О физическом смысле V-образных объектов на ССП-разрезах
(об источниках родниковой воды)
Гликман А.Г.
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
сентябрь 2010, Санкт-Петербург
Первоначально, с 1977 года, спектральная сейсморазведка развивалась в шахтных условиях, где с помощью спектрально-акустических измерений определялись мощности (толщины) породных слоев, залегающих в кровле. Получаемые результаты измерений многократно сравнивались с реальным строением массива, выявленным в результате бурения, и в достоверности этих результатов сомнений не было.
Далее, после 1993 года, когда измерения стали осуществляться не в шахте, в кровлю подземной выработки, а сверху, с дневной поверхности, также осуществлялись аналогичные проверки, и они также подтвердили правильность получаемых результатов. Для примера, на рис.1 приведен ССП-разрез, полученный при профилировании под Выборгом. Глубины залегания кровли гранита были проверены бурением, и различие не превышало 10%.
ССП-разрез при выявлении мощности осадочных пород (Выборгский район)
Рис. 1
На этом рисунке прекрасно видна кровля гранита как на участке 0-50м, так и на участке 110-170м, а также зона сброса между этими участками. На глубине около 120м на участке 110-170м видна граница внутри гранита, проверить которую мы не смогли.
Сомнение в соответствии ССП-разреза геологическому строению возникло после того, как было выявлено наличие воронкообразных (V-образных) объектов. На рис.2 приведен ССП-разрез, на котором отчетливо виден V-образный объект. С самого начала было непонятно, какой геологический смысл имеет объект такой формы. После проведения радоновой съемки вдоль профиля, когда оказалось, что над воронкой уровень радона многократно превышает фоновое значение, стало понятно, что наличие воронкообразного объекта является признаком того, что профиль пересек зону тектонического нарушения (ЗТН).
Рис. 2
Изучение свойств зон тектонических нарушений (ЗТН) осуществлялось по фактическому их проявлению, то есть, по феноменологическому принципу. Свойств этих зон оказалось множество [1], но при этом оставалось непонятно, почему они на ССП-разрезах проявляются именно воронкообразным объектом.
Наиболее востребованным и, стало быть, часто используемым свойством ЗТН на сегодняшний день является их водоносность. Это свойство было обнаружено в 1997 году, и с тех пор постоянно осуществляются поиски точек водопритока как на индивидуальных земельных участках, так и для промышленного потребления воды.
Несколько лет назад началось распространение этого метода также в различных регионах РФ и в других странах. На сегодняшний день можно сказать с уверенностью о двух вещах. Во-первых, очень похоже на то, что на Земле нет областей, где бы отсутствовали зоны водопритока, обусловленные ЗТН. И, таким образом, с помощью метода ССП, в принципе, возможно решение проблемы нехватки воды на нашей планете. И, во-вторых, очень похоже на то, что метод ССП является на настоящий момент единственным аппаратурным методом, с помощью которого может осуществляться поиск воды. Вообще-то это представляется естественным, так как на самом деле, этот метод ищет не непосредственно воду, а именно ЗТН, которые, как оказалось, являются водоносными. А вот ЗТН, по всей видимости, может выявлять только метод ССП.
Вместе с тем, чем больше мы занимаемся проблемой воды, тем больше обнаруживается различных особенностей, и тем больше возникает вопросов.
Первый вопрос возник тогда, когда выяснилось, что в некоторых случаях выход воды при заглублении в ЗТН настолько интенсивный, что из скважины бьет фонтан в несколько метров. Причем не только в момент первого выхода воды, но и много лет после этого. На рис.3 приведена фотография скважины, которая изливается, как утверждают старожилы, вот уже более 40 лет. Скважина находится под Выборгом, имеет высоту над поверхностью примерно 1,5м. Наличие подобного явления свидетельствует о том, что вода в земле не только мигрирует по водоносным слоям, как это утверждают гидрогеологи, но и находится в каких-то емкостях под давлением, большем, чем гидростатическое.
Рис. 3
То есть, получается, что внутри нашей планеты имеются некие ёмкости, в которых находится вода под значительным давлением. Что создает это повышенное, сравнительно с гидростатическим, давление, непонятно. Возможно, какие-то внутрипланетарные активные процессы. Но ясно то, что объем этих емкостей колоссален. Иначе постоянство давления и постоянство состава в течение десятков лет было бы необъяснимым.
В результате наблюдений в глубоких шахтах стало понятно, что эти емкости с водой находятся на весьма значительных, километровых глубинах. Так, даже в случае подземных выработок, находящихся на трехкилометровой глубине (шахты в ЮАР), при попадании в ЗТН начинается сильнейшее обводнение этих выработок.
Исследование состава получаемой из ЗТН воды показало, что по составу она идентична воде, вытекающей из находящегося рядом родника. Это позволило сделать заключение о том, что источник родниковой воды находится на очень больших глубинах. В подтверждение гипотезы о том, что родниковая вода поднимается по проницаемым породам в ЗТН, методом ССП неоднократно удавалось отыскивать родники, которые когда-то были утрачены.
Есть такие места в Ленинградской обл., куда буровики принципиально не едут. Они знают, что там воды нет. А если бурить на очень большую глубину, то воду получить можно, но не всегда пригодную для употребления. Таким местом, например, является деревня Горка, станция Войбокало. Там на глубине 200м - соленая вода, а вся деревня - без воды. Однако по данным, полученным с помощью ССП, в этой деревне было сделано 4 скважины, и все они дали воду с глубины, не превышающей 30м. Есть и другие подобные случаи, когда в ЗТН была получена вода с небольших глубин, тогда как там же бурение до кристаллических пород воду не давало.
От года к году увеличивается количество наших контактов с буровыми компаниями. При этом удается увидеть множество случаев нестыковки утверждений гидрогеологии с результатами бурения. Так, нередки случаи, когда при перебуривании Гдовского горизонта вода отсутствует. Неизбежно возникает вопрос о существовании этого горизонта.
Так сложилось, что в 2009 и 2010 годах несколько буровых компаний бурили на воду по данным ССП. В результате наблюдений за бурением стало ясно, что на ССП-разрезе содержится информация не только о наличии воды, но, и о глубине, с которой возможно ее получение.
Как показывают наблюдения, точка водопритока при отборе воды скважиной - в острие воронкообразного объекта, в соответствии с рис.2. Обычно воронкообразных объектов несколько - один под другим, и в острие каждого из них можно брать скважиной воду. Причем водоносный промежуток составляет по глубине примерно 1 - 2 метра. В этом промежутке присутствует водоносный песок, из которого в скважину поступает вода. Для случая, показанного на рис.2, точки водопритока две - на глубинах, равных h1=22м и h2=38м.
Долгое время было непонятно, почему при поступлении глубинной напорной воды снизу вверх вода находится как бы в водоносном горизонтально залегающем пласте небольшой толщины (мощности). Со временем, в результате некоторых экспериментов (иногда невольных) с участием буровиков, картина прояснилась.
Да, действительно, глубинная напорная вода в ЗТН поступает снизу вверх. Но, согласно схеме, приведенной на рис.4, поступает она не единым потоком (как из крана), а как бы сочится снизу вверх, вдоль нарушенной, проницаемой вертикальной породной структуры. Оказавшись над породной воронкой, образованной провисшими породными слоями, вода заполняет эту воронку.
Рис. 4
Водоносный песок в воронке - это разрушенный (как и все породы в ЗТН) песчаник. Вне ЗТН породы уплотнены и миграция воды вдоль них незначительна. Но вот то, что вода может быть получена в достаточном количестве только в незначительном по глубине промежутке, всегда воспринималось как свидетельство наличия обширных водоносных горизонтов.
На самом деле, водоносные зоны отнюдь не обширны, и бурение, скажем, всего в двух - трех метрах от эпицентра ЗТН может дать сухую скважину.
Было замечено, что там, где колодец берет воду с глубины в единицы метров, скважина ту же самую воду возьмет на существенно большей глубине. Модель, приведенная на рис.4, объясняет этот феномен. Скважина не может взять воду там, где она сочится снизу вверх по разрушенным породам. Для полноценной работы скважины необходимо, чтобы вода находилась в некоем сосуде, роль которого выполняет образовавшаяся в результате провисания пород в ЗТН V-образная структура. Колодец же, за счет большой площади кольца собирает эту сочащуюся влагу, и поэтому глубина его меньше, чем глубина бурения. То есть, колодец как бы выполняет функцию воронкообразного водосборника и заполняется сочащейся снизу водой.
Приведенная на рис.4 схема позволяет объяснить еще один эффект. Бывает, что две находящиеся недалеко друг от друга скважины дают воду примерно одного состава, но дебет их весьма различен. Но это же очень просто. Если попасть скважиной не в центр воронки, а немного в стороне от центра, то приток воды уменьшится, так как скважина будет брать ее не со дна воронки, а близко от поверхности воды, находящейся в воронке.
Таким образом, видно, что воронкообразный объект на ССП-разрезе соответствует вполне реальным породным слоям, изломанным и провисшим в ЗТН.
Наличие нескольких воронкообразных объектов, находящихся один под другим, иногда очень полезно. Дело в том, что бывает так, что обнаруженную с помощью метода ССП воду взять бурением весьма затруднительно. Например, если в воронке, заполненной водой, находится слишком мелкий (пылеватый) песок. Тогда следует добуриться до следующей воронки, и взять воду там.
Получение воды из земной толщи всегда зависело от разного рода умельцев, и по сути, зависело от случая. Об этом говорит и статистика. Если в европейской части РФ воду (причем, непонятно какого качества) дает примерно каждая 4-я - 5-я скважина, то в Западной Сибири (в Новосибирске) - каждая 10-я. Понимание формирования месторождений этого минерального сырья ставит добычу воды на принципиально новый уровень. И дело здесь не только в том, что повышается эффективность извлечения воды из земной толщи, но и возникает обоснование для бережного отношения к литосфере вообще. Ведь становится понятным, что захоронение разного рода токсичных отходов в земле может привести к заражению целых регионов настолько, что возможен даже вывод их из водопользования[2, 3].
ЛИТЕРАТУРА
- Гликман А.Г. Свойства зон тектонических нарушений (ЗТН)
- Гликман А.Г. Проблемы загрязнения литосферы
- Гликман А.Г. Геоэкологические проблемы нефтегазового комплекса
