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.