Методология изучения месторождений подземных вод на основе системного подхода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.07, кандидат геолого-минералогических наук Аликин, Эдуард Александрович

• Аликин, Эдуард Александрович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Аликин, Эдуард Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Анализ нормативно-методических документов.

Глава 2. Основные понятия системного подхода.

2.1. Методы научного познания.

2.2. Характеристика систем.

2.2.1. Структура системы.

2.2.2. Понятие сложной системы.

2.2.3. Проблема цели в системных исследованиях.

Глава 3. Месторождение подземных вод как сложная система.

3.1. Специфичность месторождений.

3.2. Характеристика месторождений.

3.3. Обоснование цели, состава, структуры и свойств 32 месторождений.

Глава 4. Методологические принципы изучения месторождений подземных вод.

4.1. Теоретическое обоснование методологии.

4.2. Группировка месторождений по сложности разведки.

4.3. Алгоритм изучения месторождений.

4.4. Классификация месторождений.

Глава 5. Методология поисково-разведочных работ.

5.1. Характеристика работ.

5.2. Алгоритм работ.

5.3. Стадийность работ.

Глава 6. Методология оценки эксплуатационных запасов подземных вод.

6.1. Принципы оценки запасов.

6.2. Алгоритм оценки запасов.

6.3. Оценка запасов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методология изучения месторождений подземных вод на основе системного подхода»

Актуальность темы. Подземные воды являются полезным ископаемым, добыча которого обеспечивает хозяйственно-питьевое и производственно-техническое водоснабжение (пресные воды), санаторно-курортное лечение (минеральные воды), извлечение ценных компонентов (промышленные воды) и использование как теплоэнергетического сырья (термальные воды). Пресные подземные воды относятся к стратегическим видам полезных ископаемых, поскольку являются как приоритетными источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, так и единственным источником питьевого водоснабжения на период чрезвычайных ситуаций. Участие подземных вод в общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения составляет по РФ 46% (Язвин, 2003), которое по-прежнему базируется на поверхностных водах. Современная сложная экологическая ситуация негативно сказывается на качестве (санитарном состоянии) поверхностных вод как источников питьевого водоснабжения, поэтому в будущем неизбежен перевод питьевого водоснабжения исключительно на подземные воды.

Современное хозяйственно-питьевое водоснабжение населения Пермского края базируется на использовании подземных и поверхностных вод в количестве 678 тыс. м /сутки, при этом доля использования подземных о вод составляет 33% (224 тыс. м /сутки). Пресные подземные воды в пределах эксплуатируемых месторождений и водозаборов испытывают разнообразное техногенное воздействие; выявлено 60 очагов загрязнения (Аликин, 2006). Наибольшее их количество приурочено к объектам недропользования; загрязняющие компоненты: хлориды, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, нитраты.

В крае эксплуатируется 62 крупных водозабора с водоотбором свыше 1 тыс. м /сутки и большое количество мелких водозаборов и одиночных водозаборных скважин, работающих на неутвержденных запасах подземных вод; суммарный их водоотбор составляет соответственно 111 и 79 тыс. м3/сутки.

Анализ состояния использования подземных вод Пермского края для хозяйственно-питьевого водоснабжения позволяет констатировать следующее:

- половина отбора подземных вод осуществляется на участках недр, эксплуатационные запасы подземных вод которых не были оценены и не прошли государственную экспертизу;

- отсутствует геолого-экономическая оценка выявленных и разведанных месторождений, что не позволяет определить рентабельность их освоения и инвестиционную привлекательность.

Необходимо:

- интенсифицировать работу по оценке запасов подземных вод на участках действующих водозаборов с ранее не утвержденными запасами;

- провести геолого-экономическую оценку выявленных месторождений нераспределенного фонда недр.

В соответствии с действующими законодательными актами Российской Федерации (закон «О недрах», Водный кодекс и др.) добыча подземных вод допускается только при оценке их эксплуатационных запасов (ЭЗПВ), которые должны пройти государственную геологическую экспертизу, а также наличии лицензии. Поэтому выявление и изучение месторождений подземных вод (МПВ) и оценка в их пределах эксплуатационных запасов является непременным условием использования подземных вод как полезного ископаемого. Из вышеизложенного следует очевидный вывод: улучшение водоснабжения различных отраслей хозяйства возможно только за счет увеличения добычи подземных вод, определяемое резким увеличением объемов поисково-разведочных работ (ПРР). В этой связи весьма актуальна проблема повышения экономической эффективности поисково-разведочных работ, основанной на методологии изучения месторождений и оценки запасов подземных вод в рамках системного подхода, обеспечивающего позитивный характер взаимоотношений человека с окружающей средой.

Объект исследований - перспективные участки недр для выявления и разведки месторождений подземных вод.

Предмет исследований - принципы и критерии использования методических приемов системного подхода при изучении месторождений подземных вод и оценке их запасов.

Цель работы - разработка методологии изучения месторождений подземных вод и принципов стадийности поисково-разведочных работ, установление факторов категорийности запасов подземных вод.

Основные задачи исследований:

- обосновать необходимость рассмотрения изучаемых месторождений подземных вод, стадийности поисково-разведочных работ и категоризации эксплуатационных запасов подземных вод как систем;

- установить цели системных исследований, состав, свойства и структуру систем, алгоритм их изучения;

- разработать классификацию месторождений подземных вод, исходя из классических подходов к изучению систем;

- обосновать и разработать методологические принципы изучения месторождений подземных вод, стадийности поисково-разведочных работ и категоризации эксплуатационных запасов подземных вод.

Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены результаты практической деятельности автора (поисково-разведочные и тематические работы на подземные воды) в различных регионах страны (Прибайкалье, Западная Украина, Центрально-черноземный район, Прикамье) в качестве ответственного исполнителя, руководителя (главного гидрогеолога партии, экспедиции, директора предприятия) и эксперта (заместителя председателя ТКЗ при Пермисполкоме) за период 1961-2005 гг. За этот период автором разведано 6 месторождений подземных вод, запасы которых успешно прошли государственную экспертизу; оценены запасы по 7 действующим водозаборам; при его методическом руководстве было разведано 8 месторождений подземных вод, 5 обводненных месторождений твердых полезных ископаемых; в ТКЗ проэкспертировано более 15 отчетов по поисково-разведочным работам с оценкой запасов подземных вод.

Критический анализ нормативно-методических документов по изучению месторождений подземных вод, стадийности поисково-разведочных работ и оценки их эксплуатационных запасов и предложения по их совершенствованию на основе системного подхода были изложены в публикациях автора.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней на современном уровне:

- обосновано использование методологии системных исследований в разведочной гидрогеологии;

- рассматриваются и исследуются как взаимосвязанные системы месторождения подземных вод, поисково-разведочные работы и категорийность эксплуатационных запасов подземных вод, где в роли объектов выступают месторождения подземных вод, в роли целей -эксплуатационные запасы подземных вод, а в роли средства достижения цели - поисково-разведочные работы; дана характеристика цели, состава, свойств и структуры этих систем и алгоритм их изучения;

- разработана классификация месторождений подземных вод как альтернатива «Типизации месторождений подземных вод» Н.И. Плотникова (1959);

- разработаны методологические принципы изучения месторождений подземных вод, стадийности поисково-разведочных работ и категорийности эксплуатационных запасов подземных вод.

Практическая значимость работы определяется объективной возможностью применения разработанных приемов оптимизации методов разведочной гидрогеологии с обоснованным сокращением сроков и стоимости работ без ущерба качеству посредством:

- конкретизации целей и задач на всех уровнях изучения месторождений подземных вод;

- сокращения стадийности методов поисково-разведочных работ в результате обоснованного исключения или совмещения стадий;

Защищаемые положения:

1. Месторождения подземных вод являющиеся сложными динамическими системами, объективно изучаются только с учетом подвижности и возобновляемости запасов подземных вод.

2. Классификация месторождений подземных вод являющаяся основой подбора наиболее оптимальных и эффективных методов поисково-разведочных работ.

3. Методология изучения месторождений подземных вод, основанная на системном анализе, повышает теоретическую обоснованность и практическую рациональность комплекса методов разведочной гидрогеологии.

Апробация работы и публикации. Учитывая новизну подходов к решению данных проблем и дискуссионность предлагаемых решений, к настоящему времени только часть научных разработок автора в том или ином виде нашла отражение в действующих нормативно-методических документах МПР РФ, регламентирующих процесс поисково-разведочных работ и категоризацию запасов подземных вод:

1. Из «Классификации эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод» (1997) исключена «Типизация месторождений подземных вод» Н.И. Плотникова после ее критики в статье автора (Аликин, 1987).

2. Во «Временное положение о порядке проведения геологоразведочных работ по этапам и стадиям (подземные воды)» (1998):

- введен принцип адекватности стадийности поисково-разведочных работ и категорийности эксплуатационных запасов, реализуемый варьированием структурой поисково-разведочных работ, т.е. количеством стадий, предложенный автором (Аликин, 1990);

- включено совмещение разведки и эксплуатационной разведки (опытно-промышленная эксплуатация) в качестве самостоятельного вида ПРР, предложенное автором (Аликин, 1990).

По теме диссертации автором опубликовано 8 работ, из них 4 в журналах поименованных в списке ВАК и рекомендованных экспертным советом по наукам о Земле. Результаты диссертационного исследования докладывались на специализированных научно-практических конференциях «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (1997, 2007, 2009).

Достоверность результатов исследований. Разработанные автором принципы системного подхода применительно к методологии разведочной гидрогеологии были использованы при проведении поисково-разведочных работ на подземные воды для водоснабжения городов Осы, Соликамска, ОАО «Пермнефтеоргсинтез», ОАО «Сильвинит», ОАО «Ависма», а также при экспертизе отчетов с подсчетом запасов подземных вод в Пермском филиале государственной комиссии по запасам полезных ископаемых МПР России. Их применение при поисково-разведочных работах позволило существенно сократить стоимость работ и сроки их выполнения, а при экспертизе - указать на методические недоработки, связанные с некорректным использованием существующей методики работ и оценки эксплуатационных запасов подземных вод.

Опыт использования принципов системного подхода убеждает в правомерности необходимой корректировки существующей методологии разведочной гидрогеологии посредством конкретизации целей и задач каждого уровня изучения месторождений подземных вод, теоретической и практически осмысленной разработки алгоритма поисково-разведочных работ и категоризации запасов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы, включающего 24

Заключение диссертации по теме «Гидрогеология», Аликин, Эдуард Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Громадный опыт, полученный отечественными гидрогеологами в процессе поисково-разведочных работ на подземные воды во второй половине XX века, достаточно наглядно выявил несовершенство концепции аналитического подхода к оценке запасов, заключавшегося в отнесении изучаемых месторождений к типовым в соответствии с «Типизацией месторождений подземных вод» Н.И. Плотникова, в последующем с группировкой их по сложности гидрогеологических условий, поскольку критерии выделения оказались несовершенными, а отнесение к какой-либо группе неоднозначным. Кроме того, такая дифференциация месторождений позволяла в самых общих чертах учитывать их специфику при обосновании методики поисково-разведочных работ и оценки запасов. Поэтому в практике разведочной гидрогеологии широко используются шаблонные методы изучения месторождения, формально реализуются разработанные методы поисково-разведочных работ без учета состава и свойств элементов месторождений как систем, их структуры, особенно иерархической и внешнего окружения.

Творческое осмысление методологии системного подхода позволило совершенно по-новому интерпретировать фундаментальный для наук о Земле метод последовательных приближений, охарактеризовать МПВ, ПРР и ЭЗПВ как сложные системы, декомпозировать их на подсистемы и элементы; выявить иерархические уровни развития их как систем, определить внешнюю и внутреннюю структуры этих систем. Использование системного подхода позволило индивидуализировать каждое месторождение, а следовательно целенаправленно проводить их изучение на всех стадиях поисково-разведочных работ и оценки запасов по степени достоверности (категорийности).

Вместо изжившей себя «Типизации месторождений подземных вод» предложен вариант классификации месторождений, базирующийся на методологии системных исследований; в нем в полной мере использованы пять классических подходов к познанию месторождений как систем.

Для творческого, целенаправленного подхода к проблеме проектирования и организации поисково-разведочных работ и оценке запасов разработаны методологические принципы их реализации, что в совокупности позволяет:

1. Сменить парадигму аналитического подхода к научному познанию в разведочной гидрогеологии на системный подход, доказавший свое преимущество в других отраслях знаний;

2. Внести существенные коррективы в действующие нормативно-методические документы, регламентирующие изучение месторождений и оценку запасов;

3. Повысить профессиональный уровень специалистов-гидрогеологов, вооружив их более современными методами разведочной гидрогеологии;

4. Оптимизировать процесс изучения месторождений и оценки запасов, снизить стоимость и повысить качество поисково-разведочных работ на подземные воды.

Автор далек от мысли, что фундаментальная перестройка научного мышления может быть осуществлена на основе одной научной работы, а эта работа лишена недостатков. Цель диссертационной работы — представить вниманию научной общественности и персоналу производственных геологических организаций принципы оценки ЭЗПВ на основе системного подхода к изучению месторождений для их последующего использования и усовершенствования, учитывая коллективный научный и производственный потенциал специалистов-гидрогеологов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Аликин, Эдуард Александрович, 2009 год

1. Аликин Э.А. Месторождения подземных вод в рамках системного подхода // Разведка и охрана недр. 2008. № 3. С.46-48.

2. Аликин Э.А. Обоснование сложности гидрогеологических условий месторождений пресных подземных вод // Разведка и охрана недр. 1989. №4. С.51-53.

3. Аликин Э.А. Оценка использования ресурсного потенциала пресных подземных вод Пермского края // Современные проблемы науки и образования. 2007. № 2. С.7-11.

4. Аликин Э.А. Принципы классификации месторождений пресных подземных вод // Разведка и охрана недр. 1987. № 9. С. 38-43.

5. Аликин Э.А. Принципы стадийности разведки подземных вод // Разведка и охрана недр. 1990. № 9. С.41-44.

6. Аликин Э.А. Состояние питьевого водоснабжения городов Пермской области и перспективы ее улучшения // Геология и минеральные ресурсы Западного Урала. Пермь, 1993. С. 56.

7. Беликов Ю.М. Классификация месторождений пресных подземных вод // Разведка и охрана недр. 1983. № 4. С.43-49.

8. Боревский Б.В., Боревский Л.В., Язвин Л.С., Основные принципы разработки новой классификации эксплуатационных запасов и прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод // Разведка и охрана недр. 2005. № 11. С. 2-10.

9. Боревский Б.В., Язвин Л.С., Стратегия развития ресурсной базы питьевых подземных вод на территории России в XXI в. // Разведка и охрана недр. 2003. №10. С.2-10.

10. Временное положение о порядке проведения геолого-разведочных работ по этапам и стадиям (подземные воды). М.: МПР России, 1998.

11. Горяинов П.М., Иванюк Г.Ю. Геология на пороге новой парадигмы // Отечественная геология. 2006. № 5. С.76-85.

12. Дементьев Л.Ф. Системные исследования в нефтепромысловой геологии. М.: Недра, 1988.

13. Дробноход Н.И., Язвин Л.С., Боревский Б.В. Оценка запасов подземных вод. Киев: Изд-во «Вища школа», 1982.

14. Кавун К.П. Классификация запасов и ресурсов твердых полезных ископаемых государственного фонда недр Украины // Разведка и охрана недр. 2003. № 8. С.21-25.

15. Катаев В.Н. Системный подход в анализе устойчивости карстовых массивов // Вестник ПТУ, 1994. Вып. 3, Геология. С. 127-144.

16. Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод. М., МПР РФ, 1997, 2007.

17. Клюквин А.Н., Ловчева Е.С., Плотникова Р.И. Концепция новой «Классификации эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод // Разведка и охрана недр. 2006. №2. С. 8-13.

18. Комаров И.С. Системный подход к инженерной геологии // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. 1983. №11. С. 154-161.

19. Кузьмин В.П. Принцип системности в теории и методологии К.Маркса. М.: Политиздат, 1976. 247 с.

20. Лубенский Л.А. Об экономической оценке месторождений пресных подземных вод // Разведка и охрана недр. 2003. №10. С.11-13.

21. Осипов В.И. Задачи и перспективы развития инженерной геологии // Инженерная геология. 1991. №1. С. 3-15.

22. Оскотский A.M., Аликин Э.А., Пресные подземные воды Пермского края // Минерально-сырьевые ресурсы Пермского края. Пермь: Книжная площадь, 2006. С. 245-249.

23. Системные исследования в геологии каустобиолитов / Под ред. A.A. Трофимчука. М.: Наука, 1984. 191 с.

24. Язвин Л.С. Оценка прогнозных ресурсов питьевых подземных вод и обеспеченность населения России подземными водами для хозяйственнопитьевого водоснабжения // Разведка и охрана недр. 2003. №10. С. 13-20. J