Скважинные измерения

Скважинные методы исследования в карстовых районах призваны решать следующие основные задачи на детальном этапе работ: выделение в разрезе скважин зоны активного водообмена, отдельных мест притока вод, водопоглощающих интервалов и кровли подстилающего водоупора; оценка фильтрационных способностей отдельных толщ пород; определение скорости потока подземных вод и его направления.

Рис. 9.6 Индикатрисы средних скоростей при просвечивании массива известняков

1 - горизонт рыхлых отложений; 2 - закарстованные известняки; 3 - возможные карстовые полости; 4 - карстовая полость, вскрытая скважиной

При исследованиях в скважинах рекомендуется применять следующий комплекс методов: электрический радиоактивный, резистивиметрический каротаж, а также метод заряженного тела.

При проведении электрического каротажа рекомендуется применять стандартный градиент-зонд М2А 0,25В (для скважин с минимальным диаметром более 200 мм) или М1А 0,1В (для скважин с минимальным диаметром менее 200 мм). В ряде случаев стандартные измерения следует дополнять микрокаротажными с помощью двух комплектов микрозондов: градиент-зонд А0,025 М0,025 N и потенциал-зонда А0,05М. При исследовании закарстованности пород наряду с изучением гидрогеологических особенностей проводится изучение литологии, а также степени трещиноватости.

Наличие большой трещиноватости в карбонатных породах значительно уменьшает УЭС по сравнению с монолитными разностями. Установлено, что в условиях пресных насыщающих вод известняки трещиноватые и сильно разрушенные обладают УЭС около 40 - 50 ом.м. Водоносные слабо-трещиноватые известняки имеют УЭС около 75 - 250 ом.м. Монолитные безводные известняки характеризуются УЭС порядка 500 ом.м и более.

В условиях повышенной минерализации подземных вод с С = 1,5 г/литр NаСl-экв. электрическая дифференциация пород значительно сглаживается.

При выделении в разрезе скважин трещиноватых пород и оценке их водоносности важным дополнением к методу сопротивлений служит метод естественной поляризации (ЕП), значение которого возрастает при решении задачи расчленения водонасыщенных и глинистых разностей известняков.

При буровых растворах высокой солености ( r _b £ 2 ом.м) на контакте глин и карбонатных пород (известняков, доломитов и мела), насыщенных пресной водой, должны наблюдаться в основном максимумы, а при пресных растворах ( r _b > 2 ом.м) - минимумы потенциала естественной поляризации.

Трещиноватость пород не влияет на характер кривых ЕП, вследствие этого в однородных карбонатных массивах кривая ЕП обычно не представительна. Если же толща отложений неоднородна и в ней наряду с водоносными встречаются глинистые разности или отдельные прослои глин, роль метода ЕП в исследовании литологии пород резко возрастает.

Что касается резистивиметрического каротажа, то он является хорошим поисковым методом обнаружения зон активного водообмена, характерного для трещинно-карстовых вод. Этот метод применяется в усло виях пресных или слабоминерализованных подземных вод. Резистивиметрические исследования ведутся, как правило, при естественном режиме фильтрации подземных вод особенно в неглубоких скважинах.

Методика резистивиметрических исследований заключается в следующем. После замера УЭС воды, соответствующего естественной минерализации подземных вод, вдоль всего ствола скважины вода в ней равномерно засолоняется.

Для этого в скважину вливается концентрированный раствор электролита в соответствии с количеством соли, необходимым для создания нужной концентрации раствора в скважине из расчета 0,5 кг на 1 пог.м заполненного водой участка ствола скважин (для совершенных скважин) и 0,05 кг на 1 пог.м (для несовершенных скважин). Сразу же после этой операции раствор перемешивают и снимают первый контрольный замер резистивиметром для проверки степени однородности раствора по всему стволу скважины.

Через 5 - 15 мин после контрольной регистрируется следующая кривая, а затем периодически с интервалом 15 - 30 мин и более проводятся последующие регистрации. Резистивиметрические измерения рекомендуется вести при движении снаряда сверху вниз. Места притоков подземных вод отмечаются повышением УЭС раствора. Для определения истинной скорости подземного потока по методу вымывания электролита используются данные последних кривых перед полным восстановлением УЭС воды на изучаемом участке. Места притоков подземных вод отмечаются повышением УЭС раствора. Для определения истинной скорости подземного потока по методу вымывания электролита используются данные последних кривых перед полным восстановлением УЭС воды на изучаемом участке (рис. 9.7).

Совокупность данных о местах притоков подземных вод, полученных резистивиметрическим методом на ряде скважин, может быть использована для выделения и прослеживания по профилю границ зоны активной циркуляции подземных вод, характерной для сильно трещиноватых и закарстованных пород.

Рис. 9.7 Результаты исследований в скв. 466^Г (СУБР)

1 - кривая сопротивления воды до засоления; 2 - 7 - кривые после засоления (через каждые 60 мин); q - удельное водопоглощение; k - коэффициент фильтрации по данным налива; а - известняк; б - известняк кремнистый; в - сланец песчаный; г - доломит

По данным электрокаротажа и резистивиметрии также хорошо отбивается нижняя граница закарстованных пород, которые могут подстилаться или монолитными породами той же фракции, или водонепроницаемыми глинистыми отложениями (рис. 9.8).

Рис. 9.8 Выделение водопроницаемых известняков

а - по кривым КС, ПС, 1_Г; б - по данным резистивиметрии. Скважина находится в Крымской обл. d = 108 мм; r _c = 120 ом.м; q = 6,4 м³/ч; С = 628 мг/л; 1 - кривая КС (зонд МА1А0,1В); 2 - кривая ПС; 3 - кривая 1_Г; 4 - кривая r_с до засоления воды в скважине; 5 - то же тотчас после засоления воды; 6 - то же через 15 мин после засоления воды; 7 - то же через 30 мин после засоления воды; 8 - то же через 65 мин после засоления воды

Каротаж по методу естественной гамма-активности (ГК) применяется для выделения в разрезе карстующихся пород относительно чистых и плотных, а также глинистых разностей этих пород.

Наиболее трещиноватые и обводненные известняки отмечаются на диаграммах ГК низкими значениями интенсивности, наоборот глинистые разности фиксируются максимальными значениями. Относительно чистые, плотные разности известняков характеризуются промежуточными значениями интенсивности естественного гамма-излучения.

Хорошие результаты по оценке степени трещиноватости слагающих пород дает гамма-гамма-каротаж (ГГК) (так называемый «плотностной каротаж»).

На диаграммах ГГК сильно трещиноватые разности известняков фиксируются повышенными значениями интенсивности вторичного (или рассеянного) гамма-излучения. Чем выше интенсивность, тем больше трещиноватость пород.

Каротаж ГГК рекомендуется сопровождать кавернометрическими измерениями по скважине для получения характеристики изменения диаметра скважин.

Для оценки направления подземных потоков в неглубоких трещиноватых (карстующихся) породах хорошие результаты дает метод заряженного тела (МЗТ), при котором в скважине создается раствор электролита (поваренной соли) повышенной концентрации с помощью мешка с солью, подвешенного в верхней части обводненного участка ствола скважины (оборудованного фильтром). Питающий электрод А располагается в скважине вблизи мешка с солью, другой питающий электрод на поверхности земли удаляется на десятикратное расстояние измерительной установки. Затем измеряются потенциалы поля вокруг скважины и проводятся линии равных потенциалов. Через определенный интервал 0,5 - 2 часа измерения повторяются и по смещению линий равного потенциала оценивают направление и скорость выноса подземным потоком зоны с растворенным электролитом. Метод позволяет прослеживать отдельные крупные трещины, по которым идет поток.