Методы гидрогеологических исследований взаимосвязи пресных подземных вод с морскими

Для изучения интрузии морских вод в горизонты пресных подземных вод за рубежом используют комплекс методов, в том числе геофизические и индикаторные, моделирование, наблюдение за режимом подземных вод. Большое внимание уделяется созданию сети наблюдательных скважин для определения химического состава подземных вод.

При изучении контакта пресных и соленых вод на прибрежной равнине, простирающейся от Кале до Дюнкерка (Франция), были применены следующие методы: вертикальное электрическое зондирование, электрокаротаж, щуп Пан, отбор воды на химический анализ, измерение ее электропроводимости. В результате выполненных исследований было установлено, что электрическое зондирование позволяет фиксировать положение верхнего предела переходной зоны с точностью до 1—2 м. Электрокаротаж отбивает границу с точностью до 20 см. Наилучшие результаты были достигнуты посредством оборудования сети наблюдательных скважин, пройденных до нижнего водоупора и оборудованных фильтрами на всю мощность водоносного горизонта. Замеры минерализации воды выполнялись по всему разрезу с помощью резистивиметра.

Положительные результаты дало применение электрокаротажа при изучении границы и зоны смешения морских и пресных грунтовых вод в прибрежных дюнах Малика (Сенегал), Примененный первоначально метод послойного гидрохимического опробования скважин оказался трудоемким и не давал достаточно оперативной информации. Периодическое применение электрокаротажа в скважинах, оборудованных сеткой из пластикового материала, позволило определить зону смешения и проследить ее изменение во времени под влиянием естественного колебания уровня грунтовых вод и под воздействием откачки, продолжавшейся около трех месяцев. За время откачки мощность зоны смешения непосредственно под водозабором увеличилась с 1,3 до 11,4 м, содержание хлора в воде возросло с 260 мг/л до 830 мг/л, а минерализация — с 0,4 до 5,4 г/л.

И. ван Дам сообщает об опыте использования электроразведки в Нидерландах при исследовании распространения пресных и соленых подземных вод и оценке их статических запасов. Вместе с тем, он отмечает, что метод электроразведки не позволяет получить данные о восполнении запасов подземных вод, гидрогеологических параметрах, о характере изменения минерализации подземных вод с глубиной при наличии в разрезе слабопроницаемых прослоев.

Наряду с электрозондированием, для выявления интрузии морских вод применяется также метод поверхностного электропрофилирования. Он был использован, в частности, при изучении интрузии морских вод в районе Шипиган (Канада). По данным А. Лагрега, здесь, в результате начавшейся в 1964 г. интенсивной откачки пресных подземных вод из песчаников формации Клифтон (пенсильванская свита) мощностью около 200 м, на многих участках побережья отмечено внедрение морских вод в водоносный горизонт. Выполненное в 1969 г. электропрофилирование показало, что значения кажущегося удельного сопротивления на участках развития «языков» морских вод снижаются с приближением к берегу от 200 (пресные подземные воды с содержанием Cl до 100 мг/л) до 20 Ом (соленые подземные воды с содержанием Cl до 5000 мг/л). Автор детально освещает методику полевых исследований и интерпретацию полученных данных.

Помимо геофизических методов, для изучения процесса внедрения морских вод в горизонты пресных подземных используют природные изотопы.

Л. Мерлива и И. Вийом исследовали с помощью дейтерия водоносный горизонт Kpo на побережье Средиземного моря (Франция). Содержание дейтерия в пробах подземных вод указанного горизонта, а также в пробах морской и речной воды измерялось с помощью масс-спектрометра; отношение (D/H) выражалось либо в частях па миллион, либо относительно стандарта, соответствующего среднему значению (D/H) в морской воде. Установлено, что питание водоносного горизонта происходит за счет ирригационных вод. Соленые воды, залегающие, в нижней части горизонта, по содержанию дейтерия и хлора резко отличаются от вод Средиземного моря. На этом основании сделан вывод о том, что наличие соленых вод в пласте не связано с интрузией морских вод.

Важное значение имеет контроль за внедрением морских вод в прибрежные водоносные горизонты. Для наблюдений рекомендуется использовать стационарные режимные станции. На первой стадии исследований положение границы раздела пресных подземных и морских вод может быть выявлено методом электрозондирования. Более точно положение этой границы и ее изменение во времени устанавливается сетью наблюдательных скважин посредством поинтервального отбора проб; при этом скважины могут быть оборудованы торцевыми фильтрами, помещенными на разных глубинах, что повышает представительность проб. Используют также косвенные методы определения минерализации воды (скважинная геофизика, особенно электрокаротаж).

При исследовании интрузии морских вод важное значение приобретает изучение субмаринной разгрузки водоносного горизонта.

Р. Кассинис приводит результаты изучения разгрузки подземных вод вдоль побережья Сицилии, которые показали, что даже малодебитные субмаринные источники могут быть зафиксированы при наличии соответствующей техники. Представляется возможным выявление также сезонных колебаний в режиме этих источников. Сравнивая профили минерализации на разных глубинах, можно оценить дебит субмаринных источников.

Изучению разгрузки пресных подземных вод в карстовом районе, расположенном на берегу Коринфского залива (Греция), посвящена работа Ж. Гро и др. В ней предложен новый метод выявления субмаринных выходов карстовых вод, основанный на обнаружении температурных аномалий фотографированием в инфракрасном свете. Метод основан на двух обстоятельствах: на относительной независимости дебита источников карстовых вод от приливно-отливных циклов и на различной интенсивности теплового излучения карстовых и морских вод.

На внедрение морских вод в горизонты пресных подземных существенное влияние оказывает фильтрационная неоднородность и трещиноватость водоносных пород. Это обстоятельство отмечается в ряде работ и подтверждается примерами интрузии и морских вод на побережье Израиля и на юге Флориды (США).

Во многих работах рассмотрен вопрос влияния приливов и отливов на режим подземных вод. В работе описано использование гармонического анализа при изучении приливно-отливных колебаний уровня подземных вод в водоносных горизонтах вблизи берега моря. По четырем скважинам, заложенным в створе, перпендикулярном к берегу моря на о-ве Принца Эдуарда (Канада), в течение 16 дней производились сопряженные измерения колебаний уровня подземных вод сообщающегося с морем водоносного горизонта и поверхности воды в заливе. Установлено, что период между минимальным и максимальным значениями уровня подземных вод составляет 745 мин. Данные о колебаниях уровня подземных вод за указанный период, обработанные методом гармонического анализа, были использованы для определения гидрогеологических параметров.

Аналогичные исследования проведены в районе г. Шарлоттаун (Канада). В результате наблюдений за уровнем подземных вод по 20 наблюдательным скважинам в эстуарии р. Эллиот установлено, что уровень подземных вод колеблется синхронно с морскими приливами.

Интересен процесс опреснения подземных вод после затопления прибрежной полосы дюн Ораны на о-ве Валхерен (Нидерланды). Во время сильного шторма в феврале 1953 г. морская вода, затопившая побережье, проникла в водоносный горизонт и смешалась с пресной грунтовой водой, которая была источником водоснабжения г. Мидделбург. В результате дренирования каналом смешанной по составу грунтовой воды, перекачки ее из канала в море и восполнения пресной воды за счет осадков в течение семи лет, прошедших со времени затопления, подземные воды вновь стали пресными — содержание иона хлора снизилось с 1400 до 400 ммоль/л.