ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»

Авторы: Ю.Б. Дворецкая
Ж.Л. Цыкина
Л.Н. Пузырева

Гидрогеология и инженерная геология
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Красноярск 2008

1

Оглавление
стр.
Введение …………………………………………………………………
3
Теоретический курс ……………………………………………………..
4
1. Общая гидрогеология……………………………………………….
4
1.1. Роль русских ученых в развитии и становлении гидрогеологии ………………………………………………………...
4
1.2. Подземные воды современного вулканизма и морских акваторий ……………………………………………………….
9
1.2.1. Подземные воды современного вулканизма …………….
9
1.2.2. Подземные воды морских акваторий ……………………... 12
2. Динамика подземных вод ………………………………………….
15
2.1. Типы месторождений подземных вод ……………………… 15
2.1.1. Месторождения речных долин ……………………………. 15
2.1.2. Месторождения межморенных отложений ………………. 17
2.1.3. Месторождения грунтовых песчаных массивов …………. 18
2.1.4. Месторождения артезианских бассейнов платформенного
типа ………………………………………………………….. 20
2.1.5. Месторождения артезианских бассейнов межгорных впадин и конусов выноса ……………………………………… 21
2.1.6. Месторождения ограниченных по площади структур и
массивов трещиноватых или карстующихся пород и потоков трещинно-жильных вод зон тектонических разломов ……………………………………………………..
23
2.1.7. Грунтовые воды морских побережий ……………………... 24
3. Методика гидрогеологических исследований ……………………
26
3.1. Наземная и скважинная геофизика при гидрогеологических исследованиях ………………………………………….. 26
3.2. Месторождения полезных ископаемых, открытые гидрогеохимическим методом …………………………………….. 42
Рекомендации по изучению теоретического курса …………………... 49
Рекомендации по оформлению лабораторных работ ………………… 50
Рекомендации по подготовке к защите лабораторных работ ………... 52
Список литературы ……………………………………………………... 53

2

Введение
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
по курсу «Гидрогеология и инженерная геология» разработаны в виде методических указаний, определяющих состав, объем, задания и методические
указания по выполнению всех видов самостоятельной работы.
Лекционный курс по осваиваемой дисциплине не может в полном объеме охватить все темы, которые могут пригодиться специалистам-геологам
при их производственной деятельности. Для этого предусмотрено изучение
теоретического курса в рамках самостоятельной работы студента, в котором
рассмотрены темы, позволяющие расширить кругозор студентов по различным вопросам, касающимся гидрогеологии. К числу этих вопросов относятся:
роль русских ученых в развитии и становлении гидрогеологии; подземные
воды современного вулканизма и морских акваторий; типы месторождений
подземных вод; методы наземной и скважинной геофизики, применяемые при
гидрогеологических исследованиях; гидрогеохимический метод, используемый при разведке месторождений полезных ископаемых и месторождения,
открытые этим методом.
Формой отчетности усвоения теоретического материала являются
опорные конспекты, для составления которых разработаны планы.
Компьютерное оформление лабораторных работ производится в соответствии с рекомендациями по оформлению тестовых и графических материалов с указанием компьютерных программ. Для подготовки к защите лабораторных работ указываются темы из лекционного курса.

3

Теоретический курс
Раздел 1. Общая гидрогеология
1.1. Роль русских ученых в развитии и становлении гидрогеологии
В России первые систематические исследования подземных вод связаны
с созданием Российской академии наук (1724 г.) и Геологического комитета,
экспедиции которых были направлены в различные районы страны (С.П.
Крашенинников, Н.И. Лепехин, Н.Я. Озерцовский, Н.П. Рычков, А.Ф. Зуев,
П.С. Паллас и др.). Такими экспедициями не только проводились географические и геологические исследования, но и собирались данные о пресных и минеральных водах, а также высказывались рекомендации о целесообразности
их использования. В частности, описывались источники подземных вод. В
этих трудах впервые обнаруживаются первые попытки установления причинной связи между различными явлениями природы и подземными водами. В
указанное время зародилась идея о зависимости химического состава грунтовых вод от физико-географических условий (В.Ф. Зуев) [3].
Значение подземных вод в геологических процессах впервые было отмечено еще в 1757–1759 гг. гениальным русским ученым М.В. Ломоносовым. В работе «Слово о рождении металлов от трения земли» Ломоносов
охарактеризовал взаимодействие подземных вод с горными породами: «Ибо
дождевая вода, когда горы проницает, тончайшие земляные частицы, из которых камни сседаются, в себе разводит, и от тех силу получает другие тела
претворять в камень, оставляя в их скважинах оныя частицы, которые прежде
из каменной горы взяла с собой».
Итоги исследований, проводившихся экспедициями Российской академии наук на рубеже XVIII и XIX столетий, были обобщены в работе известного минералога академика В.М. Севергина. В ней один из разделов посвящен описанию вод Российского государства. В.М. Севергин в монографии
«Способ испытывать минеральную воду» (1800 г) дал первую классификацию
минеральных вод.
В начале XIX века в результате бурения скважин для водоснабжения
городов и сельских местностей были получены новые данные по геологии и
глубоким подземным водам европейской части России, при этом выявлены
некоторые артезианские бассейны. Таким путем были собраны первые данные для обоснования прогнозов получения артезианских вод (Г.Е. Шуровский, Г.П. Гельмерсон, Г.Д. Романовский).
Так в составе естественных наук начала зарождаться самостоятельная
наука о подземных водах (геология подземных вод).
В 60-х годах XIX века гидрогеология укрепляется сначала как прикладная ветвь геологии. Большую роль в становлении гидрогеологической науки

4

сыграла деятельность ученых: И.В. Мушкетова, Н.П. Соколова, Г.Е. Щуровского, В.Д. Соколова, С.Н. Никитина, В.В. Докучаева.
Особое значение в развитии гидрогеологии имели работы С.Н. Никитина. В 1980–1890 гг. он впервые выполнил широкие обобщения по артезианским и грунтовым водам европейской части России. Эти обобщения позволили ему на огромной территории нанести контуры основных артезианских бассейнов. С.Н. Никитин впервые опубликовал несколько содержательных работ
по подземным водам верховьев рек Волги, Днепра, Оки, Сызрани, которые
дополнялись детальными картами. Им издана монография, в которой освещены каменноугольные отложения и артезианские воды окрестностей г. Москвы. Им написана работа «Грунтовые и артезианские воды на Русской равнине» (1900 г). С.Н. Никитина можно считать одним из основоположников курса русской региональной гидрогеологии.
Идеи В.В. Докучаева о зональности почв и роли леса в водном балансе
стали фундаментом теории зональности и режима грунтовых вод (П.В. Отоцкий, Е.В. Оппоков и др.).
Большое значение для развития гидрогеологии имели работы А.Ф. Лебедева, который особенно много внимания уделял исследованиям движения
воды в породах зоны аэрации и вопросам питания подземных вод. На основании многолетних наблюдений и хорошо организованных опытов Лебедев
сформулировал новые научные положения теории образования грунтовых
вод за счет конденсации на частицах горных пород водяных паров из воздуха.
В дальнейшем эти исследования получили развитие в работах почвоведов и
гидрогеологов.
А.Д. Стопневич уже в начале XX в. говорил о необходимости охраны
подземных вод. Иркутский профессор А.В. Львов обобщил имеющиеся сведения о подземных водах вечной мерзлоты (1916 г). Другой сибирский ученый М.Г. Курлов предложил наглядное изображение химического состава воды в виде псевдодроби; эта «формула» сейчас применяется во всем мире и заслуженно носит имя ее автора.
Первая в России кафедра гидрогеологии была организована в 1914 г. на
инженерном факультете Московского сельскохозяйственного института.
Широкое развитие гидрогеология получила только в советское время,
когда она окончательно оформилась в самостоятельную научную и прикладную дисциплину.
Для подготовки инженеров-гидрогеологов в 1920 г. в Московской горной академии была учреждена гидрогеологическая специальность. Позднее
гидрогеологическая специальность была введена в других институтах страны,
где стали преподавать наиболее видные гидрогеологи: Ф.П. Саваренский,
Н.Ф. Погребов, А.Н. Семихатов, В.С. Ильин и др., которые внесли в науку
большой вклад.
Ф.П. Саваренский – выдающийся ученый и педагог, он создал впервые в
нашей стране фундаментальные учебники для ВУЗов по гидрогеологии и ин5

женерной геологии. Эти учебники составлены с использованием богатейшего
отечественного материала и научно-методических и практических достижений гидрогеологии. В 1943 г. Ф.П. Саваренский был избран действительным
членом Академии наук СССР, это был первый академик-гидрогеолог. Весьма
большой интерес представляют его исследования, проводившиеся в КураАраксинской низменности Закавказья с целью реконструкции и расширения
ирригационных систем орошаемых хлопковых земель. Эти и другие работы,
выполненные в Прикаспийской низменности, послужили началом имзучения
проблемы формирования грунтовых вод в заксушливых областях.
Под непосредственным руководством Н.Ф. Погребова проводилось изучение подземных вод в Ленинградской области, в Донецком бассейне и на
оползневых участках в Крыму.
А.Н. Семихатов в 1925 г. впервые опубликовал монографию «Подземные воды СССР», в которой четко показал закономерности распределения
подземных вод в зависимости от геостуктурных особенностей, намечены контуры артезианских бассейнов. Этот труд включал карту гидрогеологического
районирования подземных вод европейской части СССР, которая была помещена в БСЭ и во многих учебниках по гидрогеологии.
В.С. Ильин впервые сформулировал основные принципы и закономерности, а также составил карту гидрогеологического районирования грунтовых
вод европейской части бывшего СССР. Таким образом, он продолжил развитие идей о зональности природных условий, высказанных ранее В.В. Докучаевым.
В более позднее время карты гидрогеологического районирования были
составлены О.К. Ланге, Г.Н. Каменским, И.В. Гармоновым, В.И. Духаниной и
др.
В области гидрогеологии О.К. Ланге решил ряд теоретических вопросов: происхождения подземных вод, динамики, режима, классификации и
районирования подземных вод, методики гидрогеологического картирования,
гидрогеологической терминологии, о зональности грунтовых вод и др., а также содействовал водоснабжению населенных пунктов Средней Азии: Ташкента, железнодорожных станций проектировавшегося Турксиба, текстильного комбината в Ферганской долине и др. Вопросы инженерной геологии рассматривалась главным образом применительно к Средней Азии в связи с проектированием гидроэлектростанций, ирригационных каналов, водоснабжения, железнодорожных путей; изучил в тектоническом отношении оползни,
завалы, грязекаменные потоки, сухие дельты и лессы; предложил классификацию лессовидных пород по происхождению: эоловому, пролювиальному,
делювиальному и аллювиальному.
В.И. Вернадский – великий русский ученый-естествоиспытатель, основоположник многих новых научных направлений: динамической минералогии, геохимии, радиогеологии, биогеохимии и гидрохимии. Особое внимание
он обращал на подвижные равновесия, которые взаимодействуют между при6

родными водами, горными породами, газами и живыми организмами. Большое значение Вернадский уделял изучению подземной части гидросферы.
Магма рассматривается им как раствор воды в силикатной и алюмосиликатной массе, переполненной газами. По его мнению, часть водяных паров, идущих снизу, действительно ювенильна, но в главной своей массе вода проникает в глубокие части литосферы сверху и имеет атмосферное происхождение. Очень важное значение Вернадский отводил переходу воды из одного
агрегатного состояния в другое. Трудом В.И. Вернадского «История природных вод», по существу, завершается становление гидрогеологии как науки.
К 1950 г. в гидрогеологической науке было созданы основные ее разделы, приведенные в табл. 1.
Г.Н. Каменский – видный ученый-гидрогеолог, член-корреспондент АН
СССР. Начиная с 1930 г., когда геологоразведочный факультет Горной академии был реорганизован в Московский геологоразведочный институт, он
возглавил кафедру гидрогеологии, которой руководил до 1955 г. С именем
Г.Н. Каменского связан 40-летний этап развития гидрогеологии. Он является
одним из основоположников таких научно-теоретических курсов, как «Динамика подземных вод», «Поиски и разведка подземных вод». Он также внес
большой вклад в развитие региональной гидрогеологии и в учение о режиме и
балансе подземных вод.
М.И. Сумгин, Н.И. Толстихин и другие ученые в монографиях и статьях
осветили своеобразный гидрогеологический режим области многолетней
мерзлоты.
Минеральные воды, имеющие лечебное значение, изучались Н.А.
Огильви, Н.И. Тостихиным, А.М. Овчинниковым, В.В. Ивановым и др.
А.М. Овчинников – ученый-гидрогеолог, был заведующим кафедрой
гидрогеологии и радиогидрогеологии МГРИ (1955–1969 гг.). Он является одним из основоположников учения о минеральных водах, гидрогеохимии и палеогидрогеологии. Кроме того, его научная деятельность была посвящена
изучению общегидрогеологических проблем, а также изучению региональной
гидрогеологии.
Изучение подземных вод нефтяных месторождений занимались В.А.
Сулин, Н.К. Игнатович, Н.И. Толстихин, А.А. Карцев, М.А. Жданов и др.
Разработкой теории движения подземных вод занимались П.Я. Полубаринова-Кочина, Г.Н. Каменский, Н.К. Гиринский, В.Н. Щелкачев и др. П.Я.
Полубариновой-Кочиной опубликовано учебное пособие «Теория развития
грунтовых вод», Г.Н. Каменский написал учебник «Основы динамики подземных вод».
Методические и теоретические вопросы, связанные с изучением и разведкой подземных вод, подробно рассмотрены в работах Г.Н. Каменского,
А.И. Силина-Бекчурина, Г.В. Богомолова, П.П. Климентова и др.

7

Таблица 1
Основные разделы и направления исследований гидрогеологической науки [7]
Разделы или направления в гидрогеологии
Основополагающая роль ученых
I. Теоретические разделы и направления
1. Общая гидрогеология
Ф.П. Саваренский, О.К. Ланге, А.Н. Семихатов, А.М. Овчинников, Г.В. Богомолов и др.
2. Региональная гидрогеология
О.К. Ланге, В.А. Жуков, Н.Н. Славянов, П.И.
Бутов, В.С. Ильин, Н.И. Толстихин, Н.Ф. Погребов, А.Н. Семихатов, Б.Л. Личков, И.К.
Зайцев, Н.К. Игнатов и др.
3. Динамика подземных вод
Н.Е. Жуковский, Н.Н. Павловский, Л.С. Лейбензон, П.Я. Полубаринова-Кочина, Г.Н. Каменский, Н.К. Гиринский, В.Н. Щелкачев, А.И.
Силин-Бекчурин, Е.М. Альтовский и др.
4. Гидрогеохимия
В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, А.Н. Бунеев,
О.А. Алекин, К.И. Маков, В.А. Сулин, А.М.
Овчинников, А.Я. Бродский и др.
5. Учение и минеральных подземных во- Н.А. Огильви, Н.И. Тостихин, А.М. Овчиннидах
ков, В.В. Иванов, А.И. Герасимов, И.К. Зайцев,
Ф.А. Макаренко и др.
6. Учение о режиме и балансе подземных Г.Н. Каменский, М.Е. Альтовский, Н.Н. Бинвод
деман, А.В. Лебедев и др.
7. гидрогеология зоны многолетнемерзМ.И. Сумгин, Н.И. Толстихин, А.В. Львов,
лых пород (криолитозоны)
П.Ф. Швецов и др.
II. Гидрологическое направление
1. Учение о подземном стоке
Ф.А. Макаренко, А.И. Силин-Бекчурин, К.И.
Маков, З.А. Макеев, Б.И. Куделин и др.
2. Учение о географической зональности В.В. Докучаев, В.С. Ильин, А.Н. Семихатов,
грунтовых вод
О.К. Ланге и др.
III. Прикладные разделы или направления
1. Разведка подземных вод
Г.Н. Каменский, М.Е. Альтовский, Н.Н. Биндеман, Н.А. Плотников, Г.Н. Богомолов и др.
2. Мелиоративная гидрогеология
Ф.П. Саваренский, М.А. Шмидт, М.М. Крылов,
О.К. Ланге, А.В. Владимиров, Н.А. Кенесарин,
А.Ф. Сляднев и др.
3. Рудничная гидрогеология
С.В. Троянский, Д.И. Щеголев, С.П. прохоров,
М.В. Сыроватко, П.И. Климентов и др.
4. Гидрогеология нефтяных месторожде- А.В. Бенеев, М.А. Гатальский, В.А. Кротова,
ний
Г.М. Сухарев и др.
5. Инженерная гидрогеология
Н.Н. Павловский, Г.Н. Каменский, В.А. Аравин, С.Н. Нумеров, Е.А. Замарин и др.

Разработкой основных вопросов гидрогеологии месторождений твердых
полезных ископаемых занимались Д.И. Щеголев, С.В. Троянский, П.П. Климентов, С.П. Прохоров, М.В. Сыроватко и др.
С именем Е.В. Пинеккера связано новое определение гидрогеологии как
науки о подземной гидросфере, учения обо всех разновидностях воды земных

8

недр. Сформулированные им научные положения позволили разработать
стратегические принципы и методологию теоретической и прикладной гидрогеологии. Неоценима заслуга Е.В. Пинеккера в создании шеститомной монографии «Основы гидрогеологии», в которой теоретически осмыслены важнейшие гидрогеологические проблемы.
1.2. Подземные воды современного вулканизма и морских
акваторий
1.2.1. Подземные воды современного вулканизма
К районам современного вулканизма относятся территории, на которых
имеются вулканы, действующие или действовавшие в историческое время.
Они находятся в активных складчатых поясах – альпийском и тихоокеанском
– в пределах островных дуг, глубоководных желобов и на побережьях внутренних морей (98 % действующих вулканов); лишь 2 % вулканов тяготеет к
молодым разломам древних континентальных глыб в Европе, Африке и Центральной Азии. В таких районах приток глубинного тепла в 50–100 раз превышает величину средних теплопотерь Земли. Подземные воды здесь, являясь активным агентом тепломассопереноса, образуют водоносные системы со
специфическими гидрогеологическими условиями. Для названия таких вод,
характеризующихся широким диапазоном высоких температур и сочетанием
различных фазовых состояний, в практике гидрогеологических исследований
прочно укоренился термин «гидротермы».
Сложный гидрогеологический режим водоносных систем районов современного вулканизма обусловливает многообразие поверхностных проявлений гидротермальной деятельности. Их формы зависят от геологоструктурного положения системы, проницаемости пород в ее верхних частях,
развития зон тектонических нарушений, теплового потенциала системы и
обусловленного им соотношения жидкой фазы и пара, а также возможностей
смешения пароводяных струй с холодными водами близповерхностных горизонтов.
К основным видам таких проявлений относятся фумаролы, гейзеры, паровые струи и термальные источники [10].
Фумаролы – это вулканические эманации в виде парогазовых струй или
спокойных выделений из трещин и каналов в жерлах, на внутренних стенках,
внешних склонах вулканов (первичные фумаролы) или на поверхности неостывших лавовых потоков и пирокластических покровов (вторичные фумаролы).
Д.Е. Уайт Г.А. Уоринг (1965 г) основными факторами, определяющими
состав фумарольных газов, считают [10]:
1) первоначальное количество каждого из летучих компонентов в магме;
9

2) температуры выделения газовой смеси из магмы;
3) время с начала выделения газов;
4) места выделения газов;
5) степень смешения и реакций с воздухом и метеорной водой;
6) реакции с породами по пути движения.
Фумаролы разделяются:
1) собственно фумаролы (преимущественно хлористо-сернистоуглекислые с температурой до 8000С);
2) сольфатары (парогазовые струи с преобладанием сероводорода или
сернистого газа и температурой 90–3000С);
3) мофеты (преимущественно углекислые парогазовые струи с температурой од 1000С).
Выделение паров и газов может достигать огромных размеров. В этом
отношении наиболее представительна «Долина 10 тысяч дымов» на Аляске.
Фумарольная деятельность здесь началась в результате извержения вулкана
Катмая в 1912 г. Интенсивность парогазовыделений с температурой 6500С
была равна 23 млн. л/с и обеспечивалась несколькими десятками тысяч фумарол. Высота паровых струй достигала 150, а некоторых даже 300 м.
Гейзеры образуют горячие источники, периодически выбрасывающие
воду и пар. Морфологически гейзер представляет систему, состоящую из канала, подводящего перегретую воду или горячий пар к находящемуся вблизи
от поверхности подземному резервуару (камере), в которой по боковым каналам или трещинам поступает холодная метеорная вода.
Т.И. Устинова (1955 г) выделяет 4 стадии гейзерного процесса (рис.1):
1) наполнения – когда после извержения осушенная верхняя часть гейзера вновь заполняется смешивающимися потоками перегретых и холодных
вод (рис. 1а);
2) излияния (необязательная) – перелив воды через края канала с постепенным нарастание расхода (рис. 1б);
3) извержения – выброс перегретой, вскипевшей воды и пара (рис. 1в);
4) паровыделения – в период бурного кипения вновь поднимающейся
перегретой воды (рис. 1г).
Гейзеры получили свое название от района Гейзер в Исландии, где они
впервые были изучены. Источники с гейзерным режимом известны во многих
районах современного вулканизма, но число их в таких районах сравнительно
невелико. Самая высокая насыщенность гейзерами в Иеллоустонском парке
(США), где известно 200 гейзеров, что составляет 10 % общего количества
имеющихся здесь естественных гидротермальных проявлений. В России широко известна Долина гейзеров на Камчатке, впервые обследованная Т.И. Устиновой. Здесь имеется 12 больших и большое количество мелких гейзеров.
Наиболее крупный из них – Великан, выбрасывает через каждые 2–3 часа
мощную струю воды на высоту до 40 м, а столб пара – до нескольких сот
метров. Однако общая насыщенность гейзерами на Камчатке невелика. Гей10

зеры известны также в Новой Зеландии, Чили, Гватемале, Коста-Рике, Японии, на острове Ява и т.д.

Рис. 1. Основные стадии гейзерного процесса [10]:
1 – пепловые туфы; 2 – гейзериты; 3 – трещины с перегретой водой; 4 – трещины с охлажденной водой; 5 – перегретая вода с температурой выше 100 0С; 6 – охлажденная вода с
температурой ниже 1000С

Режим гейзеров непостоянен: периодичность их извержений меняется
во времени. Температура перегретого пара на поверхности может достигать
117 0С. Почти для всех гейзеров характерно выделение из воды кремнистого
туфа-гейзерита, образующего довольно крупные скопления.
По составу воды современного вулканизма весьма разнообразны. В
районах непосредственного воздействия активно действующих вулканов –
это преимущественно хлоридные и сульфатные воды со сложным катионным
составом и резко кислой реакцией (рН < 3). В газовом составе обычно преобладает CO2, из других газов – H 2S, N и H2. В зависимости от насыщающих
газов гидротермы активных вулканов подразделяются на фумарольные и
сольфатарные, а также мофетные, встречающиеся в кратерах потухших вулканов.
Фумарольные термы имеют хлоридный, реже сульфатно-хлоридный
анионный состав и очень низкую рН (до 0,2), из катионов обычно содержатся
в различных сочетаниях H +, Al3+, Fe3+, а в небольших концентрациях – Na+,
Ca2+, Mg2+. Характерно высокое содержание H2SiO 3 (100–800 мг/л). Минерализация составляет 1–20 г/л.

11

В сольфатарных термах преобладают сульфаты при самых различных
концентрациях катионов (H3+, Al3+, Fe3+, Na+, Ca2+, NH4+). Величина рН составляет 0,3 – 4, минерализация от 0,5 до 10–20 г/л. Температура воды изменяется от 30 до 1000С [14].
Гидротермальная система с гидрогеологической точки зрения представляет собой резервуар горячих вод и интенсивно прогретых пород с часто
встречающейся разгрузкой пара и воды на поверхности. Режим верхних частей – напорный, главным агентом тепломассопереноса является вода и пар.
Поставщиком тепла из глубин предполагается восходящий поток флюидов.
Большинство
гидротермальных
систем
связано
с
вулканотектоническими депрессиями либо обширными древними кальдерами (УзонГейзерная и Паужетская – на Камчатке, Оникобе – в Японии, Вайракей – в
Новой Зеландии и др), реже с наложенными грабенами горно-складчатого обрамления (Паратунская система на Камчастке).
Гидрогеологическая структура гидротермальных систем чрезвычайно
сложна. Это резервуары, вмещающие порово-пластовые, трещиннопластовые и жильные холодные и термальные воды, между которыми имеется гидравлическая связь, характер которой различен для отдельных участников систем, но в принципе определяется пластовым давлением резервуара.
В современных гидротермальных системах сосредоточены значительные ресурсы горячего пара и термальных вод. Во многих из них глубоким бурением выявлены крупные месторождения, запасы пароводяной смеси в которых значительны. На базе таких месторождений работают геотермальные
электростанции, организуется теплоснабжение городов и парниковотепличных хозяйств, производится добыча минерального сырья. Ресурсы парогидротермальных месторождений определяются двумя основными факторами: 1) объемом пароводяной смеси, зависящим, в первую очередь, от питания гидротермальных систем инфильтрационными водами; 2) количеством
глубинного тепла, поступающего из магматических очагов, обеспечивающего
теплосодержание и, в конечном счете, возможности и характер использования гидротерм.
1.2.2. Подземные воды морских акваторий
Существуют различные точки зрения о водоносности пород, слагающих
дно крупных акваторий (океанов, морей, озер).
Подземные воды под дном крупных акваторий представляют собой
особый тип вод, формирование которых связано с воздействием эндогенных
сил. Их существование и характер водообмена достаточно объективно объясняются с позиций новой глобальной тектоники.
Ограниченный фактический материал и современные теоретические
концепции позволяют считать субмаринные гидрогеологические резервуары

12

отличными от чисто континентальных и, в зависимости от причин и характера водообмена, выделять [15]:
1) водоносные системы (шельфов, континентальных склонов и внутренних морей);
2) водоносные системы глубоких океанических впадин (абиссальных
океанических впадин), не связанные с континентами;
3) субмаринные гидротермальные системы.
Субмаринные водоносные системы шельфов, континентальных склонов и внутренних морей являются, по сути дела, субмаринными частями континентальных гидрогеологических резервуаров, т.е. переходной разновидностью. В таких резервуарах реализуется подземный сток с суши. По результатам работ Р.Г. Джамалова, И.С. Зекцера и А.В. Месхетели, обобщающих зарубежный и отечественный опыт исследований и оценки подземного стока в
моря и Мировой океан, суммарный подземный сток составляет 2460 км3/год,
в том числе в Атлантический океан – 850, Тихий – 1340, Индийский – 220,
Северный Ледовитый (с территории Европы и Азии) – 50 км3/год [10].
Разгрузка подземного стока в прибрежной и шельфовой зонах осуществляется через субмаринные источники пластового типа в закарстованных и
трещиноватых породах, в проницаемых рыхлых отложениях или в виде перетекания через слабопроницаемые донные осадки.
Субмаринные источники с пресной и солоноватой водой известны во
многих районах земного шара на берегах Атлантического, Индийского и Тихого океанов.
Значительная часть подземного стока с суши в моря и океаны широким
фронтом фильтруется вдоль береговой линии и проникает в пределы шельфа
на различные расстояния при выклинивании водоносных горизонтов.
Материковые склоны изучены значительно хуже шельфов. Тем не менее, возможность разгрузки в них вод, поступающих с суши подтверждается
данными морского бурения на значительном удалении от берега. Грубозернистость состава донных отложений на поверхности многих материковых склонов и наличие многочисленных тектонических нарушений создают хорошую
обстановку для восходящей разгрузки. Горизонты пресных и слабосолоноватых вод встречаются в отложениях шельфа и материкового склона на довольно значительных глубинах. В Южно-Китайском море севернее острова Хайнань скважина глубиной 200 м (ниже дна) вскрыла в песчано-глинистых неоген-четвертичных отложениях горизонт водоносных песков мощностью до
100 м; воды напорные (уровень установился на 10 м выше уровня моря), гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридные натриевые с минерализацией 1,5 г/л.
Отмечено также распространение вод с минерализацией около 1,5 г/л в меловых отложениях Австралийского шельфа на глубине 1200 м от дна (при глубине моря 48 м). А вот на континентальном склоне Мексиканского залива в
70 км от дельты Миссисипи скважина на глубине 140 м от дна встретила соленые воды с минерализацией 18 г/л.
13

Подземный водообмен суши и моря не ограничивается движением воды
с континентов в море и разгрузкой на его дне. Наблюдается и обратное движение морских вод в отложения суши и их разгрузка на поверхность. Значительные колебания уровней морей и океанов приводит к цикличности подземного стока с суши в море и с моря на сушу.
Водоносные системы глубоких океанических впадин, не связанные с
континентами. Во всех океанах континентальное подножие и глубоководные
желоба постепенно сменяются плоскими абиссальными равнинами (впадинами). Они имеют изометричную форму и размеры (в поперечнике) до нескольких тысяч километров. Глубина океана здесь достигает 5–6 км. Осадочная
толща дна океана состоит из чередующихся глинистых, кремнистых слоев и
карбонатных илов. Мощность толщи редко превышает 1 км. Фундаментом
служит базальтовый слой мощностью около 2 км, а ниже прослеживается
слой мощностью 6 км, сложенный серпентинитами. Отсутствие гранитного
слоя, предопределяющего небольшую мощность океанической коры по сравнению с континентальной, является важной гидрогеологической, а также гидрогеотермической особенностью глубоководной части ложа океанов [11].
Формирование подземных вод в осадочных породах субмаринных систем имеет седиментационную природу и характеризуется элизионным режимом.
В верхних частях разреза в донных отложениях поровые растворы
представлены захороненными водами океана. В более глубоких слоях уплотненных осадков распространены воды, отжатые из глинистых слоев и прослоев.
Субмаринные гидротермальные системы в отличие от континентальных не имеют связи с атмосферой, они перекрыты толщей морских и океанических вод. По строению гидрогеологических резервуаров можно выделить
два типа таких систем [10]:
1) системы глубоководных желобов, связанные с зонами БеньофаЗаварицкого;
2) системы океанических (в осях срединно-океанических хребтов) и
морских рифтов.
Субмаринные системы глубоководных желобов формируются в результате дегидратации погружающейся океанической коры и взаимодействия ее с
веществом мантии. Переплавление океанической литосферы в зонах БеньофаЗаварицкого приводит к обезвоживанию серпентинитов и каолинитов и появлению больших объемов воды. В условиях высоких температур выделяющийся пар, насыщенный кремнеземом, щелочами и летучими компонентами/,
в связи с избыточным давлением при перегреве мигрирует в вышележащие
толщи пород, принимая участие в процессах их метаморфизма.
Водообмен в системах глубоководных желобов очень сложен. В нем
принимают участие флюидные потоки из мантии, возрожденные воды океанической коры, воды океана, а также подземные воды континентальной коры.
14

Эти системы имеют широкое распространение на периферии океанических
акваторий, к которым относятся районы активного подводного и наземного
(на островах) вулканизма. Косвенным подтверждением разгрузки гидротерм в
глубоководных желобах может служить широкое распространение в верхних
горизонтах осадочного слоя таких зон железо-марганцевых конкреций, которые, например, в Мариинской впадине обнаружены на глубине до 7700 м.
Субмаринные гидротермальные рифтовые системы характеризуются
разгрузкой глубинных вод. Высокие значения теплового потока, широкое
развитие подводного и надводного вулканизма, субмаринные выходы гидротерм и наличие гидротермально измененных пород дают основание считать,
что океанические рифты представляют собой специфические субмаринные
гидротермальные системы.
Рифтовые впадины некоторых внутренних морей также относятся к
гидротермальным системам. Наибольшей изученностью характеризуется
ставшая уже классическим примером система Красноморского рифта. В наиболее погруженной части рифта обнаружены термальные хлоридные натриевые рассолы, отмечены аномально высокие температуры и минерализация
морской воды.
Приведенные сведения о субмаринных водоносных системах недостаточны и нуждаются в подкреплении фактическим материалом.

Раздел 2. Динамика подземных вод
2.1. Типы месторождений подземных вод
Разработка «Учения о типах месторождений подземных вод» выполненая в трудах русских гидрогеологов Н.И. Плотникова, Л.С. Язвина, Б.В. Боревского и др. При некоторых различиях в существующих типизациях в качестве основных типов месторождений подземных вод обычно рассматриваются месторождения: 1) речных долин; 2) межморенных отложений; 3) грунтовых вод песчаных массивов; 4) артезианских бассейнов платформенного
типа; 5) артезианских бассейнов межгорных впадин и конусов выноса; 6) ограниченных по площади структур и массивов трещиноватых или карстующихся пород и потоков трещинно-жильных вод зон тектонических разломов;
7) морских побережий [3]. Рассмотрим кратко каждый из них.
2.1.1. Месторождения речных долин
Речные долины обычно выполнены песчано-глинистыми аллювиальными отложениями. В областях древнего оледенения речные долины нередко
выполнены флювиогляциальными отложениями ледниковых потоков. В некоторых речных долинах (особенно древних) аллювиальные отложения расчленяются на две толщи: нижнюю им верхнюю. Нижняя толща сложена гру15

быми песчаными и даже песчано-гравелистыми породами, верхняя – мелкозернистыми песками, илистыми суглинками и глинами. Такое строение отмечено на Волге, Оке, Москве, Днепре и других крупных реках Русской равнины. По причине непостоянства пород, слагающих водоносные толщи в плане
и разрезе, в них вскрываются как безнапорные (чаще), так и напорные подземные воды.
Наиболее водообильна при описанном строении речной долины нижняя
толща аллювиальных отложений. Часто по долинам рек наблюдаются переуглубленные участки коренного ложа, представляющие собой древние русла,
выполненные более грубообломочным материалом: крупнозернистым песком, гравием и даже галькой. К древним погребенным руслам приурочены
мощные потоки грунтовых вод с расходом до сотен и тысяч кубометров в сутки и более.
В аллювиальных отложениях обычно отмечаются потоки подземных
вод, гидравлически связанные с русловыми водами; направление подземного
и поверхностного потоков часто совпадают.
Питание аллювиальных вод в пределах речных долин происходит за
счет инфильтрации атмосферных осадков и перетока подземных вод из других водоносных горизонтов, обладающих большим напором. В засушливых
районах аллювиальные воды питаются за счет поглощения русловых вод.
Обычно расход рек во много раз превышает расход подземного потока в
речных долинах. Исключением служат некоторые горные реки, воды которых
в предгорных районах нередко полностью используются для орошения. Несмотря на это, подземных поток в таких речных долинах продолжает существовать, причем аллювиальные воды движутся здесь в хорошо отсортированных толщах галечников, характеризующихся высокой водообильностью.
Грунтовые воды речных долин оказывают существенное влияние на
речной сток. В меженный период (особенно в зимний) они являются единственным источником питания поверхностных водотоков.
Глубина залегания аллювиальных вод различны: от 0 (выход нисходящих источников) до 10–12 м и более.
Чаще встречаются аллювиальные воды пресные, относящиеся по химическому составу к гидрокарбонатному кальциевому типу.
Наиболее широко аллювиальные воды эксплуатируются при помощи
неглубоких (2–8 м) копаных колодцев в сельских местностях; они также используются для водоснабжения промышленных предприятий и городов. При
крупном водоснабжении водозабор осуществляется системой взаимодействующих буровых скважин с установкой рабочей части фильтра в нижней,
наиболее водообильной части аллювиальных отложений.
В крупных речных долинах с постоянным речным стоком структура
эксплуатационных запасов месторождений этого типа формируется главным
образом за счет перехвата (инверсии) естественной разгрузки подземных вод
(естественные ресурсы). Поэтому при поисках таких месторождений одним
16

из важных показателей является наличие участков со значительными расходами русловой или родниковой разгрузки.
В зависимости от фильтрационных свойств и мощности водовмещающих пород, условий связи с поверхностными водотоками и др. факторов эксплуатационные запасы месторождения этого типа изменяются в широких
пределах, достигая 100–150 тыс. м3/сут и более [3].
2.1.2. Месторождения межморенных отложений
Ледниковые отложения представлены неотсортированными валунными
глинами и суглинками, а также песчаными флювиогляциальными отложениями. Глины и суглинки служат водоупоров для грунтовых вод, водонасыщенными породами являются пески и галечники, с которыми связаны мощные бассейны и потоки грунтовых вод, используемых для водоснабжения населенных пунктов и других объектов.
На северо-западе европейской части России, в северной части Германии, в Польше и других странах флювиогляциальные пески выполняют
древние долины. Ширина долин изменяется от 3 до 25 км, а мощность флювиогляциальных песков и галечников достигают десятков метров. Отложения
этого типа в других районах залегают также на значительных площадях,
имеющих пологий наклон.
Флювиогляциальные пески поглощают как атмосферные осадки, выпадающие непосредственно на площадь, занятую песками, так и воды, стекающие с прилегающих возвышенностей, сложенных моренными глинами и суглинками. При значительной площади и большой мощности флювиогляциальных песков в отдельных районах с влажным климатом создаются благоприятные условия для накопления в них значительных запасов грунтовых и местами артезианских вод.
Условия залегания грунтовых вод в ледниковых отложениях крайне невыдержанны. По данным Г.Н. Богомолова, из двух скважин, расположенных
на расстоянии 35 м одна от другой, одна вскрыла грунтовые воды на глубине
нескольких метров, а другая – на глубине нескольких десятков метров. Имеются скважины сухие, не встретившие подземных вод. Последние скважины
пройдены в валунных глинах и суглинках.
Грунтовые воды, заключенные во флювиогляциальных песках, обычно
слабо минерализованы.
Грунтовые воды ледниковых отложений широко используются для водоснабжения сельских местностей, а нередко и крупных городов и промышленных предприятий.
В зависимости от мощности и фильтрационных свойств водовмещающих пород, условий залегания водоносных горизонтов, связи с поверхностными водами и других факторов структура и величины (до 10–50 тыс. м3/сут,
в переуглубленных ледниковых долинах – до 100 тыс. м3/сут и более) экс17

плуатационных запасов подземных вод этих типов могут быть существенно
различными [3].
2.1.3. Месторождения грунтовых песчаных массивов
Пустыни и полупустыни распространены на территории России и стран
ближнего зарубежья и расположены в Узбекистане, Каракалпакии и южной
части Казахстана, где находятся пустыни Каракум, Кызылкум, Муюнкум,
Сыры-Ишикотрау и Бекпак-Дала. Степи и особенно полупустыни характеризуются малым количеством атмосферных осадков (в среднем около 150–250
мм в год) при высокой испаряемости (до 2500 мм в год и более) [12].
Речная сеть развита очень слабо. Реки, протекающие по пустыням, относятся к «транзитным», они не получают питания по пути движения. Реки
Амударья и Сырдарья, Или и др. после выхода из гор расходуют свои воды на
питание грунтовых вод и испарение.
Значительные площади указанных областей заняты сухими песками,
лессовидными и глинистыми породами, слабо воспринимающими атмосферные осадки. Выпадающие в теплое время на поверхность степей, пустынь и
полупустынь атмосферные осадки расходуются в основном на испарение и в
незначительном количестве на инфильтрацию; в отдельных районах может
иметь место конденсация водяных паров из воздуха. Таким образом, условия
для накопления грунтовых вод в степях и особенно в полупустынях и пустынях весьма неблагоприятны.
В степях зимние осадки сносятся ветром в балки и овраги, где создаются более благоприятные условия для накопления подземных вод. В эти же понижения направлен поверхностный сток, вознакающий при редких дождях.
Наблюдения показывают, что в понижениях рельефа грунтовые воды залегают на небольшой глубине и нередко имеют удовлетворительный химический
состав. Как в понижениях (лиманах), так и в других участках степей, полупустынь и пустынь пресные воды залегают в виде в виде линз на соленой
грунтовой воде.
На возвышенных участках степей грунтовые воды необильны и обычно
сильно минерализованы.
В районах распространения лессовидных пород уровень грунтовых вод
нередко находится на значительной глубине; воды сильно минерализованы.
Пустыни и полупустыни расположены в бессточных областях. Поверхностные воды здесь или стекают во внутренние замкнутые озера, не имеющие
связи с океаном, или по пути движения расходуются на фильтрацию в песчаные породы и испарение, не достигая озер. Примером может служить АралоКаспийская бессточная область.
Воды бессточных озер расходуются на испарение, что приводит к накоплению в бессточных впадинах продуктов выветривания, т.е. различных солей. Следовательно, эти впадины играют ту же роль, что моря и океаны, ак18

кумулирующие водорастворимые соли. Вода этих озер, естественно, сильно
минерализована.
С поверхности суши испаряются не только атмосферные осадки, но и
при определенных условиях также грунтовые воды. При большой глубине залегания грунтовых вод испарение с их поверхности незначительно; если же
глубина залегания грунтовых вод не превосходит величины капиллярного
поднятия, испарение резко увеличивается вследствие непрерывного подъема
грунтовой воды по капиллярам к поверхности земли. Этот процесс ведет к засолению почвенного покрова и образованию солончаков.
В сухих пустынях и полупустынях грунтовые воды иногда залегают на
небольшой глубине. В Прикаспийской низменности, например, грунтовые
воды часто залегают на глубине всего нескольких метров от поверхности,
причем, как правило, они сильно минерализованы. Только на сравнительно
небольших участках понижений, где накапливаются и в большом количестве
просачиваются поверхностные воды, создаются благоприятные условия для
опреснения грунтовых вод.
Грунтовые воды в Каракумах приурочены к неогеновым отложениям,
состоящим из известковистых песчаников, гравелитов, мергелей, широко
распространенных в пределах Заунгузского плато, в Бадхызе, Карабиле и по
правобережью р. Амударьи. Наиболее распространены они в четвертичных
образованиях, представленных в основном песками, редко галечниками, супесями. Воды залегают на глубинах от 0,5–2 м в поймах рек и впадинах до
70–100 м на вершинах конусов выноса. Преобладающие дебиты скважин 0,1 –
0,3 л/с, вблизи рек и каналов до 1–2 л/с, реже до 5–10 л/с – на конусах выноса.
Подземные воды солоноватые и соленые с минерализацией более 3 г/л, хлоридно-натриевого состава. Линзы пресных вод с минерализацией меньше 3
г/л с сульфатно-кальциевым составом распространены на притакырных участках, на некоторых площадях развития барханных песков, по руслам периодически действующих водотоков.
Только у подножья Копет-Дага имеются источники и колодцы с пресными водами, притекающими со стороны гор. Небольшое количество относительно пресных вод в Каракумах можно получить на так называемых такырах, представляющие собой ровные глинистые площадки среди барханных
песков (рис. 2). Поверхностные воды, возникающие в периоды выпадения
осадков, стекают на такыры с ближайших склонов, через естественные трещины или искусственные канавы и ямы фильтруются в песчаные толщи и,
достигнув уровня грунтовых вод, оттесняют соленые воды в сторону. Так образуются линзы пресных вод, пригодных для питья.

19

Линзы пресных и относительно
пресных вод в пределах лиманов, на такырах и других участках широко используются местным населением для водоснабжения.
В некоторых пустынных зонах, например в Средней Азии, грунтовые воды
пресного состава вскрываются колодцами и скважинами только вблизи поверхностных водотоков и оросительных каналов. Питание вод на таких участках
осуществляется за счет фильтрационных
Рис. 2. Расположение водосборных
каналов и колодцев на такыре: 1 – потерь речных и оросительных вод. На
контур такыра; 2 – водосборные ка- некотором удалении от речных русел и
оросительных каналов минерализация
навы; 3 – колодцы;
4 – песчаные гряды
грунтовых вод значительно повышается
вследствие недостаточного питания и
интенсивного испарения с поверхности при неглубоком залегании вод. Следовательно, в ирригационных районах оросительные воды служат дополнительным, а нередко и основным источником питания грунтовых вод.
Эксплуатационные запасы месторождений обычно небольшие и не превышают 10 тыс. м3/год, в условиях интенсивного естественно-антропогенного
восполнения (прирусловые и приканальные линзы) – до 50 тыс. м3/сут.
2.1.4. Месторождения артезианских бассейнов платформенного типа
Месторождения этого типа связаны с водоносными горизонтами напорных межпластовых подземных вод. Водовмещающими являются рыхлые или
литифицированные трещиноватые и карстующиеся осадочные породы.
Структура эксплуатационных запасов в зависимости от условий залегания
продуктивного горизонта определяется преимущественно упругими запасами
межпластовых вод, а также перетеканием из смежных (преимущественно
вышележащих) водоносных горизонтов, т.е. за счет привлекаемых ресурсов.
Перетекание из нижележащих водоносных горизонтов нередко приводит к
изменению минерализации и химического состава подземных вод продуктивного водоносного горизонта. На участках интенсивной разгрузки напорных
вод (поверхностные водотоки и водоемы) значительная часть эксплуатационного водоотбора формируется за счет естественных ресурсов.
В зависимости от фильтрационных свойств водовмещающих пород и
условий формирования ресурсов, привлекаемых из вышележащих водоносных горизонтов, эксплуатационные запасы месторождений этого типа достигают 10–50 тыс. м3/сут, для особо крупных месторождений – до 100 тыс.
м3/сут и более [3].

Если верхняя часть гидрогеологического разреза таких месторождений
представлена интенсивно трещиноватыми и закарстованными карбонатными
породами различного возраста, то такие месторождения пресных вод являются наиболее крупными с высокими эксплуатационными запасами. Например,
это Московский, Волго-Камский, Северо-Двинский и другие бассейны.
2.1.5. Месторождения артезианских бассейнов межгорных впадин и
конусов выноса
В России и странах ближнего зарубежья имеются крупные горные области и прилегающие к ним предгорные и степные равнинные области (Средняя Азия, Закавказье и др.), где широко развиты подземные воды.
В горных областях реки, прорезающие горные хребты, несут с собой
массу разнообразного по величине и окатанности обломочного материала. С
выходом рек на равнину или межгорную широкую долину скорость их течения уменьшается и, соответственно, теряется часть энергии, вследствие чего
из воды начинает выпадать минеральный материал. Ближе к выходу из гор
отлагается более крупный материал, далее от горного ущелья – более мелкий.
Такие рыхлые обломочные отложения заключают в своей толще грунтовые
воды, которые питаются частью за счет инфильтрации атмосферных осадков,
частью за счет поглощения речных вод, спорадически (чаще весной) протекающих по конусам выноса.
Обычно еще до выхода горной реки из ущелья в речной долине отлагается крупный обломочный материал, который поглощает часть воды горного
потока. В крупнообломочном материале вода течет дальше и входит в конус
выноса, расположенный уже за пределами ущелья. Здесь река отдает большое
количество воды, здесь же происходит питание грунтовой воды сухой дельты
атмосферными осадками. По мере удаления от гор питание атмосферными
осадками становится все слабее, т.к. происходит смена крупнообломочного
материала более мелкозернистым, слагающим конус выноса. Уровень воды в
конусе выноса залегает глубоко вблизи гор, по мере удаления, поднимается
выше и выше, поэтому грунтовые воды в виде многочисленных источников
выходят на поверхность земли.
Ни рис. 3 изображен конус выноса р. Киш-Чай с источниками, вытекающими из него по краям. Картина эта может иллюстрировать условия водоносности конусов выноса, например, в Средней Азии, Ферганской долине,
Закавказье и др. районах.
Необходимо отметить влияние исходного состава поверхностных вод,
питающих подземные воды, на формирование степени и характера минерализации последних. Реки имеют снеговое или ледниковое питание с наибольшими расходами в период таяния снежников и ледников. В это время происходит наибольшее поглощение поверхностных вод и превращение их в под-

21

земные. Питание атмосферными осадками чаще отмечается в весенне-летний
период.

Рис. 3. Конус выноса у г. Нухи с источниками по его краю (по Ф.П. Саваренскому)

В областях с сухим климатом в предгорных районах накапливаются
большие толщи обломочного материала, выносимого реками, небольшими
оврагами и сносимого по склонам. По мере накопления обломочного материала отдельные небольшие конусы сливаются в сплошную полосу конусов
выноса, формируя наклонные равнины, окаймляющие подножья гор. Мощные континентальные отложения предгорных наклонных равнин являются
природными коллекторами огромных запасов грунтовых и артезианских вод.
Запасы формируются за счет поглощения вод поверхностных водотоков, а
также инфильтрации атмосферных осадков. В зоне свободного водообмена
воды обычно имеют невысокую минерализацию.
Значительные удельные расходы естественных потоков и наличие участков интенсивной разгрузки путем родникового стока или испарением определяет структуру формирования эксплуатационных запасов за счет главным
образом естественных ресурсов. Производительность водозаборов в целом
достаточно высокая. Для крупных месторождений с высокими фильтрационными свойствами водовмещающих пород и интенсивной естественной разгрузкой подземных вод – 150–200 тыс. м3/сут и более.
В центральных частях артезианских бассейнов крупных межгорных
впадин условия формирования месторождений подземных вод аналогичны
бассейнам платформенного типа.

22

2.1.6. Месторождения ограниченных по площади структур и массивов трещиноватых или карстующихся пород и потоков трещинножильных вод зон тектонических разломов
Такой тип месторождений характерен для территорий складчатых областей (Урал, Казахстанская складчатая область и др.). В верхних частях гидрогеологических разрезов (в породах коры выветривания) распространены
грунтовые воды, они могут быть встречены и в трещинах и более крупных
тектонических нарушениях дочетвертичных пород. Эти трещины образуются
как в процессе выветривания, так и тектоническими движениями. Вследствие
резкой расчлененности рельефа движение подземных вод в горных областях
происходит относительно быстро, а на поверхности в понижениях наблюдаются многочисленные, чаще малодебитные источники.
В горных областях отмечается вертикальная климатическая зональность, характеризующаяся увеличением количества выпадающих атмосферных осадков с высотой. Это, безусловно, оказывает влияние на условия питания подземных вод.
Горные области характеризуются повышенными коэффициентами поверхностного стока, что обусловлено большими уклонами поверхности, достигающими 0,9. В некоторых горных районах (особенно с аридным климатом
и относительно пологим рельефом) значительная часть атмосферных осадков
расходуется на испарение, поэтому на инфильтрацию приходится лишь несколько процентов от общего количества выпадающих осадков.
Подземные воды на таких территориях встречены как в рыхлых четвертичных отложениях, так и в трещиноватых породах дочетвертичного возраста, они могут быть напорными и безнапорными. Как отмечено выше, в грубообломочных продуктах разрушения горных пород, формирующих конусы
выноса и предгорные наклонные равнины, содержатся крупные запасы подземных, обычно слабо минерализованных вод.
В аллювиальных отложениях горных рек нередко наблюдаются мощные
грунтовые потоки. В засушливых районах речные воды при выходе на равнины полностью забираются системой водозаборных каналов (арыков) для
орошения, в результате чего русла рек становятся сухими. На таких участках
продолжают существовать только подрусловые потоки.
В замкнутых бессточных котловинах отмечается определенная закономерность в химическом составе подземных вод. В Ферганской котловине, например, наблюдается резкое увеличение минерализации грунтовых вод от
краевых частей котловины к центру, в этом же направлении уменьшается
глубина их залегания. Аналогичная закономерность по глубине залегания и
по степени минерализации грунтовых вод была отмечена Ф.П. Саваренским
для Кура-Араксинской низменности Закавказья.
Такая закономерность в распределении грунтовых вод объясняется условиями рельефа, климата и направленностью стока. В горных районах рас23

полагаются области питания, и здесь же выпадает большее количество атмосферных осадков, а уровень грунтовых вод находится на большой глубине,
исключающей испарение, поэтому подземные воды пресные. В центральных
частях межгорных котловин выпадает меньше осадков, поэтому почвы здесь
не промываются, а неглубокое залегание грунтовых вод (меньше высоты капиллярного поднятия) и высокое испарение способствуют накоплению солей
и в почвенном покрове и в грунтовых водах.
Наиболее перспективными для формирования эксплуатационных запасов являются структуры, сложенные интенсивно закарстованными породами.
Из-за относительно невысоких емкостных характеристик трещиноватых породи в связи с ограниченными размерами структур и трещинных зон формирование эксплуатационных запасов происходит за счет естественных и привлекаемых ресурсов. Эксплуатационные запасы этого типа месторождений
невысокие, как правило, не превышающие 10–20 тыс. м3/сут. Для более крупных структур, сложенных интенсивно закарстованными или высокопроницаемыми
породами
(осадочными,
вулканогенными,
вулканогенноосадочными и др.), эксплуатационные запасы могут достигать 100 тыс. м3/сут
и более [3].
2.1.7. Грунтовые воды морских побережий
На морских побережьях, сложенных дюнными песками, на отдельных
участках распространены грунтовые воды относительно пресного состава.
Питание этих вод происходит за счет проникновения в пески атмосферных
осадков, внутригрунтового испарения, и в меньшей мере за счет подтока вод
со стороны прилегающих возвышенностей. Поверхность грунтовых вод здесь
в сглаженном виде отражает дюнный ландшафт (рис. 4).
На участках прибрежных дюн и на морских островах пресные воды на
некоторой глубине постепенно сменяются солеными. Как правило, уровень
грунтовых вод находится выше горизонта воды в море, причем, чем дальше
от моря, тем выше уровень и больше мощность пласта пресных вод, залегающих на соленых водах. На некотором удалении от морского побережья грунтовые воды имеют смешанный состав: здесь морские соленые воды разбавлены пресными инфильтрационными. Поэтому их тип становится хлоридногидрокарбонатным натриево-магниевым с сухим остатком 3–30 г/л.
На морских песчаных побережьях и морских островах инфильтрующиеся с поверхности атмосферные осадки (а местами, возможно, и конденсационная вода) накапливаются в пористых пластах в виде той или иной мощности пресных вод на поверхности соленых морских вод. При этом морская вода оттесняется в стороны. В результате указанного процесса формируются
пласты и линзы пресных вод, залегающих на соленых. Смешение слабо минерализованных с солеными морскими путем диффузии происходит весьма

24

медленно, и они долгое время продолжают оставаться пресными или слабо
минерализованными.

Рис. 4. Поверхность уровня грунтовых вод в дюнах:
1 – песок; 2 – песок водоносный

В соответствии с рис. 5 глубина залегания пресных вод при средней
плотности морской воды, равной 1,024 г/см3, рассчитывается по формуле
= 43ℎ,

где
= + ℎ - глубина залегания пресных вод, считая от уровня моря; h –
превышение уровня пресных вод над уровнем моря.

Рис. 5. Схема залегания грунтовых вод на песчаном острове в море [3]

Грунтовые воды дюн широко используются для водоснабжения некоторых городов и селений в Голландии. Пресные грунтовые воды в дюнах и на
морских островах отмечены на Балтийском море в песках и древнекаспийских песчаниках и известняках. Так, в одной из районов эксплуатируется линза грунтовых вод с сухим остатком 1000–3000 мг/л и содержанием иона хлора
100–500 мг/л. С глубиной минерализация резко возрастает. Мощность пресных вод в центральной части линзы достигает 5 м, краевым частям она постепенно сходит на нет.
По данным Я.С. Садыкова, подземная вода, залегающая в форме линз,
Используется на полуострове Муйнак в Узбекистане.

25

При эксплуатации грунтовых вод песчаных морских побережий не следует отбирать из пласта или линзы большого количества воды, чем то, которое обеспечивается местным питанием, а также возможным подтоком пресных вод со стороны суши, иначе минерализация воды будет увеличиваться.
Количество пресных вод, притекающих из линз в водосборные сооружения (галереи, колодцы), устанавливается на основании откачек и режимных наблюдений.

Раздел 3. Методика гидрогеологических исследований
3.1. Наземная и скважинная геофизика при гидрогеологических исследованиях
Геофизические методы, основанные на использовании естественных и
искусственно созданных физических полей, широко используются в гидрогеологии для решения разнообразных задач.
Методы геофизических исследований [8]:
1) магниторазведка – изучение магнитного поля Земли;
2) гравиразведка – изучение гравитационного поля Земли;
3) электроразведка – изучение искусственно созданных и естественных
электромагнитных полей;
4) сейсморазведка – изучение полей упругих колебаний;
5) термометрия – изучение термических полей Земли;
6) физико-химические методы – изучение полей ореолов рассеяния химических элементов;
7) скважинная геофизика – изучение тех же полей в скважинах.
Для решения геологоразведочных и гидрогеологических задач необходимо наличие разницы в физических свойствах (магнитных, электрических,
упругих и др.) искомого объекта и вмещающих пород. Эта разница в свойствах проявляется в виде отклонения изучаемого поля от нормального в виде
геофизических аномалий. Выделение таких аномалий и их правильная интерпретация – основная цель геофизических исследований.
Изучение геологического строения. В гидрогеологии и инженерной
геологии часто приходится решать такие геологические задачи, как поиски и
разведка погребенных водоносных структур, картирование водопроницаемых
горизонтов и водоупоров, поиски и прослеживание трещинных зон и крупных
разрывных нарушений и ряд других. Применение того или иного метода геофизических исследований определяется его геологической и экономической
эффективностью и в зависимости от конкретных геологических условий.
Поиски погребенных водоносных структур сводятся к выделению в
разрезе маркирующих или опорных пластов горных пород, резко отличающихся своими физическими свойствами от других пород.

26

Основными методами решения таких задач являются методы электроразведки и сейсморазведки. Из методов электроразведки наиболее часто применяются [4]:
- методы вертикального электрического зондирования (ВЭЗ);
- дипольного электрического зондирования (ДЭЗ);
- частотного зондирования (ЧЗ);
- становления поля (СП).
Этими методами изучается изменение сопротивления пород по вертикали. По результатам исследований строятся кривые ВЭЗ (ДЭЗ и т.д.), которые затем интерпретируются методом сопоставления их с теоретическими
кривыми, что дает возможность получить данные о глубине залегания и
удельном электрическом сопротивлении интересующих пластов горных пород. Затем строятся геоэлектрические разрезы и карты равных глубин залегания водоносных и водоупорных пластов.
Сейсморазведка проводится методами отраженных и преломленных
волн. В зависимости от глубины сейсмические исследования подразделяются:
1) исследования больших глубин (до 60–80 км);
2) исследования средних глубин (до 6–10 км);
3) исследования малых глубин (от сотен метров до 6–10 км), проводимые для изучения четвертичных отложений и имеющие особое значение для
решения гидрогеологических и инженерно-геологических задач. Этот метод
носит название микросейсморазведка. Этим методом определяется мощность
четвертичных отложений, картируются древние погребенные долины, а также
выделяются различные по литологическому составу разности четвертичных
отложений.
Изучение поверхностных и подземных карстовых форм. Так как в
большинстве случаев трещиноватость горных пород является первопричиной
образования поверхностных и глубинных карстовых фор, изучение трещиноватости и карстопроявления представляет собой один общий вопрос, который
возникает при решении задач водоснабжения, выяснения инженерногеологических условий строительства сооружений и т.п.
Основной метод изучения закарстованности пород – электроразведка, в
меньшей мере сейсморазведка. Этими методами решаются следующие задачи:
1) выявление и оконтуривание зон повышенной трещиноватости и закарстованности;
2) определение глубины распространения этих зон;
3) обнаружение отдельных карстовых полостей и их оконтуривание.
Для решения первой задачи применяются методы электропрофилирования в сочетании с вертикальными электрическими и круговыми зондированиями. Поверхностные карстовые формы на графиках ρк методов электропрофилирования могут отмечаться как максимумами ρк (необводненный

27

карст), так и минимумами ρк (обводненный карст). Глубина погребенных карстовых депрессий определяется методом ВЭЗ и микросейсморазведки.
Глубинные карстовые формы обычно заполнены рыхлым песчаноглинистым материалом, реже встречаются полые карстовые формы. Нередко
глубинные карстовые полости связаны с приповерхностными горизонтами
карстующегося массива. Это может использоваться как поисковый критерий
глубинных карстовых форм. При этом на первом этапе выявления приповерхностных трещин используется метод электропрофилирования, а на втором этапе с помощью методов ВЭЗ устанавливается глубина интенсивного
карстопроявления.
С применением вышеописанной методики были выявлены неизвестные
карстовые полости в районе Кунгурской пещеры на глубине 50–80 м.
Практически важным вопросом изучения карста является обнаружение
карстовых полостей вблизи горных выработок. Для их обнаружения используется метод электропрофилирования по стенкам выработок и микросейсмические исследования.
Для обнаружения карстовых полостей между горными выработками
или скважинами используется метод радиоволнового просвечивания. Этот
метод основан на изучении поглощения электромагнитных волн горными породами: чем больше электропроводность горных пород, тем сильнее поглощается такими породами электромагнитная энергия.
Изучение геологических разрезов гидрогеологических скважин. Для
детального расчленения геологических разрезов применяются методы электрокаротажа (гамма-каротаж, нейтронный гамма-каротаж, каротаж по методу
радиоактивных изотопов), термокаротажа и акустического каротажа.
Специфические характерные особенности каротажных диаграмм, построенных с применением вышеуказанных методов, позволяют производить
литологическое расчленение толщ и выделять в разрезе водоупорные и водопроницаемые горизонты. Определенные сочетания особенностей различных
методов позволяют достаточно однозначно и объективно выделить в разрезе
искомые горизонты пород. В табл. 2 приведена каротажная характеристика
некоторых горных пород.
Помимо определения литологии и водоносности горных пород, данные
каротажа скважин позволяют производить корреляцию между разрезами. Для
этого на диаграммах необходимо выделить геофизические реперы, которые
должны соответствовать определенным стратиграфическим горизонтам или
участкам геологических разрезов и отмечаться на каротажных диаграммах
четкой аномалией, позволяющей легко обнаружить репер на сопоставляемых
разрезах. Большую ценность для гидрогеологов представляют разрезы, на которых проводится корреляция водоупоров и водоносных горизонтов.
Изучение температуры и минерализации подземных вод имеет
большое значение для выяснения их генезиса и возможностей практического
использования.
28

Таблица 2
Каротажная характеристика горных пород [13]
Породы
Глина
Сланцы
Водоупорные
Скальные

Пески, галечные конгломераты
Водопроницаемые
Трещиноватые горные
породы

Значения регистрируемых параметров по методам
акустиКС
ПС
ГК
НГК
ческому
ВысоВысокие
Низкие Средние
Очень низкие
кие
ВысоНизкие
Высокие
Низкие Средние
кие
Низкие для
осадочных и
Высокие и
метаморфичеВысоочень высоВысокие
ских и высокие
кие
кие
для кислых изверженных
Разные значения в зависи- Обычмости от ми- но низ- Обычно низкие Низкие Низкие
нерализации
кие
вод
Низкие (чере- Обычдование мак- но миНизкие
Низкие Низкие
симальных и нималь
минимальмальных)
ные

Температура подземных вод может измеряться в скважинах, шурфах,
пройденных из горных выработок, в колодцах и источниках термометрами
различных конструкций.
Большинство термических методов основано на изучении естественного температурного поля Земли. Это поле подразделяется на две части: зону
переменных температур (до глубины 30–40 м) и зону установившихся температур (глубокие слои литосферы). Под зоной переменных температур находится горизонт постоянной температуры, повторяющий в основном рельеф
земной поверхности. Температура этого горизонта примерно равна среднегодовой температуре данного района. Ниже горизонта постоянных температур
происходит постепенное нарастание температуры с глубиной. Термические
исследования подразделяются на наблюдения в скважинах (термокаротаж),
площадные исследования и наблюдения при проходке горных выработок.
При термических исследованиях гидрогеологических скважин устанавливаются водовыводящие трещины, определяется скорость движения подземных вод, выясняется условия циркуляции и генезис подземных вод, производится расчленение геологического разреза по термическим свойствам,
определяется нижняя граница многолетней мерзлоты и др.

29

Результатом термических исследований являются термические карты
(карты изотерм, термоизогипс, равных геотермических градиентов) и разрезы. Анализ этих карт и разрезов является эффективным способом гидрогеологических исследований.
Термические наблюдения в горных выработках могут использоваться
для прогнозирования приближения забоя к водонасыщенным породам, для
чего ведутся систематические наблюдения за изменением температуры горных пород или подземных вод в опережающих шурфах и разведочных скважинах. Изменение температуры сравнивается с заранее рассчитанным нормальным геотермическим полем, отклонения от которого говорит о приближении к обводненной зоне.
Изучение минерализации. Минерализованные воды представляют собой электролит, насыщенный теми или иными ионами. Сопротивление электролита определяется по формуле
ρэ =

∑(

а а

а

к к

,

к)

где Cа и Cк – число грамм-эквивалентов соответственно анионов и катионов;
vа и vк – подвижность анионов и катионов; feа и feк – коэффициенты электропроводности соответственно анионов и катионов, зависящие от концентрации
растворенных солей и их состава.
Полученное значение приводится к температуре 180С по формуле
ρв,

= ρв, [1 + ( − 18 )],

где ρв,18º – удельное электрическое сопротивление при температуре 180С; ρв,tº –
то же при данной температуре; а – температурный коэффициент электропроводности, равный 0,023.
Считая, что в большинстве случаев сопротивление воды обратно пропорционально концентрации солей, можно, зная величину ρв,18º и пользуясь
графиком (рис. 6), определить минерализацию подземных вод.
Измерение сопротивления воды в скважинах определяется с помощью
резистивиметра, представляющего собой каротажный зонд малых размеров.
Поиски пресных вод в пустынных районах. Необходимость определения мест скопления пресных вод среди минерализованных, как указывалось
выше, возникает вблизи морских побережий, на морских островах и в пустынях, где линзы пресных вод являются основным источником водоснабжения.

30

Рис.6. Диаграмма для определения степени минерализации подземных вод [13]

Опыт применения геофизических методов в Туркмении и в Прикаспийской низменности показывает, что основными при поисках пресных вод являются электроразведка (ВЭЗ, симметричное и комбинированное профилирование) в сочетании с бурением единичных скважин.
На первом этапе поиском методом ВЭЗ выясняют характер изменения
удельного электрического сопротивления на глубину в местах распространения как пресных, так и минерализованных вод. На втором этапе поисков одним из упомянутых методов электропрофилирования оконтуривают пресные
воды среди минерализованных. Затем в пределах оконтуренной линзы пресных вод проводят вертикальное электрическое зондирование с целью получения данных о мощности пресных вод и их запасах.
Для проверки результатов электроразведки и привязки их к определенным литологическим разностям бурят единичные скважины на площади распространения пресных вод и за ее пределами.
Изучение многолетней мерзлоты. По физическим и особенно электрическим свойствам многелетнемерзлые породы отличаются от пород, не
охваченных мерзлотой.
Для изучения многолетней мерзлоты широко применяются методы
электроразведки и термические. При решении вопросов гидрогеологического
характера эти методы оказываются особенно эффективными при прослежи-

31

вании подтоков глубинных вод в толщу мерзлых пород. Возникающие растепленные зоны создают значительные максимумы на графиках температурных
наблюдений.
Основной задачей изучения многолетней мерзлоты является определение нижней и верхней границ ее распространения. В отдельных случаях по
кривым ВЭЗ можно выделить в мерзлой толще мощные пластовые талые воды.
Для картирования площадей распространения мерзлоты применяются
методы электропрофилирования и температурные наблюдения.
Изучение трещинных подземных вод. Трещинные воды развиваются
в магматических, метаморфических и сцементированных осадочных породах.
Районы распространения трещинных подземных вод по условиям кольматации делятся на два типа: простые и сложные. Например, Балтийский щит относится к простым, поскольку процесс кольматации здесь проявлен слабо, и
зоны повышенной трещиноватости скальных пород практически всегда совпадают с зонами повышенной обводнености. К сложным районам относится,
например, Украинский щит, где широко развиты процессы кольматации. Это
приводит к неоднозначной интерпретации геофизических материалов.
Трещиноватость тектонического происхождения встречается наиболее
часто в форме линейно вытянутых зон, укладывающихся в более или менее
правильную геометрическую сетку, которая зависит от характера деформаций, происходящих внутри развивающихся структур. Трещиноватость нетектонического происхождения характеризуется площадным развитием; трещины расположены в форме полигональных сеток, не выдержаны по направлению, часто выклиниваются и бывают заполнены материалами вмещающей
породы.
Применимость геофизических методов при изучении трещинных подземных вод обусловлена изменением физических свойств горных пород за
счет появления в них трещин. На площадях развития легкорастворимых пород (гипсов, доломитов, известняков и др.) существенные изменения физических свойств могут быть обусловлены карстовыми явлениями, развитию которых способствует повышенная трещиноватость.
В наиболее простом случае, когда трещины заполнены пресной подземной водой наблюдается довольно резкое уменьшение значений физических
параметров (удельное электрическое сопротивление, магнитная восприимчивость, плотность и др.). Например, для метаморфических и изверженных пород Балтийского щита (базиты, диориты, гнейсы и др.), обводненность ультрапресными (до 100–150 мг/л) водами, удельное электросопротивление в зависимости от степени трещиноватости может изменяться в 3–5 раз и более
(табл. 3).

32

Таблица 3
Зависимость электрического сопротивления от степени трещиноватости пород [13]
Степень трещиноватости
Сильнотрещиноватые
Трещиноватые
Слаботрещиноватые
Практически монолитные

Количество открытых трещин на 1 м скважины
> 25
15 – 25
5 – 15
<5

Удельное электрическое сопротивление, ом·м
< 3000
3000 – 8000
8000 – 15000
> 15000

В наиболее сложных условиях, когда минерализация, степень кольматации и другие факторы непостоянны, разница в сопротивлении монолитных
и терщиноватых породах может изменяться в широких пределах, что приводит к неоднозначности интерпретации полученного материала. В этих условиях наиболее рационален комплекс геофизических исследований. При проведении поисковых работ превалирующее место среди геофизических методов занимают наземные, а при проведении разведочных работ – геофизические исследования в скважинах (каротажные методы).
В настоящее время геофизические методы достаточно широко применяются при изучении трещинных подземных вод, успешно решая ряд задач:
1) картирование водоносных зон, приуроченных к трещиноватым и закарстованным горным породам;
2)оценка анизотропии и степени трещиноватости пород;
3) определение характера заполнения трещин и карстовых пустот;
4) изучение условий питания и движения подземных вод;
5) изучение трещиноватых зон в разрезах скважин;
6) оценка трещинной пористости;
7) оценка водопроницаемости пород;
8) оценка гидравлической взаимосвязи водоносных горизонтов.
Картирование водоносных зон в трещиноватых и закарстованных породах обычно является основной задачей при поисках и разведке подземных
вод геофизическими методами.
Работы последовательно проводятся в три этапа. На первом этапе осуществляется сбор имеющихся по району геологических материалов, дешифрирование аэрофотоснимков и составление схематической геологоструктурной карты масштаба 1:50 000 и крупнее. Выбирается участок работ и
масштаб площадных геофизических исследований, которые проводятся на
втором этапе. Масштаб исследований не меньше 1:25000. На третьем этапе
проводится детализация выявленных по данным второго этапа аномалий или
отмеченных по данным первого этапа структур. Исследования ведутся по отдельным профилям вкрест простирания объектов исследования.
В простых районах (например, Балтийский щит) для картирования зон
распространения трещинных вод, связанных с разломами, используется метод дипольного электропрофилирования (ДП) на одном разносе. На этапе де33

тализации используется метод ДП на двух разносах для определения направления падения зоны тектонического нарушения.
В сложных районах при изучении трещинных вод метод электроразведки становится малоэффективным, поскольку сходные аномалии электросопротивления отмечаются как над обводненными, так и над кольматированными зонами. В этих условиях положительные результаты могут быть получены комплексом гравии- и магниторазведки. Данные гравиразведки могут
быть использованы для локализации зон трещиноватости и закарстованности.
Оценка анизотропии и степени трещиноватости пород основана на
резком различии физических свойств пород в зависимости от направления
трещиноватости. Анизотропия физических свойств горных пород, связанная с
трещиноватостью, отражает характер и интенсивность тектонической деятельности в районе, а также пути фильтрации подземных вод и их связь с источниками восполнения запасов. Для изучения анизотропии, как правило, используется электроразведка и модификации круговых зондирований (КВЭЗ).
КВЭЗы содержат информацию об электрической анизотропии массива, обусловленной развитием систем трещин, и выполняются обычно на участках,
выделенных по данным других методов как водоносные. Учитывая парадокс
анизотропии, большая ось эллипса полярных диаграмм сопротивления направлена вдоль простирания господствующей трещиноватости, а малая –
перпендикулярно к ней.
В случае если трещиноватость по интенсивности идругим показателям
во взаимно перпендикулярных направлениях развита в равной мере, полярные диаграммы примут форму кругов, отражая анизотропность трещиноватых пород.
Возможность количественной оценки степени трещиноватости пород
реализуется, если имеется скважина, вскрывающая водоносный горизонт. В
этой скважине проводится резистивиметрический каротаж и определяются
соответственно скорость фильтрации и действительная скорость подземного
потока. Их отношение дает значение коэффициента трещиноватости (активной скважности) водовмещающих пород.
Определение характера заполнения трещин и карстовых пустот является наименее разработанной областью приложения геофизических данных.
Это объясняется тем, что аномальный эффект в физическом поле при заполнении трещин и карстовых пустот водой либо твердым тонкодисперсным материалом примерно одинаков. В отдельных конкретных условиях могут существовать критерии для разделения зон с твердым и жидким заполнителем.
Например, на территории Балтийского щита встречаются зоны трещиноватости, в составе заполнителя которых присутствуют сульфидные минералы. Такие зоны маловодоносны. Зоны, в которых не отмечается привнос магнитных
минералов, представлены, как правило, трещиноватыми разностями кристаллических пород с хорошей водоотдачей и используются как источники водоснабжения.
34

Изучение условий питания и движения подземных вод необходимо при
оценке их эксплуатационных запасов. Здесь возникает необходимость изучения взаимосвязи подземных вод с водами перекрывающих рыхлых отложений и с поверхностными водотоками, а также установление направления и
скорости движения подземных вод в пределах эксплуатируемого горизонта.
Для этого часто используются методы ВЭЗ, выполняемые по сравнительно
густой сети наблюдений. Они носят площадной характер и концентрируются
в границах зон, по которым производится оценка эксплуатационных запасов.
Величина инфильтрационного питания через зону аэрации определяется по
ее мощности и составу. Наилучшие результаты получены при интерпретации
геофизических данных методами ВЭЗ и сейсморазведки КМПВ.
Направление и скорость движения подземных вод, являющиеся важными характеристиками потока, могут изменяться в процессе эксплуатации водоносного горизонта, что влечет за собой нарушение естественного режима.
Исследование направление и скорости потока может осуществляться по одиночным скважинам с помощью метода заряженного тела.
Выделение и изучение трещиноватых зон в разрезах скважин, пробуренных в трещиноватых породах, осуществляется различными методами каротажа. Основными задачами при этом являются установление в разрезе
скважин трещиноватых зон и оценка их фильтрационных свойств. В соответствии с указанными задачами применяемые методы разделяются на две группы [8]:
1) Методы, с помощью которых в разрезе скважин выделяются зоны
повышенной трещиноватости пород; к ним потенциально могут быть приурочены водоносные зоны:
- электрокаротаж КС,
- кавернометрия,
- гамма-гамма-каротаж (плотностной) ГГК,
- акустический каротаж.
2) Методы с помощью которых выделяются водоносные зоны, оценивается интенсивность фильтрации подземных вод и определяются гидрогеологические параметры:
- расходометрический каротаж (расходометрия),
- резистивиметрический каротаж,
- электрокаротаж ПС,
- нейтронный гамма-каротаж НГК.
При этом в отличие от двух первых методов с помощью электрокаротажа ПС и НГК количественно выделяются интервалы повышенной фильтрации.
В основу выделения трещиноватых зон первой группы положены аномальные признаки:

35

- электрокаротаж КС – уменьшение кажущегося сопротивления и «проводящие пересечения» кривых КС последовательного о обращенного градиентов;
- кавернометрия – увеличение фактического диаметра скважины и изрезанность кавернограммы;
- гамма-гамма-каротаж – уменьшение плотности пород;
- акустический каротаж – уменьшение скорости прохождения упругих
колебаний.
Необходимо отметить, что методами первой группы уточняются границы водоносных зон.
При выделении водоносных зон методами второй группы используются
следующие аномальные признаки:
- расходометрия – изменение расхода воды;
- резистивиметрический каротаж – увеличение скорости фильтрации и
часто отмечаемое изменение естественной минерализации воды;
- электрокаротаж ПС – отрицательная аномалия естественного электрического потенциала;
Помимо перечисленных аномалий некоторые водоносные зоны при
обогащении радиоактивными эманациями отмечены аномалиями гаммакаротажа.
Оценка трещинной пористости осуществляется с использованием геофизических исследований в скважинах. Наибольший интерес представляет
характеристика активной части пустотного пространства коллектора. Во многих случаях трещинная пористость может быть приравнена к водоотдаче. Тогда для оценки величины водоотдачи могут применяться в совокупности методы резистивиметрии и заряженного тела на воду.
Между емкостными характеристиками коллектора и абсолютными значениями физических свойств не существует однозначных зависимостей. При
использовании геофизических методов удается в конкретных условиях установить лишь корреляционные зависимости между емкостью коллектора и
значениями физических свойств, получаемых при электрическом, гаммагамма-, нейтронном гамма- и акустическом каротаже.
Оценка водопроницаемости пород производится с помощью каротажных методов. Основным методом является расходометрия, реже резистивиметрический каротаж. Дополнительно используются также электрокаротаж
КС и кавернометрия. По данным указанных методов можно получить фильтрационные разрезы на всю глубину бурения и осуществить их корреляцию по
совокупности исследованных скважин, как по отдельным сечениям, так и по
всему месторождению в целом.
Оценка гидравлической взаимосвязи водоносных горизонтов диктуется
необходимостью изучения условий формирования подземных вод, их питания и транзита, характера циркуляции в пространстве. Для этого эффективно
используются данные расходометрического каротажа в скважине, реагирую36

щей на откачку воды из соседней скважины. Обычно такие работы проводятся в наблюдательных скважинах опытных кустов в процессе откачки воды из
центральной (возбуждающей) скважины. Сопоставление срезок по различным
горизонтам в реагирующих скважинах может служить сравнительной характеристикой фильтрационной связи водоносных горизонтов с возмущающей
скважиной. Дальнейшее гидрогеологическое истолкование этих данных определяется конкретными условиями района и задачами проводимых исследований.
Изучение движения подземных вод. Для этих целей применяются полевые и скважинные геофизические методы. К полевым методам относятся
методы электропрофилирования, вертикального электрического, кругового и
частотных зондирований, естественного электрического поля и др. С помощью этих методов удается определить направление подземного потока, обнаружить скрытые под наносами родники и места утечек поверхностных вод из
русел рек, озер и водохранилищ.
Другую группу составляют скважинные методы исследований: резистивиметрия и термометрия, метод радиоактивных изотопов, электролитический метод, метод заряженного тела и др. Эти методы позволяют определить
места притоков подземных вод в скважину и выделить зоны активного водообмена, помогают изучить скорости фильтрации на разных глубинах и оценивают фильтрационные способности отдельных толщ пород в интервале активного водообмена, служат для определения направления и действительной
скорости движения подземных вод по группам и одиночным скважинам, помогают изучить водопоглощающие свойства пластов во время откачек, наливов и нагнетаний.
Наиболее высокая эффективность достигается при комплексном использовании полевых и скважинных методов.
Определение мест притоков вод в скважину и выделение зоны активного водообмена. Известны три способа определения мест притоков в скважин с помощью резистивиметров и термометров [5]:
1) оттартывания;
2) продавливания;
3) статический.
Способ оттартывания применяется в случае малых притоков. При работе с резистивиметром в скважину закачивают воду с удельным электрическим сопротивлением, резко отличающимся от удельного сопротивления подземных вод. Затем, отбирая воду желонкой, добиваются понижения уровня
для усиления притока. После каждого понижения замеряют удельное сопротивление воды. Оттартывание и замеры сопротивления продолжают до тех
пор, пока притоки не будут отмечены с достаточной наглядностью. Повышение сопротивления наблюдаются в случае притока более пресных вод, понижение – более минерализованных.

37

Три работе со скважинным термометром (ЭТС-2) скважину предварительно промывают холодной или подогретой водой, температура которой на 5
– 100С отличается от температуры подземных вод. После промывки периодически отбирают воду желонкой и производят замер температуры по всей
скважине. Местоположение притока определяется на термограмме по локальной аномалии на фоне серии кривых.
Способ продавливания используется при больших дебитах. В скважину
периодически закачивают или заливают фиксирующую жидкость, удельное
сопротивление и температура которой резко отличается от сопротивления и
температуры воды, заполняющей ствол скважины. Затем с помощью резистивиметра или термометра определяют местоположение границы раздела двух
жидкостей. В результате получают серию кривых, по которым можно проследить перемещение границы раздела с течением времени. Глубина, на которой
она остановится, несмотря на продолжение закачки, покажет нижнюю границу зоны поглощения.
Статический метод основан на искусственном изменении физических
свойств воды в самой скважине и наблюдении притоков при статическом
уровне.
Для изменения свойств воды в скважине применяются различные вещества:
- электролиты (электролитический метод);
- красители (фотоэлектрический метод);
- кислоты (электрохимический метод) и др.
Кроме того, можно изменять температуру воды, например путем промывки скважины.
При электролитическом методе в интервале исследования предварительно растворяют электролит – поваренную соль. После засоления выполняют замеры удельного сопротивления раствора резистивиметром. Места
притоков отметятся повышением сопротивления воды.
В фотоэлектрическом методе применяют специальный скважинный
прибор для определения степени прозрачности жидкости.
Электрохимический метод основан на изучении контактной разности
потенциалов гальванической пары, погруженной в жидкость. В скважину
опускают на кабеле две пластины из разных металлов, между которыми при
погружении в жидкость образуется контактная разность потенциалов, значение которой будет зависеть от химического состава жидкости. В обычной
промывочной жидкости разность потенциалов составляет 200–600 мв, при
добавлении слабой кислоты она увеличивается до 13400 мв. Разность потенциалов замеряют вольтметром или каротажным регистратором. Места притоков отмечаются минимальными показаниями.
Определение скоростей фильтрации по одиночным скважинам проводят следующими методами:
- электролитическим;
38

- радиоактивных изотопов;
- термическим.
Электролитический метод основан на изучении убывания электролита в
искусственно засоленной скважине. Он применяется для изучения движения
пресных или слабоминерализованных подземных вод в зоне активного водообмена. Для этого используют одиночную скважину, не обсаженную трубами
или оборудованную фильтром в интервале водоносного горизонта. В качестве
электролита используют поваренную соль. Измерения проводят резистивиметром.
Предварительно в скважине выполняют комплекс каротажных работ, в
том числе и измерение удельного электрического сопротивления воды резистивиметром. По кривой сопротивления оценивают естественную минерализацию подземных вод и ее изменение с глубиной. Затем в скважине растворяют электролит. Количество соли берут с таким расчетом, чтобы концентрация электролита после его растворения не превышала 2 г/л.
Измерения производят через каждые 15 – 20 мин или через час, в зависимости от скорости вымывания соли.
Наблюдения проводятся в течение нескольких часов, иногда суток до
полного опреснения электролита в интервале исследования. Для надежной
интерпретации надо иметь не менее пяти кривых сопротивления, на которых
места притоков отмечаются последовательно нарастающими максимумами
показаний.
Скорость фильтрации определяют по формуле
=

(

,

)

lg

,

где d – диаметр скважины; C0 – естественная минерализация подземных вод в
эквиваленте NaCl; C1 и C2 – концентрация электролита в момент времени t1 и
t2; m – число, показывающее, во сколько раз скорость движения воды в скважине больше скорости фильтрации воды в породе.
Множитель m изменяется от 0 до 2 в зависимости от проницаемости
стенок фильтра. В идеально водопроницаемой скважине он равен 2.
По данным электролитического метода строят кривую или эпюру изменения скоростей фильтрации с глубиной. По ней можно найти среднее значение скорости для любого выделенного интервала:
ср

∆ℎ ⁄∑

=∑

∆ℎ ,

где vi – скорость фильтрации для малого интервала Δhi. Если известно среднее значение гидравлического уклона, то из данной формулы можно найти
коэффициент фильтрации по формуле

39

ср

ср

=

ср

.

Наилучшие результаты получаются при исследованиях в скважинах
большого диаметра, пробуренных в песчаных или гравийно-галечных отложениях.
Метод радиоактивных изотопов основан на том же принципе, что и
электролитический метод. По результатам наблюдений в скважине изучается
скорость убывания концентрации изотопов в предварительно активированной
скважине.
Термометрический метод основан на измерении температур в искусственно нагретой скважине небольшой глубины. Нагревание производится
электронагревателями, спускаемыми в скважину на кабель-тросе или греющим кабелем.
С течением времени воды в скважине остывает вследствие переноса тепла движущейся жидкостью, конвекции, теплообмена с окружающими породами и ряда других факторов. В зоне активного водообмена наибольшие изменения температур произойдут, очевидно, за счет горизонтальной циркуляции подземных вод. Замеряя периодически температуру воды после нагревания скважины, можно вычислить скорость фильтрации по формуле
=

(

,

)

,

где T0 – температура воды до нагревания; T1 и T2 – температура воды в моменты времени t1 и t2.
Термометрический метод может быть использован для изучения движения минерализованных вод в зоне активного водообмена.
Изучение относительной водопроницаемости горных пород. Известно несколько способов выявления проницаемых пластов, основанных на изучении скорости вертикального движения жидкости по стволу скважины во
время налива или нагнетания воды. Принцип их заключается в следующем.
В скважину с постоянной скоростью непрерывно закачивают (наливают) фиксирующую жидкость: слабый раствор электролита, подогретую воду,
активированную жидкости или др. С помощью резистивиметра, термометра
или другого соответствующего прибора наблюдают за продвижением границы раздела между водой, находящейся в скважине, и закачиваемой жидкостью. Граница раздела будет опускаться с постоянной скоростью до тех пор,
пока не встретит проницаемый пласт. Здесь скорость уменьшится, так как
часть жидкости будет поглощаться пластом. Если ниже находятся другие
проницаемые слои, скорость будет изменяться скачками, становясь все меньше и меньше, и, наконец, она станет практически равна нулю, когда граница
раздела минует все места поглощения.

40

Зная скорость движения жидкости по стволу скважины и диаметр последней, легко вычислить расход воды для любого интервала как произведение скорости на площадь осевого сечения скважины. Размер водопоглощения
равен разности расходов Q 1 – Q2, замеренных выше и ниже проницаемого
пласта. Отсюда, зная мощность пласта h и действующий напор H (м), можно
рассчитать удельное водопоглощение по формуле
=(

−

)/(ℎ ).

Следует иметь в виду, что местные изменения скорости движения жидкости могут произойти за счет увеличения (или уменьшения) диаметра скважины. Для внесения соответствующих поправок надо иметь кавернограмму.
Определение мощности зоны питания скважины во время откачек.
При откачках из неоднородных по проницаемости пластов приток подземных
вод в скважину происходит неравномерно. Наибольшее количество воды поступает из хорошо проводящих горизонтов, тогда как другая часть пород
практически не оказывает влияния на дебит откачки. Средний коэффициент
фильтрации, рассчитанный по результатам откачек и обычно относимый ко
всей мощности водоносных пород, может лишь приближенно охарактеризовать их фильтрационные свойства. Поэтому очень важно выделить в пределах
изучаемого интервала зону водопроницаемых пород, за счет которой в основном осуществляется питание скважины.
Необходимые сведения можно получить одним из методов определения
притоков. Так, например, наблюдая во время откачки приток подземных вод с
помощью резистивиметра, можно достаточно четко отметить нижнюю границу притока воды в скважину и на основании этого уточнить мощность зоны
питания.
Кроме резистивиметрии для выделения зон водопроницаемых пород
применяется расходометрический каротаж (расходометрия). Она заключается
в измерениях расходомерами расхода осевого потока воды, циркулирующего
вдоль ствола скважины. По результатам расходометрии в совокупности с
гидравлическими построениями получают данные и гидрогеологических параметрах проницаемых водоносных интервалов разреза:
- глубине залегания;
- мощности;
- удельном дебите;
- пьезометрическом напоре;
- коэффициенте фильтрации;
- водопроводимости.

41

3.2. Месторождения полезных ископаемых, открытые гидрогеохимическим методом
На возможность обнаружения месторождений полезных ископаемых
гидрогеохимическим методом указывали в 30–40-е годы прошлого века А.Е.
Ферсман, А.Е. Сергеев и др. исследователи [9].
Результаты изучения состава вод рудных месторождений обобщены
А.М. Овчинниковым (1947 г), который показал самостоятельность и специфичность гидрохимического метода поисков месторождений полезных ископаемых.
Длительное время и весьма эффективно использовались гидрохимические данные для обнаружения месторождений солей. Успешно применяется
этот метод и при прогнозировании нефтегазоносных площадей.
Гидрохимический метод поисков рудных месторождений позволил обнаружить в различных геологических структурах месторождения полиметаллов, молибдена и урана. На территории Красноярского края гидрогеохимическим методом открыты месторождения полиметаллов – Октябрьское (Талнах), Гравийное (Туруханский район), а также – на территории Хакасии –
Хараджульское и Бутурханское.
Установленные в процессе гидрохимических исследований закономерности формирования состава подземных вод используются в процессе выполнения работ, связанных с выделением перспективных водных потоков рассеяния рудных месторождений, определением ориентировочного состава и
примерной глубины залегания прогнозируемых рудных тел.
Успех гидрогеохимических поисков зон минерализации во многом определяется тщательностью анализа особенностей геологического строения
изучаемых территорий и в первую очередь – выявлением роли разрывных
тектонических нарушений в формировании перспективных водных потоков
рассеяния. В этом отношении несомненный интерес представляет опыт разработки показателей, позволяющих относить гидрогеохимические аномалии к
определенному типу разломов (глубинным, зонам локальной трещиноватости
и т.д.). Эти данные позволили, в частности, дать перспективную оценку на
полезные ископаемые такой геологической структуры, как Томь-Колыванская
складчатая зона (Удодов, 1971).
Гидрогеохимические поиски месторождений нефти и газа основаны на
факте существования ореолов рассеяния залежей углеводородов в подземной
гидросфере. Они заключаются, прежде всего, в изучении химического, органического, микрокомпонентного, газового, изотопного и микробиологического состава подземных вод, интерпретируемого с учетом типа нефтегазоносных структур, истории их развития, гидрогеологических, гидрогеохимических условий, степени катагенетического и других видов геохимического изменения пород и огранического вещества.

42

Подробный подход к данному вопросу четко прослеживается в работах
М.Е. Альтовского, В.А. Сулина, А.А. Карцева, М.С. Гуревича и др. При изучении состава подземных вод в нефтепоисковых целях серьезное внимание
уделяется, прежде всего, получению качественных проб воды из соответствующих водоносных горизонтов (без примеси бурового раствора), позволяющих получить количественные значения региональных и локальных показателей нефтегазоносности, специфические для различных геологических
структур. В 50-е годы прошлого столетия этим методом были открыты в предуральском прогибе месторождения нефти: Туймазинское, Бугурусланское,
Октябрьское и др [6].
Наиболее важными нефтегазопоисковыми гидрогеохимическими признаками являются: газонасыщенность подземных вод, состав водорастворенных газов и органических веществ. Использование этих показателей позволяет выделять как крупные нефтегазоносные территории, так и локальные площади. Например, использование данных по упругости растворенных газов на
первых этапах изучения Западно-Сибирского артезианского бассейна позволило Н.Н. Ростовцеву (1950 г) обосновать перспективность на нефть игаз этой
провинции. Дальнейшие исследования показали, что основные нефтегазоносные районы и зоны бассейна оконтуриваются значениями газового фактора
более 1 л/л, упругости растворенных газов более 0,7, концентраций тяжелых
углеводородов > 2 %. По данным М.И. Зейдельсона (1976 г), региональная
граница промышленной нефтеносности в терригенном девоне на востоке Русской платформы проводится по изолинии общей газонасыщенности 0,25–0,3
л/л и содержанию углеводородов в составе водорастворенных газов 25–30 %.
При оценке продуктивности локальных структур наряду с повышенными относительно фона значениями указанных показателей прямое нефтепоисковое значение приобретает бензол, изотопы углерода гидрокарбонатионов, аквабитумоиды, некоторые рудные элементы (например, никель, кобальт, серебро, молибден и особенно ртуть), иногда радий. Дискутируется
вопрос и о локальном нефтепоисковом значении изотопов водорода и кислорода, а также некоторых ионно-солевых показателей.
Применение рассматриваемого метода связано с решением серьезных
задач:
- как выяснение поисковых признаков в конкретных районах, их генезис и режим;
- вопросы комплексирования различных видов опробования;
- проверка качества и степени близости к природной обстановке используемых для анализа проб воды и газа;
- выявление параметров (зональности, конфигурации, размеров) и контрастности водных ореолов рассеяния нефтегазовых залежей для различных
литолого-структурных условий.
Гидрогеохимические методы поисков соляных месторождений практикуются достаточно длительное время – поиски соленых вод часто считались
43

показателями соответствующих залежей соли. Между составом соляных пластов и растворяющих их инфильтрогенных вод, особенно неглубокой циркуляции, имеется достаточно четкая корреляция, что позволяет для этого типа
вод уверенно интерпретировать результаты гидрогеохимических работ. Значительная часть месторождений солей обнаружена или по выходам засоленных вод на поверхность, или по опробованию их при вскрытии скважинами.
Гораздо сложнее решаются вопросы интерпретации результатов опробования глубокозалегающих седиментогенных или смешанных (тектонических и инфильтрогенных) вод. В этом случае приходится использовать значения различных отношений между содержащимися в воде компонентами, данные по изотопному составу воды, а также проводить анализ палеогидрогеологических условий изучаемой гидрогеологической структуры. Так, в работе
М.Г. Валяшко (1966 г) предлагается использовать при поисках галитовых залежей значения натрий-хлорного коэффициента > 0,85 (при величине минерализации воды до 150 г/л), бром-хлорного < 0,2–0,3, магний-хлорного < 1,0.
Для обнаружения гидрогеохимическим методом калийных залежей рекомендуются величины коэффициента Br/Cl до 1,0, K/Cl чаще всего > 20 (до 100),
K/Br при минерализации рассола до 200 г/л, как правило, значительно < 3.
По данным Е.В. Пинеккера [13], поиски калийных месторождений
можно осуществлять, применяя наряду с другими показателями величину
кальйного коэффициента подземных вод К·100/∑солей и магний-хлорного отношения. Повышенные значения последнего показателя указывают на возможность выщелачивания карналлитовых залежей. Е.В. Пинеккером сделан
также вывод о том, что высокая калиеносность не только рассольных вод
выщелачивания, но и сложных по генезису сильнометаморфизованных концентрированных рассолов может быть в ряде случаев обусловлена наличием
калийных солей в галогенных отложениях.
Используя аномальные значения калийного коэффициента (> 5) при абсолютном содержании калия 0,5–2,5 г/л и выше в водах скважин и источников Сибирской платформы, Е.В. Пинеккер выделил несколько перспективных
на калийные соли районов: Канско-Тасеевский, Непско-Тунгусский, ЧаинскоСоляновский, Кутуоикско-Шелонинский и др. Эти прогнозы также подтверждены результатами проведенных здесь других видов поисковых работ и открытием калиеносного бассейна.
Обнаружение месторождений полиметаллов гидрогеохимическим методом рассмотрим на примере формирования химического состава поверхностных и подземных вод северо-западной части Среднесибирского плоскогорья.
Для вод этого региона характерен ярко выраженный «известковистый»
и «доломитовый» химический состав, как поверхностных вод, так и подземных вод четвертичных отложений.
Своеобразный химический состав вод некоторых озер и рек обусловлен
частичным питанием их напорными подмерзлотными хлоридными натрие44

выми и сульфатными натриевыми водами. Повышенная сульфатность воды,
взятой из озера Кыллах-Кюель, объясняется близостью места отбора пробы к
сульфидному месторождению.
Воды туфолавовой толщи пермо-триаса и пород тунгусской серии в северо-западной части Среднесибирского плоскогорья имеют преимущественно
гидрокарбонатный натриевый и гидрокарбонатный кальциевый состав водовмещающих изверженных пород (базальты, туфы, туффиты). Тесная связь катионного состава с литологией изверженных пород заключается в том, что в
зависимости от состава полевых шпатов формируются воды кальциевые или
натриевые. Основным же источником образования гидрокарбонатных анионов в подземных водах являются биохимические процессы в коре выветривания.
Сульфатные кальциево-натриевые пресные воды отличаются лишь локальным распространением и встречаются в основном на участках сульфидных месторождений Талнахского, Октябрьского, Норильск I и др.
Главнейшими растворимыми минералами, определяющими химию
подмерзлотных вод карбонатно-галогенных месторождений от силура до
кембрия, в рассматриваемом регионе являются гипс, ангидрит, доломит и галит. Так, наличие гипсоносных фаций служит причиной образования сульфатных кальциевых вод. Минерализация этих вод 2,0–3,0 г/л, что определяется растворимостью гипса. Хлоридные натриевые высокоминерализованные
воды генетически связаны с соленосной толщей, состоящей в основном из галита. Мощные пласты каменной соли вскрыты при проходке подземных горных выработок на Талнахском месторождении и скважинами в долинах озер
Пясино и Ламы.
Генезис холодных натриево-кальциевых и кальциево-натриевых вод
третьего типа с относительно высокой минерализацией (0,5–2,5 г/л), обнаруженных в районах сульфидных медно-никелевых месторождений данного региона, очень сложен. Воды подобного состава очень редко встречаются в
природе. По своему химическому облику они напоминают нефтяные воды
(хлор-кальциевый тип, по В.А. Сулину), но, в то же время, резко отличаются
от последних низкой минерализацией. По-видимому, в формировании химического состава этих вод главная роль принадлежит рудоносным интрузиям,
приуроченным к Норильско-Хараелахскому, Фокинско-Тангаралахскому,
Имангдинско-Летнинскому и другим глубинным разломам. На связь подобных вод с рудными месторождениями указывают Д.Е. Уайт, Е.Т. Андерсон,
Д.Е. Груббс и др. исследователи [13].
Ведущим фактором формирования слабосолоноватых сульфатных натриевых вод, встреченных в характеризуемом районе, является катионный
обмен. Интенсивность катионного обмена зависит от многих факторов, главными из которых являются степень дисперсности породы, природы обменивающихся катионов, рН среды, концентрация электролитов в растворе.
Обычно чем выше дисперсность породы, тем больше способность ее к обме45

ну. Поэтому влияние катионного обмена на химический состав заметно сказывается в глинах и глинистых породах. В рассматриваемом регионе довольно широко распространены глины морского происхождения, в поглощенном
комплексе которых преобладает Na+.
Формирование микрокомпонентного состава природных вод можно отчетливо проследить на примере Талнахского, Октябрьского, Норильск II,
Имангдинского и других сульфидных месторождений и рудопроявлений рассматриваемого региона. Несмотря на присутствие в водах изучаемого региона
большого комплекса микроэлементов, для этих месторождений и рудопроявлений характерна следующая ассоциация рудных элементов в водах: медь,
никель, кобальт, хром, цинк, титан, серебро и ванадий. Основным источником обогащения вод этими микрокомпонентами служат халькопирит, пирротин, пентландит, кубанит, миллерит и другие сульфиды.
Аномальные концентрации элементов зафиксированы не только в подземных (над- и подмерзлотных), но и в поверхностных водах, причем содержание их в водах превышает гидрохимический фон в 3–20 раз, а на отдельных участках – в десятки и сотни раз.
Наиболее отчетливо видны изменения в химическом составе поверхностных и подземных вод, происходящие под влиянием рудных тел, на многочисленных гидрохимических профилях, построенных через известные сульфидные месторождения и рудопроявления.
Поинтервальное гидрохимическое опробование скважин до вскрытия
сульфидных медно-никелевых руд также показало наличие в подземных
(подмерзлотных) водах в аномальных количествах меди, никеля, кобальта,
хрома, цинка, титана, серебра и ванадия.
Данные химического состава подземных вод использованы в поисковых
целях при опробовании мелких картировочных скважин на площадях кондиционной геологической съемки масштаба 1:50 000, что дало положительные
результаты. Так, например, одна из скважин, пройденная в 1964 г. В долине р.
Хараелах, была закрыта на глубине 186 м, не вскрыв какого-либо рудопроявления. По результатам гидрохимического опробования напорных подмерзлотных вод, вскрытых этой скважиной, были обнаружены аномальные содержания меди – до 46,0 мкг/л, титана – до 234,0 мкг/л, циркония – до 13,0
мкг/л и других микроэлементов. Участок был рекомендован для проверки бурением. При проверке этой аномалии в 1965 г. Первые же скважины вскрыли
сплошные богатые и вкрапленные сульфидные медно-никелевые руды значительной мощности.
Таким образом, по указанной ассоциации элементов в водах в районах
известных сульфидных месторождений и рудопроявлений региона отчетливо
выделяются гидрохимические аномалии. И, несмотря на то, что большая
часть рудных тел залегает на значительной глубине от поверхности, все эти
аномалии являются очень контрастными и хорошо фиксируются как в подземных, так и поверхностных водах.
46

Наиболее контрастные гидрохимические ореолы и потоки рассеяния
образуются в условиях интенсивного окисления сульфидных руд. На основании установленных поисковых гидрохимических критериев в северозападной части Среднесибирского плоскогорья за период 1963 – 1975 гг. обнаружены 34 гидрохимические аномалии. 13 из выделенных аномалий связаны с известковистыми сульфидными медно-никелевыми месторождениями и
рудопроявлениями.
К настоящему времени 7 аномалий, обнаруженных в долинах рек Хараерлах, Ергалах, Северный Талнах, Мокулай, Томулах и Тулаек-Таас, проверены бурением. Проверка показала, что прогнозы на основе гидрохимических
данных подтвердились. Пробуренными скважинами на различных глубинах
вскрыты интрузии с сульфидным медно-никелевым оруденением.
Аномалия, выявленная в верховьях р. Томулах, проверена скважиной,
которая в интервале 564,2–576,15 м вскрыла горизонт вкрапленного сульфидного медно-никелевого оруденения.
При проверке аномалии, расположенной в устье р. Тулаек-Таас, скважинами вскрыта дифференцированная рудоносная интрузия.
Аномалия, расположенная в долине р. Ергалах, проверена рядом скважин, которые вскрыли краевые дифференцированные рудоносные интрузии.
В разрезе интрузии выделяются в верхней части оливиновые габбродолериты. В оливиновых разностях отмечена спорадическая рассеянная
сульфидная вкрапленность халькопирит-пирротинового состава. Шлировая и
мелкопрожилковая сульфидная вкрапленность отмечена также в метаморфизованных породах девона вблизи контакта с интрузией. Этот участок представляет интерес для поисков богатых медно-никелевых руд.
При проверке другой аномалии, обнаруженной в долине р. Ергалах (при
выходе реки из гор в Норильскую долину), одной из скважин вскрыта слабо
дифференцированная интрузия небольшой мощности. Обнаружение этой последней аномалии показывает, что по результатам гидрохимических исследований могут быть обнаружены даже весьма маломощные рудоносные интрузии.
Вблизи г. Норильска на небольших глубинах обнаружены минеральные
воды, представляющие бальнеологический интерес и, несомненно, заслуживающие дальнейшего изучения.
Рассматривая в целом гидрохимию северо-западной части Среднесибирского плоскогорья, можно наблюдать четко выраженную вертикальную
гидрохимическую зональность, заключающуюся в повышении с глубиной
минерализации вод и в смене гидрокарбонатных вод сначала сульфатными, а
еще глубже хлоридными. Последние вначале характеризуются соотношением
Cl- < Na+, затем Cl- > Na+ и в самых нижних горизонтах Cl- > Na+ + Mg2+. На
участках распространения зон тектонических нарушений и, особенно, в пределах Норильско-Хараелахского, Имангдинско-Летнинского, Далдыканского
и других региональных глубинных разломов, по которым напорные воды
47

нижних горизонтов поднимаются кверху, закономерный переход одних типов
вод в другие местами нарушается. На некоторых участках (долины оз. Хантайского, рек Валек, Имангда и др.) соленые воды хлоридного состава близко
подходят к дневной поверхности и смешиваются с водами верхних горизонтов.
Анализ большого фактического материала позволил Е.Е. Кузьмину и
Е.В. Посохову выяснить основные закономерности распределении микрокомпонентов в природных водах исследуемого региона, их происхождение и особенности миграции. На основе изучения вод известных сульфидных месторождений – Талнахского, Октябрьского, Норильск II, Имангдинского и других – установлена отчетливая поисковая ассоциация рудных элементов в водах: медь, никель, кобальт, хром. Наличие в водах этой ассоциации микрокомпонентов, а также часто элементов-спутников: цинка, титана, серебра и
ванадия – в аномальных количествах может служить прямым поисковым гидрохимическим критерием на сульфидные руды.

48

Рекомендации по изучению теоретического курса
Формой отчетности по самостоятельной работе являются опорные конспекты. Для составления конспекта рекомендуются следующие планы:
1.1. Роль русских ученых в развитии и становлении гидрогеологии
1) Имя русского ученого
2) Период времени
3) Раздел и направление гидрогеологии, в котором производились исследования
4) Вклад в развитие гидрогеологии
1.2. Подземные воды современного вулканизма и морских акваторий
1) Тип воды по условиям залегания
2) Территории распространения данного вида воды
3) Приуроченность к геологическим структурам
4) Гидрогеологические системы
5) Происхождение подземных вод
6) Характерные признаки:
- условия питания, распространения и разгрузки
- режим подземных вод
- глубина залегания, мощность, гидростатический напор
- состав подземных вод, минерализация, температура, наличие характерных микрокомпонентов, газов и т.д.
- источники
7) Применение
2.1. Типы месторождений подземных вод
1) Тип подземных вод по условиям залегания
2) Территориальная приуроченность
3) Приуроченность к геологическим структурам
5) Происхождение подземных вод
6) Характерные признаки:
- условия питания, распространения и разгрузки
- режим подземных вод
- глубина залегания, мощность, гидростатический напор, водообильность и др.
- состав подземных вод, минерализация, температура, наличие характерных микрокомпонентов, газов и т.д.
- источники
7) Запасы и ресурсы подземных вод
8) Применение
3.1. Наземная и скважинная геофизика при гидрогеологических исследованиях
1) Основные задачи геофизических исследований в гидрогеологии

49

2) Методы геофизических исследований, применяемые в гидрогеологии
3) Применение каждого из геофизических методов для решения конкретной задачи
- возможность применения
- преимущества данного метода
- методика проведения исследований
4) Особенности применения методов геофизических исследований для
конкретной гидрогеологической обстановки
5) Результаты геофизических исследований, способы их обработки, интерпретации и отражения результатов
3.2. Месторождения полезных ископаемых, открытые гидрогеохимическим методом
1) Суть гидрогеохимического метода поисков полезных ископаемых
2) Задачи гидрогеохимического метода
3) Возможность применения гидрогеохимического метода для поисков
конкретных видов полезных ископаемых
4) Месторождения, открытые гидрогеохимическим методом
- тип месторождения
- контрастность гидрохимических ореолов и потоков рассеяния
- основные элементы-индикаторы
- ассоциации химических элементов в гидрогеохимических аномалиях
- соотношения между содержащимися в воде компонентами
- результаты заверки аномалий

Рекомендации по оформлению лабораторных работ
Одним из видов самостоятельной работы является компьютерное
оформление лабораторных работ и подготовка к их защите.
К оформлению тестовой части предъявляются следующие требования.
Поля страниц должны быть: а) левое – 22 мм; б) правое – 22 мм; в) верхнее –
30 мм, включая номер страницы (до верхней границы номера страницы 20 мм
+ 5 мм (номер страницы – 12 кг.) + 5 мм до текста – всего 30 мм) при нумерации страниц вверху и 20 мм при нумерации внизу; г) нижнее – 20 мм (при
нумерации страниц внизу поле должно составлять 30 мм, см. п. «в»). Гарнитура шрифта - Times New Roman. Абзацный отступ одинаковый по всей рукописи – 1,25 см. При наборе необходимо установить автоматический перенос. Работа должна быть набрана кг. 14 через 1,5 интервал.
Особые требования предъявляются к оформлению графических материалов. В лабораторной работе 1 необходимо построить карту пьезоизогипс.
Построение может производиться, во-первых, простой оцифровкой в программах EasyTrace, ArcMap. Для этого нужно вручную при помощи палетки

50

отстроить карту, затем сканировать рисунок и экспортировать его в нужную
программу.
Во-вторых, карту можно построить автоматически в ArcMap, введя в
программу пространственные и табличные данные.
Карта пьезоизогипс должна сопровождаться следующими условными
обозначениями:
1) Пьезоизогипсы – окрашиваются синим цветом, в разрывах отмечаются абсолютные отметки пьезометрической поверхности;
2) Направление движения подземных вод – обозначается стрелками по
перпендикуляру между пьезоизогипсами от большей к меньшей отметке;
3) Область питания, распространения напора и область разгрузки показываются цветом или штриховкой по усмотрению студентов;
4) граница между гидрогеологическими системами проводится линией
(красного цвета).
Во вторую лабораторную работу следует включить таблицу пересчета
основных макрокомпонентов из ионной формы в миллиграммэквивалентную, затем в процент-эквивалентную. При определении показателей химического состава подземных вод сначала указывается формула для
определения показателя или условие, по которому он определяется, затем
приводится сам расчет (например, т.к. рН < 7, а G карб < 8,6 мг-экв/л, то воды
обладает общекислотной агрессивностью). При определении групп воды по
различным показателям указывается классификация и ее автор.
Завершающим этапом является оценка пригодности воды для хозяйственно-питьевого назначения с ссылками на СанПиН.
Третья и четвертая работы – это решение задач по определению водопритоков к водозаборным сооружениям и горным выработкам. Для правильного решения таких задач необходимо составить схему водоносного горизонта, нанести на нее водозабор или горную выработку и отметить все параметры. Схема составляется в программе CorelDRAW.
Условия задач записывается с применением буквенного обозначения
элементов фильтрационного потока. Затем записывается формула, в нее подставляются цифровые значения, и производится расчет. В конечном результате указываются единицы измерения высчитанного параметра.
При выполнении работы по определению физико-механических свойств
горных пород указывается цель работы, ход работы, оборудование, на котором выполняется работа. Полученные результаты оформляются в соответствии с указаниями к конкретной лабораторной работе.
В расчетах основных и косвенных показателей физико-механических
свойств обязательно приводится формула расчета с расшифровкой входящих
в нее параметров. Графики отстраиваются в программе CorelDRAW.
В лабораторной работе «Расчет устойчивого профиля откоса» приводится рисунок устойчивого профиля откоса с выделением слоев с соответствующими характеристиками нормальной нагрузки, сцепления и внутреннего
51

трения. Рисунок составляется в масштабе 1: 300. Затем указываются формулы расчета основных показателей и сами расчеты.
При характеристике инженерно-геологических явлений в долине реки
(на примере оползней) приводится схема строения склона долины реки, на
которой проведены границы оползневого склона. Затем дается характеристика методики исследований с помощью физико-механических свойств пород и
описывается оползень в соответствии с методическими указаниями.

Рекомендации по подготовке к защите лабораторных работ
При подготовке к защите лабораторных работ следует использовать материалы лекционного курса, методические указания по выполнению лабораторных работ с расширенным представлением теоретического материала, а
также рекомендуемую в этих компонентах литературу. Для подготовки лабораторных работ используются следующие темы лекционного курса:
1. Гидрогеологические системы и их свойства – тема «Типы подземных
вод».
2. Химический состав подземных вод – тема «Химический состав подземных вод».
3. Определение притоков воды к водозаборным сооружениям – тема «
Основы гидродинамики».
4. Определение притоков воды к горным выработкам – тема «Гидрогеологические исследования на месторождениях полезных ископаемых».
5. Использование показателей физико-механических свойств для характеристики грунтов – тема «Основы грунтоведения».
6. Расчет устойчивого профиля откоса – темы «Основы грунтоведения»
«Экзогенные геологические и инженерно-геологические процессы и явления».
7. Характеристика инженерно-геологических явлений в долине реки (на
примере оползней) – темы «Основы грунтоведения» «Экзогенные геологические и инженерно-геологические процессы и явления».

52

Список литературы
1. Боревский, Б. В. Оценка запасов подземных вод / Б. В. Боревский, Н.
И. Дробноход, Л. С. Язвин. – Киев : Выща школа, 1989. – 407 с.
2. Всеволжский, В. А. Основы гидрогеологии: учебник / В. А. Всеволжский. – М. : МГУ, 2007. – 448 с.
3. Гальперин, А. М. Гидрогеология и инженерная геология: учебник для
ВУЗов / А. М. Гальперин, В. С. Зайцев, Ю. А. Норватов. – М. : Недра, 1989. –
383 с.
4. Геофизические методы поисков и разведки / Под ред. В. П. Захарова.
– Л. : Недра, 1982. – 304 с.
5. Комплексирование методов разведочной геофизики. Справочник
геофизика / Под ред. В. В. Бродового, А. А. Никитина. – М. : Недра, 1984. –
471 с.
6. Кузьмин, Е. Е. Гидрохимия северо-западной части Среднесибирского
плоскогорья / Е. Е. Кузьмин, Е. В. Посохов. – Л. : Гидрометеоиздат, 1979. 7. Ланге, О. К. Научное содержание современной гидрогеологии / О. К.
Ланге, Н. И. Плотников. – М. : МГУ, 1980. – 96 с.
8. Методы геофизики в гидрогеологии и инженерной геологии. –М. :
Недра, 1972. – 253 с.
9. Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия / Отв. редактор С. Л. Шварцев. – Новосибирск : Изд-во «Наука» Сибирское отделение, 1982. – 282 с.
10. Основы гидрогеологии. Общая гидрогеология / Под ред. Е. В. Пиннекера. – Новосибирск : Наука, 1980. – 225 с.
11. Пиннекер, Е. В. Проблемы региональной геологии (закономерности
распространения и формирования подземных вод) / Е. В. Пиннекер. - М. :
Наука, 1977. – 195 с.
12. Плотников, Н. И. Поиски и разведка пресных подземных вод / Н. И.
Плотников. – М. : Недра, 1985. - 370 с.
13. Справочное руководство гидрогеолога / Под редакцией В. М. Максимова. – Л. : Недра, 1979. – 512 с.
14. Чудаев, О. В., Чудаева, В. А., Челноков, Г. А. Геохимические аспекты формирования термальных вод зон активного вулканизма // Гидрогеология
и геохимия вод складчатых областей Сибири и Дальнего Востока. Сборник
материалов рабочего совещания в г. Владивостоке. – Владивосток: Дальнаука, 2003. – С. 82-98.
15. Шварцев, С. А. Общая гидрогеология / С. А. Шварцев. – М. : Недра,
1996. – 423 с.

53