СПОСОБ ИНДИКАТОРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ
METHOD FOR TRACER-BASED SIMULATION OF INTERACTION OF AQUEOUS LAYERS

Изобретение относится к методам изучения динамики подземных вод и основано на открытии Чердынцева В.В. и Чалова П.И. [1].
Известен способ определения динамики подземных вод путем бурения скважин и продолжительной откачкой воды из них [2].
Недостатками этого способа являются большая трудоемкость и энергоемкость работ, а также необходимость суждения о существовании связи между водоносными горизонтами только на основе косвенных показателей, т.е. понижения уровня в наблюдательных скважинах при откачке из другого горизонта.
Известен способ определения формирования, степени водообмена и генезиса подземных вод путем изучения соотношений концентраций дейтерия и кислорода-18 [3, 4].
Однако этот способ также трудоемок и требует наличия высокоточного дорогого оборудования.
234
238
Известен также способ определения водопроводимости горных пород измерением величины отношения изотопов урана U/U=γ в подземных водах имеющихся скважин и вычислением по формулам [5].
Этот способ решает частную задачу при уран-изотопном моделировании.
Целью изобретения является уменьшение трудоемкости и стоимости работ, а также повышение однозначности и надежности получаемых результатов.
Для достижения этой цели на площади изучаемой гидрогеологической структуры из существующих скважин, колодцев и водоемов отбирают пробы вод путем фильтрования в чистые емкости, отметив интервалы водоносных горизонтов в скважинах и колодцах, расположение их на топографической карте местности, в полевых условиях в стеклянные бутыли добавляют метилоранж для контроля кислотности среды, а также соляную кислоту до рН 1-2 (до розовой окраски раствора) для перевода урана в ионную форму. После этого для одновременного определения концентрации урана и изотопного отношения в бутыли добавляется известное количество трассера - урана-232. Затем при перемешивании в воду постепенно наливают насыщенный раствор уротропина до перехода окраски из розового в желтый цвет, т.е. до рН 4.5-5.5. Далее в обрабатываемую пробу добавляют активированный уголь для сорбирования урана из водной пробы. После отстаивания раствора и осаждения угля на дне посуды проводят декантирование осветленной части раствора и фильтрование угольного осадка на воронке Бюхнера под вакуумом, осадок сушится и отправляется в стационарную радиохимическую лабораторию.
234
238
Способ иллюстрируется полученными результатами обработки данных. На фиг.1 представлена индикаторная модель циркуляции подземных вод четвертичных отложений Рыбачинского месторождения Киргизии по данным уран-изотопной съемки. На фиг.2 - график изменения отношения величины отношения U/U=γ и концентрация урана в подземных потоках по линии I-I с фиг.1. На фиг.3 - модель взаимодействия подземных вод различных горизонтов по уран-изотопным данным в районе Сюктерского участка Чебоксарского месторождения минеральных вод в разрезе.
234
238
В стационарной радиохимической лаборатории проводят очистку природного урана от альфа-активных изотопов радия и тория. При этом уран вымывается из угля карбонатным раствором и собирается в колбе Бунзена. Затем соосаждением на гидроокиси железа очищают уран от других альфа-излучающих нуклидов. Уран экстрагируется трибутилфосфатом и переходит в органическую фазу. Из органической фазы уран реэкстрагируется дистиллированной водой, высушивается и растворяется соляной кислотой. Затем проводится электролитическое осаждение урана на диск из нержавеющей стали и после промывки дисцилированной водой и сушки готовый урановый препарат отправляется в альфа-спектрометрическую лабораторию, где измеряют изотопное отношение и концентрацию урана в ионизационной камере. С помощью специальной компьютерной программы регистрируются импульсы от альфа-частиц, сохраняются полученные спектры и рассчитываются отношения активностей изотопов урана U/U=γ, стандартное и относительное среднеквадратичное отклонение, концентрация урана и его химический выход.
234
238
234
238
Э1
Э2
Затем строится карта распределения отношения стабильного природного индикатора - отношение альфа-активностей изотопов U/U=γ, строят линии равных значений γ в горизонтальной и вертикальной плоскостях, пересекающие все изученные водоносные горизонты. По наличию или отсутствию аналогичности в пространственных изменениях в конфигурациях изолиний γ в смежных водоносных горизонтах судят о существовании или отсутствии связи между ними. При этом существование куполовидной конфигурации изолиний γ в вертикальной плоскости показывает на наличие в этом районе месторождения минеральных вод глубинного генезиса. Прослеживание линий равных значений  (где γ и γ - величина γ=U/U в центральной части источников 1 и 2,  - величина γ в водах в центральной части области смешения источников 1 и 2), по водоносному горизонту определяют конфигурацию границ смежных подземных потоков и получают индикаторную модель циркуляции всех потоков по площади и разрезу водоносного горизонта и взаимосвязи вод смежных водоносных горизонтов. Составляя расчетную схему и балансовое уравнение смешивающихся источников питания:
a
a
a
a
1
1
n
n
1
n
1
n
Q=q+…+q (где Q - расход (объем) подземного потока; q…q - объемы 1-го… n-го источников питания, … - доли 1-го и n-го источников питания). Пропорции смешения вод различных источников определяют по формуле
1
2
1
1
см
2
2
см
1
2
1
2
см
1
2
234
238
q/q=C(γ-γ)/C(γ-γ) (где q и q - объемы (расходы) первого и второго источников; γ, γ, γ - отношение активностей U/U в водах первого, второго источников и смешанных водах (подземном потоке); C, С - концентрации урана в водах первого и второго источников. По балансовому уравнению с учетом выявленных по уран-изотопным данным условий формирования ресурсов подземных вод судят о защищенности водоносного слоя от истощения.
Способ многократно апробирован в условиях Киргизии в 1978-90 гг. районов Северо-Муйского тоннеля Байкало-Амурской магистрали. Республики Татарстан, Чувашской Республики, Кировской, Самарской, Воронежской, Белгородской областей и т.п. [6].
Источники информации
234
238
1. Чердынцев В.В., Чалов П.И. Естественное разделение урана U и U // Открытия в СССР (Сборник кратких описаний открытий, внесенных в Государственный реестр СССР). М.: ЦННИПИ, 1977. С.28-31.
2. Справочное руководство гидрогеолога. Под ред. В.М.Максимова, - Л.: Недра, 1979, т.1, 2.
3. Природные изотопы гидросферы. Под ред. В.И.Ферронского, - М.: Недра, 1975.
4. Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия гидросферы, - М.: Наука, 1983.
5. А.С. СССР №920607, МПК 601V 9/00, 9/02, 15.04.82, БИ №14.
6. Тихонов А.И. Неравновесный уран в условиях активного водообмена и его использование в геологии и гидрогеологии. - Чебоксары.: Изд-во Л.А. Наумова, 2009, - 456 с.