Введение 3
1. Теоретические основы метода естественного поля 4
1.1. Двойной электрический слой 4
1.2. Ток и потенциал течения 6
1.3. Вычисление естественного поля, связанного с током фильтрации 6
2. Методика измерений 8
3. Методы численного моделирования ЕП 9
3.1. Обзор методов численного моделирования 9
3.2. Среда моделирования GWF&GEM 10
3.3. Параметры модели 13
4. Результаты 17
Заключение 26
Список литературы 27
Опытно-фильтрационные работы являются основным методом получения достоверной качественной и количественной информации о водоносных горизонтах и слагающих их породах. Тем не менее, полученной в результате ОФР информации практически всегда бывает недостаточно в силу высокой стоимости и длительности работ. Для получения более полных сведений привлекаются геофизические методы.
Естественное электрическое поле - один из важнейших признаков, позволяющих судить о потоке воды в грунтах и горных породах, поэтому метод естественного поля (ЕП) является одним из важнейших геофизических методов в гидрогеологии. Метод ЕП позволяет получить сведения о распределении потенциала на поверхности Земли, благодаря чему удается установить распределения гидрогеологических параметров среды.
Геофизические методы, и, в частности, метод ЕП, являются в некоторых случаях более выгодными, чем гидрогеологические, так как позволяют минимизировать расходы и сроки выполнения работ.
В последнее десятилетие за рубежом наблюдается всплеск интереса к данной теме (Rizzo, et al., 2004; Revil, 2006, 2010; Boleve, 2009; Allegre, 2012 и др.). В то же время, в России это направление еще не получило широкого распространения и русскоязычные публикации по ней немногочисленны (Титов и Коносавский, 2014).
Цель данной работы состоит в моделировании ЕП при откачках из скважин.
При этом решались следующие задачи:
• исследование зависимости электрического потенциала на поверхности от степени вскрытия скважиной водоносного горизонта;
• исследование зависимости потенциала от несовершенства скважины по характеру вскрытия водоносного горизонта, то есть при наличии кольматации фильтра скважины;
• исследование зависимости потенциала фильтрации от материала обсадной трубы.
В результате выполнения данной работы было выполнено численное моделирование распределения напоров подземных вод и сопряженных электрических полей в программе GWF&GEM. В результате были получены данные о закономерностях поведения естественного электрического поля при откачке из напорного водоносного горизонта.
По результатам моделирования были сделаны следующие выводы:
• в случае неметаллической обсадной трубы вблизи от нее ЕП не несет информации о напоре в водоносном горизонте: одному значению потенциала соответствуют различные значения понижения;
• в случае металлической обсадной трубы, зная расположение фильтра, возможно предсказать понижение напора по значениям потенциала ЕП: для каждого положения фильтра существует близкая к линейной зависимость между потенциалом и понижением;
• в случае металлической обсадной трубы может наблюдаться отклонение зависимости между потенциалом и понижением от линейной, что является признаком кольматации фильтра скважины;
• зависимость отношения тангенсов углов наклона корреляционных кривых от коэффициента фильтрации в прифильтровой зоне является грубым диагностическим признаком степени кольматации фильтра скважины, а зависимость тангенса угла наклона кривой после излома от коэффициента фильтрации - более точным.
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, дополняя наблюдения за понижением напора наблюдениями электрического поля.
