ведение 3
Глава 1. Теоретические основы метода естественного поля 5
1.1. Двойной электрический слой 5
1.2. Ток и потенциал течения 7
1.3. Вычисление поля фильтрационной природы 8
Глава 2. Изученность вопроса 11
Глава 3. Материалы и методы 15
3.1. Лабораторный эксперимент 15
3.2. Математическое моделирование 19
3.3. Параметры модели 21
4. Результаты 24
4.1. Результаты лабораторных экспериментов 24
4.2. Результаты математического моделирования 27
Заключение 32
Список литературы 33
Изучение поведения подземных вод с помощью неразрушающих геофизических методов - одно из наиболее перспективных направлений в гидрогеологии. Обычно для определения свойств пород, слагающих водоносные горизонты необходимо проводить достаточно дорогостоящие работы, включающие в себя бурение множества скважин и отбор большого количества образцов пород для лабораторных испытаний. Но постановка таких работ возможна далеко не всегда по ряду причин, основными из которых являются высокая стоимость, труднодоступность района работ, длительные сроки работ. Применение геофизических методов, в частности метода естественного поля, позволяет избавиться от перечисленных выше недостатков. Однако, для успешной интерпретации геофизических данных требуется детальное исследование зависимостей между гидрогеологическими и геофизическими параметрами.
Откачка подземных вод с помощью скважин и других водозаборных устройств широко используется в различных областях народного хозяйства и промышленности. В месте забора воды при откачке создаётся мощный фильтрационный поток, сопровождаемый интенсивным электрическим полем. Поскольку электрическое поле отражает фильтрационный процесс, его наблюдения используются для оконтуривания водосборной площади, определения формы и глубины депрессионной воронки и, в перспективе, количественной оценки свойств горных пород из которых производится откачка.
Цель данной работы - получение новых данных о закономерностях поведения естественного электрического поля при откачках из скважины. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
• Проведение лабораторных экспериментов на моделях осадочных пород, для определения зависимостей между гидрогеологическими и геофизическими параметрами
• Построение математической модели эксперимента по откачке из скважины с использованием параметров, полученных в лаборатории
Для решения этих задач на базе лаборатории кафедры геофизики Института Наук о Земле Санкт-Петербургского Государственного Университета под руководством д.г.-м.н. проф. Титова К.В. автором работы была освоена методика и поставлены эксперименты по выявлению закономерностей поведения естественного электрического поля и их связи с гидрогеологическими параметрами экспериментальных моделей. Полученные данные были включены в математическую модель откачки воды из водоносного горизонта.
Несмотря на достаточное количество подобных исследований, изученность связи поведения подземных вод и создаваемого ими электрического поля на поверхности недостаточна. Основной причиной такой ситуации является математическая и физико-химическая сложность задачи, особенно применительно к реальным средам, а не идеализированным моделям и отсутствие однозначного и универсального подхода к анализу и интерпретации данных. Дальнейшее развитие этой тематики позволит улучшить понимание процессов происходящих в земле и значительно расширить арсенал методов, используемых в инженерной геологии и гидрогеологии. Это, в свою очередь, приведёт к более надёжным количественным оценкам свойств горных пород и, следовательно, к более обоснованным решениям об использовании тех или иных технических средств, для достижения поставленных задач. К числу задач, для решения которых требуются точные гидрогеологические данные, относятся в первую очередь строительство и водоснабжение, как промышленное, так и хозяйственное.
В процессе выполнения данной работы автором были поставлены лабораторные эксперименты по определению параметров горных пород, на основе данных естественного электрического поля, и освоена методика математического моделирования распределения потоков грунтовых вод и создаваемого ими электрического поля. В результате были получены новые данные о закономерностях поведения естественного электрического поля при откачке из скважин.
Основными выводами по работе являются:
• Наличие линейной зависимости, между интенсивностью потенциала течения и солёностью поровой влаги, которая уменьшается с повышением электропроводности жидкости;
• Присутствующие в водоносных горизонтах сильные электрические проводники (такие как металлическая обсадка скважин), при общем негативном влиянии на качество съёмки методом ЕП, могут стать новым источником информацию о поведении грунтовых вод
Полученные фактические данные дополняют имеющуюся базу знаний о поведении естественного электрического поля, связанного с течением подземных вод. Они позволят давать более точные качественные и количественные оценки свойств горных пород, применяя при этом относительно простые, с технической точки зрения, методы.
