Основні відомості з геологіїМінералиМінералами називаються всі елементи і їх хімічні сполуки, що зустрічаються в земній корі у формі тіл, що відрізняються однорідністю складу, будови і властивостей. Мінерали можна визначати за кольором, блиску, твердості, зламу, запаху і т.д. Для буріння велике значення має твердість.
Гірські породиМінерали в земній корі, за рідкісними винятками, не зустрічаються окремо. Зазвичай вони зібрані в групи або агрегати, звані гірськими породами.
Гірські породи за походженням розділяються на вивержені, осадові і метаморфічні.
Буріння на воду виробляють переважно в осадових і метаморфічних породах і значно рідше у вивержених.
Осадові породи за походженням розділяються на уламкові, що утворилися з уламків інших порід, хімічні, що утворилися в результаті випадання опадів з води або з інших розчинів (ці породи бувають крем'янисті, карбонатні і залізисті), і органогенні, що утворилися з скупчення залишків тварин і рослин (до них відносяться вапняки, доломіт, вугілля тощо).
Валуни, галечник, щебінь та інші великі окатанниє і незграбні уламки гірських порід утворилися в результаті руйнування різноманітних вивержених і метаморфічних порід і подальшої обробки їх льодовиками і морськими водами.
Піски являють собою продукт подальшого руйнування крупніших уламкових порід. Найбільше поширення мають кварцові піски. За домішках інших зруйнованих мінералів виділяють піски слюдяні, магнетитові, залізисті і ін
Глини можуть утворюватися в результаті зносу найдрібнішого мула, який річки несуть у вигляді муті і який потім відкладається в спокійній воді. Розрізняють, крім того, глини, що утворилися в результаті дії льодовика, а також представляють собою кінцевий продукт руйнування граніту в процесі вивітрювання (каоліни і вогнетривкі глини Українського кристалічного масиву). Хімічний склад глин різноманітний. Крім каоліну (кремнієвих з'єднань глинозему), до складу глин входять найдрібніша кварцева мука, залізисті з'єднання, вапно, доломіт, іноді гіпс і інші речовини.
Суглинки (піщані глини) і супіски (глинисті піски) - це перехідні гірські породи від глин до пісків; за своїм складом вони представляють різні співвідношення суміші піщаних і глинистих частинок. Найменування "суглинок" і "супісок" застосовуються тільки для порід четвертинного віку. Для порід дочетвертинного віку, аналогічних за складом суглинку і супіски, відповідно застосовуються найменування "піщанистого глина" і "глинистий пісок".
При обладнанні водоприймальної частини свердловини необхідно знати розмір часток породи, в якій намічається встановити фільтр, і кількісне співвідношення цих часток між собою.
Класифікація гірських порід по буримостиВсі гірські породи незалежно від їх походження володіють певною опірністю руйнуванню буровим інструментом. Ця опірність, звана ступенем буримости, залежить від багатьох факторів, наприклад, від твердості мінеральних частинок, що складають породу, їх крупності, крихкості, від міцності цементуючого речовини, вологоємкості породи, в'язкості і монолітності її і т.д., іншими словами, від складу , будівлі, стану і властивостей породи, а також від виду і способу буріння.
Основні відомості з гідрогеології
Водопроникні і водотривкі гірські породи, водоносні горизонтиВодопроникність і зазвичай також водоносних гірські породи, добре пропускають (фільтруючі) воду: грубозернисті піски, гравій, галечники, гравій, валуни, сільнотрещіноватие скельні породи і т.п., тобто породи, в яких є достатня кількість великих пустот ля проникнення і пересування води.
Водотривкими гірськими породами є щільні важкі глини, щільні суглинки, а також різні вивержені і метаморфічні породи, якщо вони не трещиновати.
Якщо вивержені і метаморфічні породи трещиновати, то вони стають водопроникними. Пласти і шари водопроникних і водотривких порід зазвичай чергуються. Форми і види залягання окремих шарів гірських порід і їх свит вельми різноманітні. Нерідко різно нахилені або зігнуті шари водопроникних порід виходять на земну поверхню. Тут води річок і атмосферні опади, стикаючись з ними, просочуються вглиб, причому найбільш сприятливі для цього піщані, гравійні, галечникові верстви або шари тріщинуватих гірських порід - вапняків, сланців, пісковиків і т.п.
У верхніх частинах земної кори переважають підземні води в пісках і інших пухких породах.
Водоносним горизонтом називається пласт водопроникної породи, заповнений (насичений) водою, і здатний віддавати її.
Площі поширення водоносних горизонтів і водоносних порід зазвичай збігаються.
Площі живлення співпадають з місцями виходу на денну поверхню порід, що складають водоносний горизонт, а також з ділянками, де ці породи не перекриті водотривкими товщами значної потужності.
Водопроникність рихлих (уламкових) порід залежить від їх гранулометричного складу і, зокрема, від змісту дрібних пилуватих і глинистих часток. Для визначення вмісту в водоносної породі частинок різного розміру необхідний аналіз її гранулометричного складу. Відповідно до отриманих даних підбирають розмір частинок піщано-гравійної засипки, визначають крок намотування дроту, вибирають номер сітки для фільтру і т.п.
Види підземних вод
За умовами залягання і живлення водоносних горизонтів розрізняють наступні підземні води: верховодки, грунтові води з вільною поверхнею, безнапірні міжпластові, артезіанські (напірні).
Крім того, за умовами руху у водоносних шарах розрізняють підземні води, циркулюючі в рихлих (піщаних, гравійних і галечникових) шарах і в тріщинуватих скельних породах.
Водоносні горизонти завжди залягають на водотривких або вельми слабопроникних для води гірських породах.
Підошвою водоносного горизонту називаються гірські породи, що підстилають водоносний горизонт, і, зокрема, їх верхня поверхню. Зазвичай вона буває водотривкої.
Верховодка називають підземні води, які знаходяться на незначній глибині (2-3 м) над водотривкими прошарками мають невелике поширення на площі. У місцях, де водотривкі прошаруй кінчаються, верховодка також зникає, стікаючи в нижележащий, могутніший водоносний горизонт. Запаси верховодки незначні і непостійні і залежать від кількості опадів, що випадають. У посушливі періоди і взимку верховодка зазвичай зникає. Для водопостачання верховодку не використовують, вона легко забруднюється з поверхні землі. Тому при бурінні свердловин для водопостачання верховодку необхідно ретельно ізолювати обсадними трубами, щоб уникнути забруднення розташованого нижче водоносного горизонту.
Горизонти грунтових вод з вільною поверхнею залягають на найближчому від поверхні землі водотривкому шарі. Містять їх водоносні шари складені рихлими зернистими або скельними тріщинуватих породами. Підземні води цього типу можуть харчуватися за рахунок інфільтрації (просочування) в глибину по всій площі поширення водоносного горизонту. Вони можуть легко забруднюватися стоком з вигрібних ям, тваринницьких ферм і т.п. Тому при використанні таких грунтових вод для водопостачання необхідно забезпечити надійну санітарну перевірку і охорону ділянки водозабору.
Рівень грунтових вод встановлюється в свердловині на тій глибині, на якій вони були розкриті. Якщо серед водоносного шару є водотривкі шари у вигляді лінз, то після проходки їх в свердловині може спостерігатися місцевий, зазвичай невеликий натиск.
Підземні води, циркулюючі у водоносних породах і розташовані між двома водотривкими шарами, бувають безнапірними або ж володіють певним натиском. В останньому випадку вони називаються артезіанськими.
Грунтові
безнапірні міжпластові води з'єднуються з поверхнею землі водопроникними шарами лише на окремих ділянках свого розповсюдження; на всій іншій площі вони добре захищені від забруднення з поверхні верхнім водотривких шаром. При розтині вод рівень їх в свердловинах встановлюється або дуже незначно вище водотривкої покрівлі водоносного шару, або на кордоні верхнього водоупора і водоносного шару.
Артезіанські водоносні горизонти також залягають між двома водотривкими шарами і надійно захищені від поверхневого забруднення. На відміну від грунтових вод вони часто мають віддалену область живлення - за кілька кілометрів і навіть за десятки і сотні кілометрів. При розтині свердловиною рівень артезіанської води завжди встановлюється значно вище водотривкої покрівлі водоносного горизонту, а іноді артезіанська вода сама виливається зі свердловини (фонтанує). На тих ділянках, де артезіанські води отримують живлення, вони набувають характеру або грунтових з вільною поверхнею, або міжпластових грунтових вод.
Підземні води всіх перерахованих видів можуть циркулювати в порожнечах рихлих зернистих або в тріщинах скельних порід. В останньому випадку підземні води пов'язані з будь-якого з перерахованих видів, отримують додаткову назву тріщинних.
Рух підземних вод
Рух води у водоносному горизонті, або так звана фільтрація, відбувається по порах і дрібних тріщинах гірських порід. Окремі струмені рухаються рівномірно, без розриву суцільного потоку, з невеликими швидкостями паралельно одна одній.
Такий рух підземної води переважає в природних умовах і називається ламінарним. Закон ламінарного руху формулюється таким чином. Витрата (або кількість) води, що фільтрується через певну площу (поперечний переріз) гірської породи, пропорційний цій площі, натиску і назад пропорційний довжині шляху фільтрації на даній ділянці потоку.
Відхилення від закону ламінарного руху відбуваються при дійсній швидкості руху підземної води понад 1000 м / добу, що спостерігається лише в карстових районах і в породах, які мають великі тріщини. Рух води переходить в вихреобразное або турбулентне, при якому струмені води вже не рухаються паралельно.
ВИДИ СВЕРДЛОВИН
Бурові свердловини являють собою циліндричні гірські вироблення, що мають велику глибину (до 5 км і більше) і порівняно невеликий діаметр. Глибина бурових свердловин на воду складає від 10 до 1000 м і більше; найбільш часто поширені свердловини глибиною 100-150 м, рідше - 200-300 м. Тільки в окремих, порівняно невеликих районах країни глибина свердловин на воду досягає 800-1000 м.
Свердловини, що розкривають пласти, що містять підземні води, мають багато переваг перед іншими водозабірними спорудами, і в зв'язку з цим буріння їх носить масовий характер.
Для видобутку води бурять одиночні свердловини або групи свердловин. Тому всі водозабори підземних вод діляться на групові та одиночні.
Групові підземні водозабори складаються з декількох одночасно працюючих свердловин, розташованих на такій відстані, при якому вони взаємодіють або можуть взаємодіяти в певних умовах режиму експлуатації.
Одиночні підземні водозабори представляють одиничні свердловини і групи свердловин, які знаходяться поза зоною можливої взаємодії або розташовані хоча і на близькій відстані одна від одної, але працюють в різний час і тому не взаємодіють (по черзі діє тільки одна свердловина, а решта - резервні).
На ділянках великих водозаборів в маловивчених районах необхідно проводити розвідувальне буріння і досвідчені роботи. В районах з добре вивченими гідрогеологічними умовами на ділянках, перспективних щодо кількості та якості підземних вод для проектованого групового водорозбору, буває доцільно без попередньої розвідки почати відразу експлуатаційну розвідку свердловинами великого діаметра. Після того як ці свердловини виконають своє призначення - розвідку і випробування водоносного горизонту, їх обладнають експлуатаційними водопідйомниками і перетворюють на джерела постійного водопостачання.
Одиночні свердловини на воду бурять, як правило, без попередньої розвідки. Отже, це своєрідна і відповідальна робота, оскільки розвідка та дослідження в цьому випадку повинні поєднуватися зі створенням експлуатаційного інженерної споруди.
Розвідувально-експлуатаційної називається свердловина, конструкція якої, включаючи водоприймальну частина, розрахована на обладнання водоприймачем проектної продуктивності. При позитивних результатах випробування ці свердловини передають в постійну експлуатацію.
Розвідувальної називається свердловина полегшеної конструкції і порівняно невеликого діаметру, обладнана тимчасовим фільтром і призначена для розтину і попереднього випробування водоносного горизонту. Розвідувальні свердловини зазвичай бурять з таким розрахунком, щоб при необхідності можна було витягти обсадні труби і фільтр.
Експлуатаційної може вважатися свердловина тільки після передачі її в експлуатацію. Це назва не повинна присвоюватися свердловині при проектуванні, так як навіть в районах з добре вивченими, але не розвіданими детально на даному конкретному ділянці геолого-гідрогеологічними умовами завжди зустрічаються значні відхилення від проекту. Тому одиночні свердловини на воду, які бурять без попередньої розвідки точки заставляння, повинні бути завжди розвідувально-експлуатаційними. В проектну конструкцію майже кожної свердловини доводиться вносити зміни в процесі її буріння, випробування і устаткування. У цьому полягає принципова відмінність призначення і завдань розвідувально-експлуатаційного буріння на воду від експлуатаційного буріння, наприклад, нафтових свердловин.
Експлуатаційні свердловини на нафту бурять на детально розвіданих родовищах, чітко оконтуренних і випробуваних. При цьому дотримується строга відповідність проекту, іноді навіть типовому для даного родовища. Недооцінка, а іноді нерозуміння відмінності між експлуатаційним бурінням на нафту і експлуатаційним бурінням на воду нерідко приводять до формального механічного вашого запроектованої конструкції свердловини без урахування розкривається розрізу і до ізоляції потрібного водоносного горизонту. В результаті свердловина виявляється дефектною. Щоб уникнути цього при так званому експлуатаційному бурінні на воду необхідно вести ініціативну розвідку і випробування розкриваються водоносних горизонтів, особливо в маловивчених районах.
Оцінка якості води для цілей водопостачання
Вимоги до хімічного і бактеріального складу водиЗгідно ГОСТ 2761-57, джерело (підземні води) може бути використаний для господарсько-питного водопостачання, якщо якість води відповідає таким вимогам.
Найменування |
Параметр |
Зміст сухого залишку, не більше, мг / л |
1000 |
Зміст сульфатів, не більше, мг / л |
500 |
Зміст хлоридів, не більше, мг / л |
350 |
Загальна жорсткість, не більше, мг-екв / л |
7 |
Середня кількість кишкових паличок в 1 л води, не більше: |
Для джерел, намічуваних до використання тільки з хлоруванням води |
1000 |
Для джерел, намічуваних до використання з повною очисткою і з хлоруванням води |
1000 |
Запах і присмак при температурі 20 С не більше, бали |
3 |
Сумарний вміст заліза у воді підземних джерел не повинно перевищувати 1 мг / л.
Згідно ГОСТ 2874-54, якість води, що подається споживачам, повинна постійно задовольняти наступним вимогам.
Найменування |
Параметр |
Запах і присмак при температурі 20 С не більше, бали |
2 |
Кольоровість за шкалою не більше, град |
20 |
Прозорість за шрифтом не менше, см |
30 |
Загальна жорсткість не більше, мг-екв / л |
7 |
Зміст не більше, мг / л: |
Свинцю |
0,1 |
Миш'яку |
0,05 |
Фтору |
1,5 |
Міді |
3,0 |
Цинку |
5,0 |
Загальне число бактерій в 1 мл не більше |
100 |
Кількість кишкових паличок в 1 л води не більше |
3 |
Титр кишкової палички не менш |
300 |
Крім того, якість води водопроводів, які мають пристрій для її обробки, має відповідати наступним вимогам.
Найменування |
Параметр |
Каламутність по Мутномери при освітленні води не більше, мг / л |
2,0 |
Вміст заліза сумарне при знезалізненні води, мг / л |
0,3 |
Активна реакція (pH) при освітленні або пом'якшення води |
6,5-9,5 |
Для всебічної характеристики хімічного складу води її піддають скороченим і повним аналізами, перелік необхідних визначень для яких передбачений "Інструкцією щодо застосування класифікації експлуатаційних запасів підземних вод".
Геологічний розріз і конструкція свердловини "на пісок"
Геологічний розріз і конструкція свердловини "на вапняк" (артезіанська свердловина)