Применение электромагнитного метода переходных процессов для поисков неглубоких залежей подземных вод в районе города Итай Эль-Баруд, Дельта Нила (Египет)
- 1 — аспирант Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
- 2 — профессор Университет Эль-Мансура
- 3 — профессор Национальный научно-исследовательский институт астрономии и геофизики
- 4 — профессор Национальный научно-исследовательский институт астрономии и геофизики
Аннотация
Комплекс дельты Нила является самым крупным и известным дельтовым комплек-сом Средиземноморского осадочного бассейна. Кроме того, дельта Нила – это единственное место на территории Египта, где происходит накопление и сохранение современных отложений. Геологическая изученность четвертичных отложений этого региона невысока. В данной работе рассматриваются особенности строения верхов четвертичных отложений западной части дельты Нила и локализации в их составе подземных водоносных горизонтов, установленные в результате проведения электромагнитных исследований методом переходных процессов (МПП).В ходе исследований было выполнено 232 измерения методом МПП на 43 точках наблюдений с использованием станций «SIROTEM МК-3». В качестве источника и приемника электромагнитного сигнала была использована одна петля. Длина стороны петли составляла 25 м. Для геоэлектрического одномерного (1D) моделирования разрезов четвертичных отложений до глубины 30 м была использована программа «TEMIXXLV4».Построенные геоэлектрические разрезы показывают, что в составе верхнечетвертичных отложений выделяется три геоэлектрических слоя. Верхняя часть разреза, выполненная голоценовыми илами Нила, разделяется на два слоя: слой сельскохозяйственного использования (слой 1); слой ила (слой 2). В нижней части разреза залегают песчаные водоносные горизонты верхнего плейстоцена (слой 3) со сложной нелинейной морфологией границ. Именно этот слой представляет основной промышленный интерес как источник подземных вод.
Введение
Дельта Нила, охватывающая площадь около 12500 км2 , культивируется в течение нескольких тысячелетий. Область исследований находится в центральной части западного фланга дельты Нила вблизи города Итай Эль-Баруд (рис. 1). Она локализована между широтами 30°50'-31° N и долготами 30°35'-30°46'42'' Е и занимает площадь около 435 км . На этой площади проводится активная сельскохозяйственная деятельность.
Осадочные отложения дельты Нила являются самым крупным и известным дельтовым комплексом Средиземноморского осадочного бассейна. Кроме того, это единственная область на территории Египта, где происходит современное накопление и четвертичных отложений. Таким образом, прогиб дельты Нила обладает наиболее полным разрезом четвертичных отложений в Египте. Здесь отложения имеют наибольшие мощности и подразделяются на несколько стратифицированных единиц. Четвертичные отложения Нила несогласно залегают на образованиях плиоцена или более древних отложениях [3]. По данным А. Риззини и соавторов [5], максимальная мощность четвертичных отложений здесь достигает 1000 м, с уменьшение мощности в направлении южной окраины дельты. В средней части дельты Нила мощность толщи составляет около 500 м.
К настоящему времени здесь выполнено небольшое число геофизических исследований, направленных на изучение верхов четвертичных отложений. В данной работе представлены результаты исследований особенностей радиальной расслоенности четвертичных отложений и морфологии кровли подземного водоносного горизонта с использованием электромагнитного метода МПП.
Рис. 1. Схема расположения электроразведочных профилей на площади исследований (район г. Итай Эль-Баруд)
1 – города; 2 – положение района исследований на мелкомасштабной схеме; 3 – положение электроразведочных станций, метод переходных процессов (МПП)
Литостратиграфия
По данным А. Риззини и соавторов [5], в разрезе четвертичных отложений дельты Нила по вещественному составу выделяются два основных информационных комплекса: формация “Mit-Ghamr” и формация “Bilgas”.
Формация “Mit-Ghamr” имеет тот же возраст, что широко распространенная в Египте формащл; песков “Prenile Qena”. Она состоит из кварцевых песков и конгломератов. Тонкие слои глины, соли и торфа, содержащие прибрежную или лагунную фауну, маркируют верхние уровня этой формации. Мощность формации “Mit-Ghamr”, достигающая 700 м в северной части дельты, уменьшается в южном направлении [6]. В разрезе этой формации проявляются вариации литологичского состава от песчаных фаций (покрывающих большую часть дельты) до песчаных сланцев в северных краевых зонах дельты.
Формация “Bilgas” состоит преимущественно из глин, солей и мелкозернистого песка речных паводковых осадков. В ее разрезе выделяются растительные остатки и торфяники. Эта формация представляет собой непроницаемую покрышку четвертичных осадков дельты Нила. Мощность этой формации варьируется от нескольких метров в южной части до 30 м в северной части дельты Нила, достигая на отдельных участках 77 м [6]. В составе формации “Bilgas” отмечаются литологические вариации: глины и илы — в восточной и центральной частях дельты Нила; донные отложения в северных прибрежных районах; песчаные фация — на юге.
Гидрогеология
Удельное электрическое сопротивление осадочных слоев зависит от их состава, водонасыщенности и минерализации подземных вод [1, 4]. Таким образом, при проведении электроразведочных работ необходимо учитывать гидрологический и гидрохимический режимы водоносных горизонтов дельты Нила.
В составе четвертичных отложений дельты Нила выделяется два основных водоносных горизонта. Нижний горизонт представляет собой мощный слой плейстоценовых песков (формация “Mit-Ghamr”) [4], который перекрывается водоупорными толщами илов голоцена (формация “Bilgas”). В разрезе последней выделяются линзы песков (верхний водоносный горизонт), содержащие грунтовые воды, которые поступают сюда через дренажные и ирригационные каналы. Соленость подземных вод водоносных горизонтов дельты Нила изменяется от умеренной до чрезмерно высокой. Наиболее низкие значения минерализации отмечаются в южных частях региона дельты и в районах, близких к оросительным каналам и рукавам Нила.
Геофизические исследования
В течение последних трех десятилетий электромагнитные методы широко используются для картирования закономерностей латеральной и вертикальной изменчивости сопротивлений осадочных отложений. В последние годы метод МПП находит применение при выявлении основных водоносных горизонтов в пределах бассейнов, выделенных этим методом на стадии региональных исследований [2].
В ходе полевых исследований нами было выполнено 232 измерения методом МПП на 43 точках наблюдений с использованием австралийских электромагнитных станций “SIROTEM MK-3” (рис.1). В состав станции “SIROTEM MK-3” входят источник и приемник, монтируемые в единой портативной консоли. Источник создает электрический импульс в петлях кабеля, проложенного на дневной поверхности. В качестве приемника электромагнитного сигнала обычно используется та же петля. Длина стороны петли составляла 25 м. Все наблюдения повторялись четыре или пять раз.
Обработка и интерпретация данных МПП
Для обработки выбирались записи с наилучшим соотношением “полезный сигнал – шум”. Для расчета глубины и кажущегося сопротивления слоев четвертичных отложений использован модуль программы одномерного (1D) моделирования TEMIXXLV4 (1996). При подготовке исходной геоэлектрической модели для расчета 1D-инверсии данных МПП были учтены результаты скважинных геологических исследований. Моделирование выполнялось “методом подбора”: параметры модели подбирались таким образом, чтобы обеспечить согласованность данных МПП и данных скважинных исследований. На рис.2 показаны типичные примеры графиков зондирований МПП и расчетных геоэлектрических разрезов.
Рис. 2. Типичный пример графика электромагнитного зондирования (а) и интерпретационного геоэлектрического разреза (б).
Особенности строения площади исследования по геоэлектрическим данным
В результате калибровки одномерных (1D) данных МПП по материалам скважинных исследований и с учетом данных геологического картирования были построены четыре детальных геоэлектрических разреза. Разрез по профилю 2 представлен на рис.3.
Рис. 3. Геоэлектрический разрез по линии профиля 2, построенный по результатам 1-D-интерпретации данных МПП
1 – сельскохозяйственный слой; 2 – ил; 3 – крупнозернистый песок; 4 – тонкодисперсный песок; 5 – номер станции МПП; 6 – значения удельного сопротивления, Ом·м
Эти субширотные сечения отражают закономерности пространственного распределения удельного электрического сопротивления верхней части четвертичных отложений как в вертикальном, так и в латеральном измерениях. Они использованы нами как основа для построения опорных литолого-стратиграфических разрезов района исследований.
В составе верхнечетвертичных отложений на геоэлектрических разрезах выделяется три геоэлектрических слоя. Верхний геоэлектрический слой (слой 1) представлен илами переменной мощности (0,4-1 м). Удельное электрическое сопротивление этого слоя варьирует от 5 до 51 Ом·м. На некоторых участках удельное электрическое сопротивление достигает больших значений за счет развития прослоев песчаных глин. Этот слой тесно связан с зоной аэрации и, как правило, используется в сельскохозяйственной деятельности.
Второй геоэлектрический слой (слой 2) состоит из водонасыщенных илов толщиной от 3 до 23 м. Значения удельного электрического сопротивления здесь варьируют от 1 до 10 Ом·м. Однако в некоторых районах в составе этого слоя выделяются песчаные линзы малых размеров, имеющие относительно повышенные (до 14 Ом·м) сопротивления. Такие значения отмечаются, в частности, на станции № 4 МПП.
Третий геоэлектрический слой (слой 3) представляет собой плейстоценовые пески, которые являются основным водоносным горизонтом района исследований. Этот слой проявляется повышенными значениями удельного сопротивления в сравнении с вышележащими слоями (11-83 Ом·м).
Результаты совместной интерпретации данных МПП и бурения использованы нами для моделирования морфологии нижней границы слоя илов голоценовой формации “Bilgas” и ее общей мощности. Согласно карте изопахит (рис.4), мощность голоценовых илов варьирует от 2 до 23 м. Максимальных значений мощность этого слоя достигает в северо- западной, западной, восточной и южной частях площади исследований. Этим районам соответствуют впадины плейстоценовых песков. Геологическая модель района исследования представлена на рис. 5.
Рис. 4. Изопахиты мощности голоценовых илов дельты Нила (район г. Итай Эль-Баруд)
Рис.5. Обобщенная геологическая модель района исследования, полученная по результатам МПП
1 – сельскохозяйственный слой; 2 – ил; 3 – крупнозернистый песок; 4 – тонкодисперсный песок;5 – предполагаемое положение зон разрывных нарушений
Заключение
Применение электромагнитных методов исследований обеспечивает создание структурно-вещественной основы модели глубинного геологического строения района Нила. Основой глубинных построений являются три геоэлектрических разреза, которые отражают особенности глубинного строения площади исследований. В пределах области исследований имеется сеть оросительных водных каналов, через которые поверхностные воды проникают в нижние горизонты, что отражается на разрезах удельного электрического сопротивления.
Литература
- Hydrochemistry and water quality of groundwater in the central part of the Nile Delta, Egypt / M.G.Atwia, J.B.Khalil, M.M.El Awady, M.M.Habib // Egyptian Journal of Geology. 1996. Vol.41/2B. P.743-764.
- Kaufmann A.A. Frequency and transient sounding. Methods in Geochemistry and Geophysics / A.A.Kaufmann, G.V.Keller // Elsevier Publ. Co., 1983. Vol.16. 685 p.
- Said R. The geological evaluation of the River Nile. New York, Heidelberg, Berlin: Springer Verlag, 1981. 151 p.
- Serag El-Din H.M. Geological, hydrogeological and hydrological studies on the Nile Delta Quaternary aquifer. PhD Thesis, Faculty of Science, Mansoura University, Egypt, 1990. 300 p.
- Stratigraphy and sedimentation of Neogene-Quaternary section in the Nile Delta area (A.R.E.) / A.Rizzini, F.Vezzani, V.Cococcetta, G.Milad // Marine Geology, 1978. Vol.27. P.327-348.
- The Neogene-Quaternary sedimentary basins of the Nile Delta, Egypt / Z.M.Zaghloul, A.A.Taha, O.A.Hegab, F.M.El-Fawal // Journal of Geology. 1997. Vol.21. P.1-19.