Научно-исследовательские работы о методах гидрогеологических исследований

Студенты, а часто, к сожалению, и инженеры представляют себе ситуацию следующим образом: научно-исследовательские институты должны выполнять теоретические и методические разработки, подготавливать всевозможные методические указания, легенды, инструкции, рекомендации, которые после соответствующего утверждения в министерствах и других ведомствах, становятся руководством к действию, неким шаблоном, определяющим объемы работ, порядок их проведения, расчетные формулы, форму подачи материала. В действительности так дело и обстоит, и без такого подхода было бы очень трудно организовывать гидрогеологические работы, сопоставлять между собой результаты, использовать их в практических целях. Ho одновременно в таком подходе таится серьезная опасность, которая подстерегает инженера, ведущего исследования.
В гидрогеологии, как и в других разделах геологии, некоторые, казалось бы, кардинальные положения на самом деле являются гипотезами, которые с развитием науки могут оказаться замененными другими; вспомним ситуацию со взглядами на происхождение Земли, четвертичные оледенения, происхождение нефти, генезис некоторых крупных рудных месторождений. Примером такой перемены взглядов в гидрогеологии может, например, являться развитие представлений о формировании химического состава соленых вод и рассолов артезианских бассейнов. Сначала полагали, что соли в этих водах появились в результате растворения галита; в начале XX в. появилась седиментогенная гипотеза, увязывающая происхождение солености с захоронением морских и лагунных вод; в 50—60-е годы с седиментогенной конкурировала эндогенная гипотеза, связывавшая происхождение солености артезианских вод с поступлением солей из мантии; в настоящее время большинство специалистов снова придерживается седиментогенной гипотезы, хорошо увязывающейся с историей геологического развития артезианских бассейнов. А ведь от этих генеральных предпосылок, научных поисков и увлечений зависят гидрогеохимические поисковые критерии на соли, минеральные и промышленные воды и другие полезные ископаемые. Такой же сложной была эволюция взглядов на гидрогеохимические поисковые признаки нефтегазоносности. Можно привести и другие примеры. Все это говорит о том, что инженер-гидрогеолог очень ясно должен представлять исходные предпосылки, повлекшие за собой те или иные рекомендации, активно участвовать в апробации этих рекомендаций, проявлять инициативу в развитии новых теоретических представлений и методических разработок, вынося результаты своих работ на обсуждение конференций и совещаний, публикуя их в периодической печати. В такой многообразной и сложной области знаний, как гидрогеология, теоретические разработки часто становятся результатом коллективного творчества многих специалистов разного ранга и положения.
Научные исследования в гидрогеологии выполняются на самых различных уровнях — от анализа самых общих вопросов появления и распространения подземных вод до конкретных инженерных задач. Можно, например, представить себе такую цепочку разных уровней научных исследований (от общих к частным).
1. Происхождение воды на Земле, обводненность глубинных геосфер, водный баланс между Землей и космическим пространством.
2. Закономерности распространения гидрогеологических структур на Земле. Гидрогеологические структуры континентов и дна океана.
3. Закономерности распространения подземных вод в пределах разных типов гидрогеологических структур.
4. Методика региональной оценки естественных ресурсов и запасов подземных вод в данном типе гидрогеологической структуры.
5. Методика поисков месторождений подземных вод разного назначения (питьевых, лечебных, промышленных и т. д.) и ее гидрогеологическое обоснование.
6. Разведка разных типов месторождений подземных вод и методика разведки.
7. Оценка возможностей использования того или иного метода исследований при разведке месторождений подземных вод и разработка методики применения этого метода.
8. Разработка аппаратуры для проведения исследований.
Теперь представим себе, как развиваются исследования в этой цепочке и кто будет их выполнять.
Исследования по пункту 1 выполняются специалистами научно-исследовательских или учебных институтов. Им необходим контакт с тектонистами, метеорологами, астрономами, физиками. Их разработки базируются на той или иной гипотезе происхождения Земли, и предпочтение другой гипотезе может потребовать полной переработки выполненных построений. Подобными исследованиями занимается узкий круг специалистов, они сложны, часто трудно решается вопрос об их финансировании, но такие работы необходимы для развития науки. Часто практический выход этих исследований сразу не виден, но в конечном счете они вносят свой вклад в развитие представлений об общих закономерностях происхождения и размещения полезных ископаемых на Земле, в кардинальные вопросы глобальной экологии.
В разработках по пункту 2 требуется глубокое осмысливание материалов по геологическому строению нашей планеты. Некоторые из таких материалов (например, данные по геологическому строению дна Мирового океана) появились только в последние годы и предопределили совершенно новые гидрогеологические представления. Круг гидрогеологов, занимающихся этими проблемами, шире.
Базисом для проведения исследований по пункту 3 является составление мелкомасштабных гидрогеологических карт. Это — научно-исследовательская работа, поскольку она требует глубокого осмысливания и сопоставления очень разнородного материала, региональных представлений о геологической структуре и гидрогеологии территорий в миллионы квадратных километров, отработки единого подхода к изображению на картах территорий с совершенно разным геологическим строением, умения дать прогноз гидрогеологии глубоких горизонтов для слабоизученных территорий. Наряду с картами специального назначения (естественных ресурсов пресных подземных вод, минеральных вод и т. д.) необходимо составление общих гидрогеологических карт, не подчиненных специальной утилитарной задаче. Для территории России такие карты составляются институтами ВСЕГИНГЕО (Всесоюзный институт гидрогеологии и инженерной геологии) и ВСЕГЕИ (Всесоюзный геологический институт). Стремление обязательно придать мелкомасштабной карте сугубо прикладной характер, свойственный гидрогеологическим школам некоторых европейских стран, вряд ли можно расценивать как явление положительное: принцип «от общего к частному» очень важен для органического развития гидрогеологической науки. Это всегда подчеркивают классики нашей науки — Ф.П. Саваренский, А.М. Овчинников, Г.Н. Каменский, Н.И. Толстихин.
Только понимая общие гидрогеологические закономерности, можно квалифицированно проводить исследования по пункту 4. Естественные ресурсы — это наиболее доступная для народнохозяйственного освоения часть подземных вод и большая их часть — воды пресные, которые можно использовать для питьевого водоснабжения. Для их изучения и картирования требуется постановка комплексных гидрогеологических и гидрологических исследований; широко используется методика расчленения речных гидрографов. В разработке методик таких исследований участвуют специалисты ВСЕГИНГЕО и ГГИ (Государственный гидрологический институт). Разномасштабные исследования ведутся как для всей территории России или отдельных республик, так и для отдельных артезианских бассейнов. Это — коллективная работа десятков специалистов разного профиля.
Поиски подземных вод (пункт 5). Имеются десятки разных гидрогеологических типов месторождений подземных вод, и методика поисков каждого из них требует своих специальных разработок. В одних случаях месторождения подземных вод контролируются прежде всего тектоникой, в других — литологией водовмещающих пород, в третьих — геоморфологией и т. д. Общие разработки для поисков разных типов месторождений выполняются специалистами ВСЕГИНГЕО. Ho специфика гидрогеологических условий месторождений настолько разнообразна, что гидрогеологи, работающие в территориальных геологических объединениях и ведущие эти работы, постоянно должны совершенствовать эти методики, предлагать свою поисковую стратегию. Это — элемент научно-исследовательской работы, в которой участвуют сотни гидрогеологов.
Выбор участков для разведки месторождений на территориях, изученных при проведении поисков, и методика разведки (пункт 6) также разрабатываются различными научно-исследовательскими институтами. Ho заранее учесть все те природные ситуации, с которыми столкнется специалист-гидрогеолог, ведущий разведку, невозможно. В его задачу входит с возможно меньшей затратой средств правильно оценить эксплуатационные запасы подземных вод и дать прогноз работы водозабора на срок не менее 25 лет. Такая творческая коллективная работа сопряжена с постоянным привлечением новых методов разведки, разработкой новых подходов к оценке эксплуатационных запасов подземных вод.
При разведке подземных вод постоянно привлекаются новые методы гидрогеологических исследований — гидрогеофизические, гидрогеохимические, гидрологические. В одних случаях используются хорошо разработанные методики, в других требуются специальные исследования для модернизации этих методов применительно к поставленным гидрогеологическим задачам (пункт 7). Круг специалистов, ведущих эти исследования, многочислен и разнообразен.
Наконец, при проведении исследований на всех уровнях используется специальная аппаратура. Очень часто имеющиеся приборы для условий проведения гидрогеологической разведки не подходят. Нужно специально налаживать контакты с соответствующими специалистами, конструировать новые приборы (пункт 8), внедрять их в практику исследований. Это требует специальных научно-исследовательских и конструкторских разработок, выполняемых соответствующими специалистами в содружестве с гидрогеологами.
Таким образом, круг научных исследований в гидрогеологии очень разнообразен; он тесно связан с развитием других фундаментальных и прикладных дисциплин; очень часто грани между «научно-исследовательской» и «производственной» работой стираются.