подземных промышленных вод. Разнообразие гидрогеологических условий мес­торождений приводит к необходимости разработки в каждом случае оригинальных методических приемов региональной оценки эксплуатационных запасов этих вод. В ряде случаев, в частности при малом количестве эксплуатационных участков водозаборов, такие приемы весьма просты. В пределах некоторых месторожде­ний (Тюменское, Волго-Камское, Западно-Туркменское) региональ­ная оценка эксплуатационных запасов весьма трудоемка; поиски наиболее короткого и правильного пути при этом приводят к весьма сложным аналитическим зависимостям и построениям с учетом разработанных и изложенных выше основных методических по­ложений.

Картографирование подземных промышленных вод первоначаль­но развивалось в направлении изучения закономерностей их рас­пространения, характера изменения их минерализации и хими­ческого состава по площади артезианских бассейнов и с глубиной, а также изучения закономерностей изменения в промышленных водах полезных компонентов, в первую очередь йода и брома. Анализ показал, что высокие концентрации полезных компонентов являются важным, но не единственным условием их промышлен­ного освоения. Поэтому дальнейшие работы по картографированию подземных промышленных вод проводились с целью не только изучения закономерностей их распространения, но также коли­чественной оценки их ресурсов и эксплуатационных запасов на геолого-экономической основе. Так, в 1966 — 1970 гг. производ­ственными и научно-исследовательскими организациями Минис­терства геологии СССР под научно-методическим руководством и при участии ВСЕГИНГЕО была составлена Карта прогнозных эксплуатационных запасов подземных промышленных вод СССР масштаба 1:4 000 000 с врезками по перспективным районам мас­штаба 1:500 000 — 1:1 500 000. Региональная оценка прогнозных эксплуатационных запасов промышленных вод была впервые выполнена по сумме гидрогеохимических и гидродинамических показателей с учетом геолого-экономических условий эксплуатации Ги использования этих вод.

Расширение числа извлекаемых из подземных промышленных вод компонентов обусловило необходимость изучения и картографи­рования закономерностей распространения в пределах водона-порных систем также лития, рубидия, цезия, стронция и бора. В соответствии с задачами такого изучения были составлены: карта распространения стронциеносных вод; карта подземных редкометалльных вод; карты распространения и ресурсов подземных Промышленных вод; карта прогнозных эксплуатационных запасов подземных промышленных редкометалльных вод. В 1985 г. во ВСЕГИНГЕО по материалам производственных и научно-исследо­вательских организаций завершены региональная оценка и соста­вление карты эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных промышленных вод СССР. Полученные материалы являются надежной основой планирования геологоразведочных работ и размещения производственных мощностей по добыче рассеянных элементов, редких металлов и минеральных солей.