Гидрогеодинамические системы и их свойства

Понятием «гидрогеодинамическая система» пользуются при ре­гиональных. исследованиях в нефтяной гидрогеологии, региональной оценке подземного стока, ресурсов и запасов подземных вод и регио­нальных гидрогеологических исследованиях. Рассмотрим это понятие с позиций системного подхода применительно к динамике подземных вод. Гидрогеодинамическая система — это такая ГГС, в которой основным предметом Изучения являются различные формы движения подземных вод как проявления взаимодействия ди­намических, т. е. силовых, полей, характеризующих изменение энер­гии (давления, температуры) и массы вещества в .подземных водах. Полем какой-либо величины называют область, в которой эта величина изменяется по координатам пространства и времени. Выде­ляют физические и геологические поля. Под физическими, или динамическими, понимают поля сил или их градиентов, которые оп­ределяют движение подземных вод в порово-трещинном пространстве, горных пород. Это поля состояний — пьезометрического температуры Т и концентраций С различных содержащихся в подземной воде. Графически они представляют гидро- или пьезоизогипс, изотерм, изохорн и т. п. Под геологическими понимают поля показателей, характеризующих изменение свойств гидролитосферного пространства. Это поля таких показателей, как пористость п, коэффициент фильтрации к и т. д. Графически они изо­бражаются в виде карт водопроницаемости, водопроводимости и т. п.

С математической точки зрения физические поля — это поля си­ловых функций, а геологические— поля аргументов, т. е. тех факто­ров, которые вызывают изменение этих функций. Если связь между ними детерминированная, то математически она выражается системой дифференциальных уравнений. Показатели действующих сил входят под знак производных, а показатели геологических полей являются коэффициентами у этих производных. Если взаимосвязи показателей состояния и свойств неясны, то они представляются как вероятност­ные, случайные.

Зная математическое описание физического или геологического поля, можно, измерив в ряде точек величину показателя поля, по этим данным определить его значения в других точках поля, и наобо­рот, по измеренным в ряде точек поля значениям показателя восста­новить форму поля и найти математический закон его описания.

ГДС имеет гидрогеологическую и гидродинамическую структуры. Под гидрогеологической структурой понимаем форму, размеры, взаимное расположение в выделенном гидролитосферном пространстве водоносных, относительно водоупорных и во­доупорных слоев и пластов (если речь идет о системах, сложенных осадочными рыхлыми и полускальными породами) или пространствен­ное соотношение разной степени трещиноватости и водоносности ло­кальных и региональных разломов и зон (если системы сложены ме­таморфическими и изверженными кристаллическими породами).

Под гидродинамической структурой при изу­чении процесса фильтрации понимают форму и взаимное расположе­ние в выделенном пространстве гидродинамических элементов, за ко­торые принимают линии токов и линии равных напоров. Система та­ких линий образует гидродинамическую сетку движения.

При изучении гидрогеохимической миграции структура ГДС вы­ражается соотношением в гидролитосферном пространстве векторов сил и масс. При изучении процессов фильтрации гидролитосферное пространство называют геофильтрационной средой, а при исследовании процессов миграции — миграционной.

К основным гидрогеологическим элементам ГДС относятся водо­носный пласт, водоупорный, относительно водоупорный и разделяю­щий слои. Водоносный пласт — это выдержанные по пло­щади распространения слой, несколько слоев или зона трещинова­тых пород, насыщенные свободной гравитационной водой, с одина­ковыми или разными фильтрационными и емкостными свойствами, имеющие единую пьезометрическую поверхность. Эти слои или зоны образуют гидравлическую систему, которая характеризуется единст­вом природы возникновения и действия сил движения, одинаковым расположением областей питания и разгрузки и соотношением их от­меток. Водоносный пласт всегда отличается хорошими коллекторскими (фильтрационными и емкостными) свойствами. Водоупор­ный слой — это выдержанные по площади распространения слой или зона непроницаемых плотных пород, содержащие только физи­чески связанную воду и неспособные отдавать ее в данной термодина­мической обстановке. Относительно водоупорный (или слабопроницаемый) слой — это выдержанный по площади распространения слой насыщенных свободной и физически связанной водой пород, способных при определенных термодинамиче­ских условиях слабо пропускать и отдавать свободную и физически связанную воду и вследствие этого имеющих низкие фильтрационные и емкостные свойства. Разделяющий слой — это слабопро­ницаемый слой, разделяющий два водоносных пласта и находящийся с ними в тесной гидравлической связи.

Систематизируем гидрогеологические структуры по числу водо­носных пластов в ГДС. Многопластовая система состоит из несколь­ких водоносных пластов и разделяющих их слоев, имеющих каждый свою пьезометрическую поверхность, но образующих единую гидрав­лически связанную слоистую систему. При таком понимании много­пластовая система совпадает с понятием «водоносный комплекс» и ха­рактеризуется геолого-исторической общностью формирования и про­явления в ней движения подземных вод. Однопластовая система со­держит один водоносный пласт, который подстилается водоупором, а двухпластовая-— два водоносных пласта, разделенных. Одним от­носительно водоупорным слоем.