Гидрогеология России

А. О. Серебряков 
ГИДРОГЕОЛОГИЯ РОССИИ 
Монография 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
ϭ

УДК 556.3 
ББК 26.35 
С32 
Рецензенты: 
доктор геолого-минералогических наук, профессор,  
главный специалист НИИ «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг», академик МАМР,  
член-корреспондент РАЕН (г. Москва) Бочкарев А. В.; 
доктор геолого-минералогических наук, профессор,  
главный научный сотрудник НВНИИГГ, действительный член АГН, заслуженный геолог 
России (Саратовский государственный университет, г. Саратов) Навроцкий О. К. 
С32 
Серебряков, А. О.  
Гидрогеология России : монография / А. О. Серебряков. - Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 204 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-0981-0 
Изложены научные основы гидрогеологии России и гидрогеологических 
бассейнов регионов. Дана гидрогеологическая технология многоуровневого 
моделирования разведки, эксплуатации и добычи подземных вод на различных 
стадиях гидрогеологических, геофизических, геохимических и экологических 
исследований. Рассмотрены внутренние и внешние параметры природных гидрогеологических объектов как единое комплексное сочетание составных частей 
баланса подземных естественных гидрогеологических систем. Обоснованы цели и задачи экологического многомерного моделирования гидрогеологических 
бассейнов. 
Для специалистов ТЭК в области поисков, разведки и добычи природного 
сырья. Может быть полезно аспирантам и преподавателям вузов. 
УДК 556.3 
ББК 26.35
ISBN 978-5-9729-0981-0 
” Серебряков А. О., 2022
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
Ϯ

Введение 
Актуальность работы обусловлена тем, что начало XXI века характеризуется проявлением качественно новых задач перед человечеством, называемых глобальными проблемами, обусловленных ускорением индустриализации 
общества и развитием острого дефицита природного сырья, а также быстро 
растущей масштабностью экологических явлений. Учитывая это, науки России претерпевают постоянное совершенствование в подготовке дополнительных источников природного сырья подземной гидросистемы, вследствие чего 
теоретические знания трансформируются для развития универсальных компетенций и профессиональных знаний и умений в области гидрогеологии. Работа позволяет дополнить методическую базу для успешной работы специалистов в области гидрогеологии, геологии полезных ископаемых, инженерной 
геологии, геохимии и других составных частей науки о Земле в секторах инновационной и реальной экономики. Работа соответствует развитию и освоению знаний при поддержке Агентства стратегических инициатив и целям  
Федерального проекта «Кадры для цифровой экономики», разрабатываемым 
для гидрогеологии России. 
Цель работы состоит в расширении теоретических основ гидрогеологии 
как отрасли «Науки о Земле», способствовать развитию индивидуальных компетенций к самостоятельной работе по поискам, разведке и добыче подземных 
вод на гидрогеологических промыслах и скважинах. 
Научная новизна работы подтверждается тем, что изложенные технологии моделирования природных гидрогеологических систем являются высокоэффективными методами увеличения экономического потенциала промышленности и осуществлять прямые поиски и освоение перспективных гидрогеологических бассейнов и водоносных систем. Новизна многомерного моделирования гидрогеологических систем заключается в том, что водоносные объекты подземных вод содержат важнейшие природные полезные ископаемые, 
которые необходимо использовать человечеством в качестве дефицита сырья 
и энергоносителей для жизнеобеспечения и прогнозирования направлений 
и объемов функционирования мировой экономики.  
Обоснованные в работе технологии моделирования гидрогеологических 
бассейнов России позволяют оценивать и оперативно учитывать существующие до настоящего времени экономические и экологические неопределенности поисков, разведки, извлечения и добычи подземных вод, а также инжекцию в них технических и технологических неперерабатываемых отходов деятельности человечества. Постоянное совершенствование знаний о вечно мигрирующих подземных системах гидрогеологических бассейнов затрудняет 
ϯ

планирование технических и инвестиционных затрат в освоение подземных 
вод. Гидрогеологическое моделирование выполняет функции интеграции разобщенных горно-геологических, геодинамических, геохимических знаний, необходимых для активного вовлечения подземной гидросферы в промышленное развитие. Сложности гидрогеологического моделирования обусловлены 
тем, что постоянно изменяющиеся и мигрирующие подземные воды представлены сочетаниями сложных систем гидродинамики и гидрохимии, состава  
и свойств водовмещающих (материнских) пород на больших глубинах, недопустимых для визуального и органолептического контроля. Гидрогеологическое моделирование исследует взаимодействие внешних факторов бассейновых систем (глубины, давление пород, геотермия, тектогенез и др.) и внутренних факторов (гидродинамика, гидрохимия, литосфера, геологическая структура объектов) на стыке естественных наук и техногенных систем. 
Задачи работы заключаются в совершенствовании знаний о природных 
водах в недрах России, их свойствах и важности для жизнеобеспечения человечества, ресурсах подземных вод, технологиях их разведки и добычи, обосновании прогноза направлений и масштабов освоения гидрогеологического 
сырья. Задачами «Гидрогеологии России» являются: 
1. Обоснование научно-теоретического и практического значения природных гидрогеологических водоносных систем подземных вод.
2. Изучение и освоение основных положений и фундаментальных понятий
моделирования природных гидрогеологических систем.
3. Выделение генетических этапов формирования подземных вод, их гидродинамики и гидрохимии.
4. Выявление диалектической взаимосвязи внутренних и внешних геологических, литологических и тектонических факторов подземной среды
как частей единой гидрогеологической системы.
5. Определение задач гидрогеологического моделирования при планировании и анализе экономической эффективности инвестирования на развитие масштабов и направлений освоения гидросырья подземных вод.
Изучение «Гидрогеологии России» позволяет формировать у специалистов следующие компетенции: 
а) общеобразовательные: способности к гидрогеологической и экологической самоорганизации и гидрогеологическому самообразованию; 
б) общепрофессиональные: владение знаниями о современном гидрогеологическом строении природных систем гидрогеологических бассейнов России на основе основных положений природных законов и методов естественных наук; 
ϰ

в) производственные: умение применять на практике и в промышленности 
гидрогеологические и экологические профессиональные знания и навыки моделирования гидрогеологических, сейсмических, литологических, геохимических, гидрогеологических работ при решении производственных и научных 
задач при добыче и переработке природного сырья подземных вод. 
Для внедрения практических и теоретических задач, изложенных в работе 
для освоения природных гидрогеологических систем, специалисты должны: 
1) Знать:
 принципы и знания процессов гидрогеологической и экологической самоорганизации и гидрогеологического самообразования для повышения 
квалификации; 
 основы гидрогеологии и экологии природных гидрогеологических систем;  
 технологии анализа промысловых гидрогеологических материалов на 
основе моделирования естественных систем, а также основных положений базовых законов науки;  
 навыки практического применения профессиональных гидрогеологических и экологических знаний при решении производственных и научных 
задач; 
 методы внедрения в промышленности технологий гидрогеологических, 
литологических, геохимических моделей при решении производственных и научных задач. 
2) Уметь:
 обобщать, анализировать и моделировать промысловые материалы о современном гидрогеологическом и экологическом строении гидрогеологических природных систем на основе знаний базовых законов естественных наук; 
 изучать научную и промысловую цифровую информацию о состоянии 
разведки, разработки и эксплуатации подземных вод природных систем; 
 самостоятельно применять на практике базовые гидрогеологические  
и экологические профессиональные знания при решении производственных и научных задач по освоению гидроминеральных ресурсов; 
 внедрять на практике навыки гидрогеологических, геофизических, литологических, геохимических и гидрогеологических работ при эксплуатации природных водоносных систем. 
3) Владеть:
 способностью гидрогеологической и экологической самоорганизации  
и гидрогеологическому самообразованию; 
ϱ

 
 умением моделирования гидрогеологической разведки и промысловых 
исследований на основе знаний основных положений естественных 
наук; 
 основными знаниями гидрогеологических и естественных наук; 
 способностью внедрять в промышленности профессиональные технологии моделирования для решения производственных и научных задач 
гидрогеологии; 
 применять в промысловой практике экологическое, геологическое, литологическое, геохимическое и гидрогеологическое моделирование при 
выполнении производственных и научных задач. 
 
Производственное значение изучения «Гидрогеологии России» состоит 
в умении разрабатывать и внедрять рекомендации для формирования экономически обоснованных стратегических направлений и масштабов освоения 
природных подземных гидрогеологических систем технологиями научного 
моделирования перспективного длительного планирования инвестиций в разведку и добычу природного сырья гидрогеологических систем с учетом рыночной макроэкономической конъюнктуры, качественных и количественных 
показателей внутреннего и мирового рынка. 
Методами гидрогеологического изучения природных водоносных подземных систем являются научные исследования, анализ и интерпретация материалов поисков и освоения новых перспективных гидрогеологических объектов и площадей, сочетания водоносных пород и слоев, состава и свойств добываемого продуктивного сырья. Для выполнения гидрогеологического моделирования применяются аналоговые картографические и сравнительноаналитического материалы, используются программные пакеты Starts Surfer, 
Landmark: Open Works, Geographic, Roxor и другие. 
Работа предназначена аспирантам, магистрантам и студентам направлений «Науки о Земле», «Гидрогеология», «Общая и региональная геология», 
«Гидрохимия», «Экология» и др., специалистам ТЭК в области разведки и 
эксплуатации подземных вод, для обоснования направлений и объемов инвестиций, проектирования гидрогеологических объектов, оценки экономической 
и экологической эффективности освоения природного сырья. 
 
 
 
      
ϲ


ГЛАВА 1. ИСТОРИЧЕСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ 
Экономическая и культурная деятельность, а также жизнеобеспечение современного общества тесно связана с использованием природных вод, поэтому 
глобальное и оперативное знания состояния водных ресурсов и прогнозное 
предвидение изменений в их режиме являются первостепенной необходимостью. 
Население земного шара к 2100 г. должно достигнуть, по прогнозам демографов, примерно 20 миллиардов человек. Вопрос, хватит ли воды в будущем для удовлетворения потребностей быстро растущего населения и хозяйства, принадлежит к числу наиболее злободневных. Отдельные специалисты 
высказывают мнение, что в ближайшие 20-30 лет традиционные источники 
водных ресурсов - речные воды - будут исчерпаны и что в связи с этим нужно 
искать другие, отличные от имеющихся в настоящее время путей обеспечения 
потребностей в воде. С ростом численности населения и городов, развитием 
различных отраслей промышленности, увеличением расхода воды на производство продуктов проблемы обеспечения водой населения с каждым годом 
усложняются.  
Рациональное использование и охрана природных вод предполагает 
внедрение методов научно обоснованного управления природными ресурсами, 
в основе которого лежит глубокое знание законов природы. Философы подчеркивают: «... пока мы не знаем закона природы, он, существуя и действуя помимо, вне нашего познания, делает нас рабами «слепой необходимости». 
1.1. Гидрогеология как наука и промышленность 
Гидрогеология (гр. hydro - вода, geo - земля, logos - слово, учение) - это 
научно-техническое направление (отрасль) Науки о Земле, изучающее генезис 
(гр. genos - рождение), т. е. происхождение, миграцию (лат. migration - переселение), т. е. движение, а также физико-химические свойства подземных вод, закономерности формирования (лат. forma - вид, очертание, строение) и условия 
распространения подземных вод в осадочных породах земной коры, которые 
связаны с литосферой, геоморфологией, гидрологией и геологической историей 
развития Земли. 
Подземные воды формируются и накапливаются в порах пород, которые 
называются водоносными коллекторами (лат. collectivus - собирательный). Все 
онтогенные (лат. ontos - сущее) процессы от зарождения до формирования объектов протекают в водной среде, т. к. подземные воды находятся в непрерывном движении и изменении.  
ϳ

В зависимости от применения и решения практических и теоретических 
задач, выделаются следующие разделы гидрогеологии: 
а. Теоретическая, разрабатывающая законы происхождения и формирования подземных вод. 
б. Историческая, освещающая становление и развитие гидрогеологии. 
в. Общая, изучающая общие условия залегания, миграции и состава подземных вод. 
г. Поисково-разведочная, осуществляющая поиски и разведку подземных 
вод. 
д. Гидротермальная, изучающая возможности использования теплоты подземных вод. 
е. Энергетическая занимается обоснованием и разработкой технологии применения динамической энергии подземных вод для получения энергии. 
ж.Инженерная, изучающая гидрогеологические условия при строительстве 
промышленных и бытовых объектов. 
з. Мелиоративная, исследующая влияние и использование подземных вод 
при мелиорации и в сельском хозяйстве. 
и. Промышленная, обосновывающая извлечение и добычу полезных компонентов из подземных вод. 
к. Горная, исследующая влияние подземных вод при строительстве и эксплуатации подземных объектов (шахты, рудники, карьеры и др.). 
л. Нефтегазовая, изучающая гидрогеологические условия эксплуатации месторождений и добыче нефти и газа, обводнения залежей и скважин. 
м.Экологическая, занимающаяся проблемами экологической охраны и рационального использования подземных вод. 
1.2. Историческая гидрогеология 
Роль воды в жизни человеческого общества и природы велика. Вода - 
минерал, обладающий удивительными свойствами. Без воды наша Земля имела 
бы другой облик. Без воды невозможно развитие органического мира: растений, 
животных и человека. 
Характерные для древних мыслителей представления о роли и значении 
воды имеют свое значение и в наше время. 
Вода по представлению древних вавилонян, египтян, индусов и персов 
считалась началом всех начал, первоисточником всего существующего. Древнегреческий философ Аристотель рассматривал воду как составную часть природы (учение о четырех элементах: огне, воздухе, воде и земле). 
ϴ

Изучение физических свойств воды началось в XVII в. В 1612 г. Галилей 
доказал, что способность тела плавать зависит не от формы (как считали ученые Древней Греции), а от его плотности и что поэтому лед, всегда плавающий 
в воде, должен иметь меньшую плотность, чем вода. 
Французский физик Делюк установил в 1772 г., что плотность воды 
наибольшая при температуре 4 ƒС. При создании в конце XVIII в. метрической системы мер и весов это свойство было использовано для определения 
грамма и килограмма. 
О том, что вода представляет собой по химическому составу соединение водорода с кислородом, первым (в 1783 г.) объявил французский ученый Лавуазье. 
В 1860 г. наш великий соотечественник Д. И. Менделеев впервые указал 
на критическую температуру, т.е. температуру, выше которой пар не может 
быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Спустя год Менделеев 
исследовал расширение воды при нагревании (от 0 до 175 ƒС), а впоследствии 
дал формулы зависимости плотности воды от температуры. Советский ученый 
М. П. Вукалович составил таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара до 700 ƒС и давления 300 атм. 
Большинство исследователей считают, что средой для возникновения 
жизни на Земле послужили теплые моря, в которых возникали сначала сложные 
органические соединения, из которых при определенных условиях в дальнейшем образовалась органическая материя. 
Общее количество воды в гидросфере составляет около 1,4-1,5 млрд км3. 
Основное количество воды содержится в Мировом океане, на воды суши приходится около 90 млн км3. Огромные массы пресной воды на земной поверхности, 
оцениваемые в 24 млн км3, сосредоточены в ледниках, в озерах - 230 тыс. км3,  
в атмосфере - около 14 тыс. км3 в виде пара. 
Многообразна роль воды в природе. Содержащийся в воздухе водяной 
пар (наряду с углекислым газом) играет определяющую роль в тепловом балансе земной поверхности, так как он, пропуская большую часть солнечных лучей, 
в значительной степени задерживает тепловое излучение планеты в мировое 
пространство. 
Вода, обладающая большой теплоемкостью, определяет роль океанов в 
климатическом отношении. Океаны и моря, накопив запас тепла летом, согревают этим теплом атмосферу зимой. Из тропических широт океанические течения несут тепло в северные моря, смягчая и выравнивая климат планеты. Так, 
например, мягкость климата Западной Европы обусловливается гигантским тепловым потоком (Гольфстримом), вытекающим из Мексиканского залива, пересекающим Атлантический океан и омывающим берега Англии и Норвегии. 
ϵ

 
Океан наряду с ветром выступает в роли регулятора состава воздуха, растворяя газы атмосферы; течения же переносят их на большие расстояния. Три 
четверти земной поверхности занимают открытые океаны и моря. 
Вода на протяжении геологической истории Земли формирует поверхность нашей планеты. Там, где холод и жара не могут разрушить горные хребты, состоящие из гигантских каменных блоков, эту работу совершает вода. 
Превращаясь в лед, она способна рвать и крошить вековые утесы. Вода, заключенная в трещинах, развивает давление до 2400 атм, против которого не могут 
устоять ни гранит, ни базальт. 
Вода медленно растворяет минералы, из которых состоят горные породы. 
Растворенные вещества и оторванные частицы горных пород переносятся ею  
и откладываются в долинах и морях. 
Реки ежегодно сбрасывают в океан 320 млн тонн кальция, 560 млн тонн 
кремния и других элементов. Например, только Миссисипи за сутки выносит  
в океан до 2 млн тонн взвешенных частиц. 
Вода, испаряясь с поверхности океанов, озер, рек и суши, конденсируется 
в атмосфере и выпадает в виде дождя, снега и града. Этот круговорот воды связывает воедино океаны, воды суши, подземные воды и почвенную влагу. 
В твердом виде все вещества имеют удельный вес больший, чем в жидком. Этому правилу на Земле не подчиняется только вода. При охлаждении воды до 0 ƒС она превращается в лед, который легче воды и поэтому плавает на ее 
поверхности. Если бы не это замечательное свойство воды, жизнь в водоемах 
была бы невозможна. 
Вода является постоянным участником биохимических процессов, происходящих в живых организмах. В водной среде протекает большинство химических реакций, связанных с обменом веществ в организме. Благодаря этому 
свойству вода стала «носителем жизни». 
Вода является единственным материалом, который практически очень 
трудно заменить. Природные источники тепла - уголь, нефть и газ - взаимозаменяемы. Тепло теперь дает атомная энергия. В настоящее время повсюду применяются синтетические изделия. Продукты питания уже получают искусственным путем. Однако потребность живого организма в воде может удовлетворить только вода. Вода является одним из основных элементов природы, без 
которых невозможно развитие органического мира - растений, животных человека. 
Вода составляет от 80 до 90  массы всех растений, около 75  -
животных. В составе человеческого тела около 65  воды. Это значит, что во 
взрослом человеке, который в среднем весит 70 кг, примерно 45 кг приходится 
на воду. Особенно богаты ею ткани молодого организма: например, тело новоϭϬ