Принятая методика исследований

    При анализе материала использовалась одна и та же методики исследований. В основном это многомерный регрессионный анализ, опытно-фильтрационные работы, гидравлические расчеты, трассерные наблюдения. Основные положения сводятся к следующим положениям.

1. Закономерности гидрогеодинамических процессов описываются общеизвестными законами динамики и гидравлики. Имеется в виду, что изменение уровня в рассматриваемой скважине представляет собой сумму срезок «мгновенных» от работы всех взаимодействующих, и временной срезки, характер которой определяется граничными условиями пласта. Это может быть логарифмическая, показательная (в степени 0,5), линейная, либо более сложная, в зависимости от конфигурации границ в плане и разрезе.    

Представление в таком виде динамики развития понижения уровня существенно упрощает методику расчетов, при достаточно точной прогнозной оценке результатов.

Общее уравнение гидравлики [15] имеет вид:

где H_t – текущее значение динамического уровня; H₀ – начальное положение уровня; Q_i, q_i – дебит и удельный дебит рассматриваемой скважины; Q_j, q_i,j – дебит удаленной j-той скважины и коэффициент взаимодействия j-той скважины с рассматриваемой i-той; h_t – временная срезка уровня. Знак Ñ указывает на исключение из суммы i-той скважины.

2. Анализ динамики изменения уровня позволяет использовать линейный закон изменения динамического уровня. Это объясняется постоянно растущей инфильтрации за счет роста осадков, а также утечками из городских сетей и неканализованных поселков. Тогда уравнение (3.1) можно представить в следующем виде:

где V – среднемноголетние темпы изменения уровня, комплексно учитывающие процессы откачки, инфильтрации, утечки из сетей; t – текущее время. 

3. Динамика уровней довольно активна, в связи с чем, для расчета параметров уравнения (3.2) использовались среднемесячные данные, и многомерный анализ первого порядка, где количество независимых переменных определялось конкретными условиями.     

4.  Изменение химического состава в эксплуатационных скважинах обусловлено нарушением баланса латеральных и вертикальных водопритоков, под воздействием нагрузок на скважины, а также сезонными колебаниями, наличие которых отмечено многолетними наблюдениями. Изменение минерализации и отдельных компонентов не может быть объяснено оттоком минеральных вод под воздействием откачки из какой-либо удаленной скважины. Это показывают элементарные расчеты. Полагая даже самые жесткие параметры геофильтрации, фронт концентрации, положим, от источника Нарзан до скважин Северного фланга, дойдет не ранее чем через 5 – 7 лет, а это более чем на порядок дольше, чем фактически наблюдаемые изменения.  

5. Подземные воды насыщены диоксидом углерода, что придает им повышенную агрессивность по отношению к горным породам. В результате сложных физико-химических процессов выщелачивания, ионного обмена, смешения формируется тот минеральный состав подземных вод, который наблюдается в действительности. По данным трассерных наблюдений [9], скорость формирования минерального состава сопоставима со скоростью фильтрации, и составляет от 2 до 6 лет. То есть, минеральные воды не привносятся откуда-то, а «готовятся на месте». Более чем десятилетние поиски «гранитного нарзана», поступающего из кристаллического фундамента, не увенчались успехом и подтверждают это положение. 

6. В литологическом плане валанжинские отложения представляют собой толщу карбонатных пород, разбитой на крупные блоки системой трещин, сбросов и взбросов самой различной ориентации, и амплитудой до 50 м. [9]. Разломы и трещины формируют двойную пористость (трещиноватость) горных пород (макро- и микро пористость), определяющих коллекторские и емкостные свойства валанжинских отложений. Скорость протекания химических процессов, минерализация и водообмен в макро и микропористых зонах различна. 

7. В макропорах водообмен максимально активен. Воды, содержащиеся в них, близки к пресным. Что же касается микропор, то гидродинамический режим здесь значительно менее активен, динамика характеризуется высокой инерционностью, концентрации растворенного диоксида углерода значительно выше, значительно выше и концентрации растворенных минеральных веществ.

8. По данным глубинной расходометрии, неоднородность фильтрационных свойств наблюдается также и в вертикальном разрезе (по крайней мере, в пределах Северного фланга). В общей толще разреза, характеризующейся низкими значениями водопроводимости, выделяются несколько пропластков с высокими фильтрационными свойствами (рис. 2.5).   

9. При возмущении скважины, в первую очередь начинают «работать» пропластки с высокими фильтрационными свойствами. По мере формирования понижения и повышения гидравлических градиентов в некотором радиусе от точки возмущения, в пропластки начинает поступать вода из микропорового (микротрещиннового) пространства и смежных водоносных горизонтов, и по истечении некоторого времени, минерализация откачиваемой воды возрастает. Если в этот момент возмущение прекратить, то процессы массообмена между макро-и микропорами (трещинами) прекратятся, а сформировавшаяся в пропластках линза, начнет постепенно разрушаться за счет смешения и сноса по направлению естественного потока. Это отмечено неоднократными фактическими наблюдениями по скважинам Северного фланга Центрального участка.      

10. Зависимость между нагрузками на скважину и минерализацией в общем случае нелинейна, и близка к логарифмической, или степенной, но может быть также представлена в линейной форме. На рис. 3.4 изображен типичный фрагмент графика изменения минерализации под воздействием возмущения скважины № 107Д в период опытно-фильтрационных работ 2004 - 2005 г.  

                                      Рис. 3.4. Динамика минерализации скв. № 107Д.  

Первая («мгновенная») срезка (М_м) обусловлена перераспределением водопритока по стволу фильтра в работающей скважине под воздействием возмущения. Вторая – «временная» (m_t), характеризует общие районные темпы изменения минерализации.

       11.  Предлагаемая методика может использоваться для прогнозирования динамики химического состава. С учетом высказанных положений, динамика минерализации может быть представлена простой зависимостью:

                                                     (3.3),      где m(t), m₀ – соответственно текущее и начальное значение минерализации в рассматриваемой скважине; Q₀, Q_j – соответственно дебит рассматриваемой и удаленной скважины (скважин); a, b – коэффициенты пропорциональности. m_t - среднемноголетние темпы изменения минерализации или отдельных компонентов; m_t,a, b - параметры, подлежащие определению.

Учитывая довольно инерционный характер изменения минерализации, в расчетах можно использовать среднегодовые цифры.                            

    12. Из сказанного следует, что и гидрогеодинамика и гидрогеохимия могут быть описаны одними и теми же уравнениями регрессии, и иметь одну и ту же методику изучения. Однако следует иметь в виду, что принятые допущения позволяют достаточно точно прогнозировать ситуацию на периоды упреждения до 5–7 лет. По мере поступления новой информации, параметры уравнений связи должны корректироваться.