Файл: Шарапанов, Н. Н. Методика геофизических исследований при гидрогеологических съемках с целью мелиорации земель.pdf

* Максимально правдоподобное математическое ожидание.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о слу­ чайности результатов единичных определений проницаемости

на расстояниях до 100 км показывает, что даже в условиях интен­ сивного сноса материала осадочной толщи пород нестационарный режим неоднородности не проявляется.

Так, например, для аллювиально-пролювиальных отложений вдоль слившихся конусов выноса, составляющих предгорную юго-западную равнину хребта Каратау, по семи створам длиной 20—25 км нами не выявлена нестационарная изменчивость филь­ трационных свойств пород (суглинки, супеси). Аналогичное явле­ ние наблюдается для Чуйской впадины, субаэральной дельты р. Мургаб, долины р. Волга вблизи Волгоградского водохрани­ лища (по крайней мере при длине створа в 150 км). Тем более трудно предположить возможность выявления нестационарной неоднородности фильтрационных свойств пород традиционными для гидрогеологии методами в пределах широких водораздельных пространств на платформах или низменностях, о чем свидетель­ ствует, например, отсутствие закономерного изменения коэффи­ циента фильтрации песчаных отложений равнинной части Туркмении в направлениях с востока на запад и юго-востока на северо-запад по створам длиной 250—300 км.

Некоторое представление о макронеоднородности пласта пер­ вого порядка можно получить из табл. 1, в которой приведены данные о коэффициенте фильтрации йф, их дисперсии и дове­ рительном интервале при 95%-ном и 99%-ном уровнях вероят­ ности, характеризующих фильтрационную неоднородность раз­ личных пород осадочной толщи.

Из приведенных данных следует, что зоне аэрации свойственна большая фильтрационная неоднородность. При многократном опробовании (п) одного и того же геолого-генетического комплекса пород оказывается, что дисперсия ряда характеризующих его коэффициентов фильтрации по величине соизмерима со средним значением и при этом коэффициент вариации Cv достигает 0,5— 0,8. Однако, несмотря на указанную неоднородность, с вероят­ ностью Р = 0,95% можно считать, что в пределах одного и того же морфогенетического комплекса отложений коэффициент фильтра­ ции в зоне аэрации изменяется всего лишь в 3—4 раза.

Попытки выделить строго однородные участки внутри области распространения отдельных геолого-генетических комплексов, по нашему мнению, не могут привести к успеху как вследствие не­ однородности осадочной толщи пород, так и из-за недостаточно

23

высокого уровня современных методов определения гидрогеологи­ ческих параметров.

Так, например, в районе распространения сыртовых отложе­ ний на территории Куйбышевской обводнительно-оросительной системы было выполнено по три налива в шурфы, расположенные по створу через два водораздельных пространства (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Результаты определения коэффициента фильтрации /сф на двух водоразделах Куйбышевской обводнительнооросительной системы

Расстояние между шурфами 800—1000 м. Рассматриваемые створы находятся в одинаковых морфогенетических условиях. Однако для полутораметровой глубины в первом створе наблю­ дается гораздо большая изменчивость проницаемости пород, чем во втором. В то же время для глубины 2,5—3,0 м картина оказы­ вается обратной. И более того, при повторном наливе на глубину 1,5 м рядом с шурфом 2 в створе II был получен коэффициент фильтрации, равный 0,02 м/сут. Коэффициент водопроводимостн по данным режимных наблюдений также изменялся в 2—3 раза вкрест распространения водораздела на расстоянии 2 км (режим­ ный створ в районе пос. Зерносовхозский).

Таким образом, опыт изучения фильтрационных свойств пород зоны аэрации в различных гидрогеологических условиях показы­ вает, что единичные определения коэффициента фильтрации не могут рассматриваться как представительные для отдельных литологических разностей. В связи с этим проведение исследова­ ний традиционными гидрогеологическими методами с целью определения изменения проницаемости пород в пределах отдель­ ных геолого-генетических комплексов отложений нецелесооб­ разно. Эта задача может быть решена только при наличии непре­ рывной в пространстве информации о проницаемости пород. В противном случае при выполнении гидрогеологических исследо­

:24

ваний представляется возможным определить только средний: коэффициент фильтрации и его дисперсию для отдельных геолого­ генетических комплексов отложений.

ФИЛЬТРАЦИОННАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ПОРОД ЗОНЫ ПОЛНОГО НАСЫЩЕНИЯ

Опыт изучения фильтрационных свойств пород зоны полногонасыщения, так же как и пород зоны аэрации, свидетельствует о их изменчивости как в плане, так и в разрезе отдельных водо­ носных горизонтов. По этой причине в ряде случаев оказывается, что расчетная величина коэффициента фильтрации, определяемая например, путем опытных откачек, существенно зависит от метода его расчета. Так, для однородных пластов коэффициенты фильтра­ ции, рассчитанные графо-аналитическим методом и по формуле Дюшои, относительно близки. Разница между ними в районе предгорной равнины хребта Каратау составляет всего лишь 5— 12% (при коэффициенте вариации 0,4—0,5). С увеличением неодно­ родности пласта может увеличиться и разница между коэффи­ циентами фильтрации, получаемыми этими методами, так как для неоднородного пласта зависимость между понижением уровня s и lg t имеет функциональный характер, а между s и lg г — кор­ реляционный (г — расстояние наблюдательной точки от опытной скважины) [5].

Современными средствами практически, видимо, невозможновыделить зоны с постоянными фильтрационными свойствами внутри отдельных литологических комплексов отложений. Иногда по данным опытных откачек из двух скважин, удаленных друг от друга на несколько километров, для одного и того же геолого­ генетического комплекса отложений получают коэффициенты фильтрации, различающиеся в несколько раз. Однако такие жеразличия в значениях коэффициента могут наблюдаться внутри одного и того же геологического тела и на расстоянии в 50—100 м, о чем свидетельствуют результаты определений коэффициента фильтрации в зоне влияния систематического горизонтального дренажа на периферии конусов выноса в Голодной степи. Анало­ гичной изменчивостью фильтрационных свойств характери­ зуются и обводненные торфяники.

Наиболее реальным, по-видимому, путем оценки фильтрацион­ ной неоднородности пород может явиться создание статистической модели пористой среды, представляющей различные геолого­ генетические комплексы отложений.

Однако в настоящее время, по нашему мнению, трудно научнообоснованно предопределить закон распределения вероятных зна­ чений проницаемости пород, необходимый для создания такой модели.- Более того, даже после завершения гидрогеологических исследований нельзя гарантировать однозначное решение рас­ сматриваемой задачи.

2ь

Имеется ряд работ [5], авторы которых пришли к выводу, что распределение проницаемости пород в большинстве случаев не противоречит логнормальному закону и в меньшем числе слу­ чаев не противоречит нормальному закону распределения. Однако в каждом конкретном случае заключение о непротиворечии тому или иному закону рассматриваемой выборки чисел зависит от ее объема. Известно, что гипотеза о непротиворечии нормальному или логнормальному законам распределения ряда чисел не отвер­ гается, а повышается с уменьшением выборки [5]. Но так как на практике исследователи, как правило, имеют небольшой объем выборок, приходится с осторожностью относиться к выводам об удовлетворении характеристик проницаемости пород в пределах распространения отдельных водоносных горизонтов определен­ ному закону распределения.

Вызывает особый интерес работа [5], авторы которой на примере 30 относительно небольших участков разведки под­ земных вод, представленных большими объемами выборок (с пре­ обладанием 25—30 значений), характеризующих различные водо­ вмещающие породы, пришли к упомянутому выше выводу: в большинстве случаев распределение вероятных значений прони­ цаемости пород не противоречит логнормальному закону; реже встречаются случаи непротпворечия нормальному закону и еще реже случаи противоречия обоим законам.

Аналогичный вывод следует нз анализа имеющихся у пас материалов по изменению коэффициента фильтрации для гравийно­ галечных, песчаных и супесчано-суглинистых отложений, при­ уроченных к равнинной части Туркмении, долинам рек, дельтам и другим геоморфологическим элементам территории СССР.

Если исходить из стохастнчности поля фильтрационных свойств горных пород, то оно может характеризоваться средним значением при нормальном законе распределения пли наиболее вероятным средним при логнормальном законе распределения и коэффициентом вариации. Знание закона распределения вероят­ ных значений в рассматриваемом случае необходимо для опре­ деления среднего значения проницаемости отдельных лнтологогенетическпх комплексов пород при заданном уровне вероятности.

Опыт обработки отдельных выборок показывает, что чем одно­ роднее геологическое тело, тем меньше коэффициент вариации и меньше разница между среднеарифметическим и наиболее веро­ ятным средним значениями (табл. 3). При коэффициенте вариации менее 0,4 ошибка в среднем значении коэффициента фильтрации, вызванная заменой нормального закона распределения на лог­ нормальный, не превышает 20%, а при b/a ^ 1 — 40% ( а — математическое ожидание lg /Сф, Ь — среднеквадратическое откло­ нение lg кф). При этом среднеарифметическая величина коэффи­ циента фильтрации всегда больше среднегеометрического или наи­ более вероятного среднего значения. Поэтому, учитывая, что пра­ ктически коэффициент вариации реальных выборок гидрогеоло­

26