石英巖地層的井位選定方法研究

趙文慶

(河北省涉縣水利局，河北 涉縣 056400)

1 技術(shù)思路

涉縣地處河北省西南部太行山東麓，境內(nèi)峰巒疊嶂，溝壑縱橫，因地表出露主要為奧陶系馬家溝組灰?guī)r地層，灰?guī)r分布區(qū)大部分屬于東風(fēng)湖單元和黑龍洞單元，巖溶水的補(bǔ)給、運(yùn)移和排泄規(guī)律都已掌握。位于東風(fēng)湖單元和黑龍洞單元之外的村莊，就是干旱村莊分布區(qū)，也就是受石英巖含水性制約的區(qū)域。

技術(shù)思路:以震旦系石英巖為主要含水目的層，進(jìn)行水文地質(zhì)資料收集、野外踏勘和水文地質(zhì)調(diào)查分析，選定可能賦水區(qū)域，然后采用聲頻大地測(cè)量或激發(fā)極化測(cè)量等方法進(jìn)行物探工程布置，結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查和物探結(jié)果選定井位。

2 技術(shù)與工作方案

2.1 資料收集

(1)石英巖地層巖性致密堅(jiān)硬，其抗變形能力和抗溶蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灰?guī)r地層，故不易形成統(tǒng)一的水文地質(zhì)單元，應(yīng)收集擬建井地區(qū)周?chē)?～10km范圍的相關(guān)資料為宜。

(2)雖然以石英巖為目的含水層，仍應(yīng)注意收集其它地層的含水和構(gòu)造情況，并分析他們之間有無(wú)水力聯(lián)系。

(3)了解工作區(qū)地形起伏情況，以及和周?chē)匦纹鸱穆?lián)系，尤其是覆蓋層較厚的地區(qū)，推斷有無(wú)隱伏斷裂，既而為后期物探工作提供依據(jù)。

2.2 水文地質(zhì)調(diào)查分析

基本相似于其它含水層的水文地質(zhì)調(diào)查分析，但由于石英巖的構(gòu)造特殊性，水文地質(zhì)調(diào)查分析也有所不同。

(1)小構(gòu)造控水能力較強(qiáng)。由于石英巖一般不具備統(tǒng)一的區(qū)域賦水性，所以斷層、巖脈就能影響其水位。

(2)由于石英巖巖性較硬，導(dǎo)致其巖性產(chǎn)狀變化很少，構(gòu)造一般以裂隙帶、斷裂、巖脈穿插為主，很少見(jiàn)到褶皺。

(3)由于石英巖的抗風(fēng)化能力極強(qiáng)，所以構(gòu)造痕跡在地貌上表現(xiàn)并不明顯，很難發(fā)現(xiàn)。

(4)利用較容易尋找的斷裂構(gòu)造，即寒武系中下部的斷裂構(gòu)造，引申推斷石英巖的地下水含水情況。

(5)通過(guò)總結(jié)涉縣及周邊地區(qū)的石英巖地層賦水可以分為3種情況。

一是規(guī)模較大的構(gòu)造，其影響帶較寬，石英巖地層分布在其中，在地形有利時(shí)，可以賦水。如涉縣關(guān)防～嶺底斷裂，縣境內(nèi)長(zhǎng)19km，斷距100～300m，影響帶200mm，在此區(qū)的石英巖布井，出水量大，成井率高。如某石英砂有限公司水井，水量可達(dá)每小時(shí)120m3。

二是地表裸露石英巖，有小的構(gòu)造或巖脈穿插，石英巖呈線(xiàn)狀賦水，布井時(shí)要做大量的水文地質(zhì)調(diào)查和物探工作，且其水位和當(dāng)?shù)貐^(qū)域不一致。如涉縣污犢村水井，每小時(shí)出水量達(dá)30m3。

三是石英巖深埋于寒武系灰?guī)r、頁(yè)巖之下，受構(gòu)造影響也賦水，但其水量一般較小。如涉縣東坡水井，每小時(shí)水量20m3。

2.3 選定可能賦水區(qū)域

在資料收集和踏勘的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)水文地質(zhì)分析，選定賦水區(qū)域，一般需注意以下幾點(diǎn)。

(1)賦水性區(qū)域一般以線(xiàn)狀分布，影響帶較窄。

(2)賦水受地形、地貌、地層組合情況影響明顯。

(3)賦水形成雖然也存在補(bǔ)、徑、排關(guān)系，其往往是小區(qū)域循環(huán)，但是和其它含水層一般有水力聯(lián)系。

2.4 物探工程布置

因?yàn)椴煌?lèi)型巖性或不同含水量的巖石之間存在著物理性質(zhì)上的差異(包括導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，熱容量、溫度、密度、磁性、彈性波傳播速度及放射性等)。因此，我們可以借助各種物探測(cè)試儀器，測(cè)定出巖石或水體的某些物理特征值的變化，從而分析、推斷出巖性、構(gòu)造和巖層含水性能的變化，并與水文地質(zhì)調(diào)查分析結(jié)論比較。

(1)對(duì)覆蓋層較薄地區(qū)(10～30m)，可先布置聲頻大地測(cè)量，測(cè)量剖面應(yīng)垂直于線(xiàn)性賦水區(qū)域，選定剖面中異常點(diǎn)，然后再進(jìn)行激發(fā)極化垂向測(cè)深。

(2)對(duì)覆蓋層較厚(30m以上)地區(qū)，可沿賦水區(qū)域垂向布置幾條激發(fā)極化測(cè)深剖面，再選定剖面中含水反映最好的點(diǎn)作為擬定井位。

(3)物探工程布置應(yīng)因地制宜，根據(jù)踏勘和水文地質(zhì)調(diào)查分析為依據(jù)，做到事半功倍。

2.5 結(jié)合水文地質(zhì)調(diào)查和物探成果選定井位

選定井位是開(kāi)發(fā)石英巖地層水的關(guān)鍵，也是技術(shù)的核心，直接關(guān)系到成井質(zhì)量，必須慎之又慎。根據(jù)前期水文地質(zhì)調(diào)查和物探工作取得的成果資料，進(jìn)行綜合分析，去偽存真，最后確定井位。在此過(guò)程中可能存在分2種情況。

(1)水文地質(zhì)調(diào)查分析的最佳井位區(qū)和物探測(cè)量的擬定井位相吻合，含水層埋深、區(qū)域水位、水量等各項(xiàng)參數(shù)相互驗(yàn)證，則就可確定井位。

(2)水文地質(zhì)調(diào)查分析的最佳井位區(qū)和物探測(cè)量的擬定井位不一致，則應(yīng)先審查物探測(cè)量的影響因素(如地形、接地條件、測(cè)量時(shí)儀器性能等)，解釋是否正確，如一切無(wú)誤，可再進(jìn)行二次測(cè)量，如果重復(fù)性很好，且和水文地質(zhì)調(diào)查分析所確定的井位相關(guān)不大，則以物探結(jié)果確定井位;如相差較大，則還是以水文地質(zhì)調(diào)查分析作為依據(jù)，這是因?yàn)樗械奈锾匠晒际且运牡刭|(zhì)為基礎(chǔ)的。

2.6 鑿井開(kāi)發(fā)過(guò)程注意事項(xiàng)

確定井位后，根據(jù)地層情況、水位埋深和成井技術(shù)設(shè)計(jì)合理的井深結(jié)構(gòu)和成井工藝，在鉆鑿機(jī)井的過(guò)程中，要注意施工時(shí)巖屑對(duì)石英巖含水層的堵塞，成井后加強(qiáng)洗井工作，疏通含水層，成井工藝應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)因石英巖硬度過(guò)高，合金鉆頭和鋼粒鉆頭鉆進(jìn)時(shí)較慢，經(jīng)濟(jì)成本高，這也是石英巖賦水性開(kāi)發(fā)的一大阻力，而目前較先進(jìn)的氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)能明顯提高鉆進(jìn)速度，并且沖洗介質(zhì)為空氣，不易堵塞含水通道，是比較理想的鉆進(jìn)工藝。

(2)石英巖含水層補(bǔ)、徑、排范圍較小，水位和水量較易受降水和開(kāi)采量的影響，因此，水位以下孔徑應(yīng)保持足夠的下泵段。

(3)石英巖以SiO2為主，化學(xué)洗井土酸效果較好，即鹽酸和氫氟酸的混合物。

(4)石英巖巖性較硬，成井時(shí)，一般不需要下入護(hù)壁管，只有極個(gè)別破碎段需要下入井管護(hù)壁。

3 結(jié)語(yǔ)

震旦系石英巖不整合接觸于寒武系頁(yè)巖之下，在水文地質(zhì)上被認(rèn)為是相對(duì)隔水層和不透水層，但是通過(guò)近年來(lái)對(duì)石英巖分布區(qū)的打井成功，突破了對(duì)該地層的含水性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步掌握了該地層的賦水規(guī)律，使石英巖區(qū)的水源開(kāi)發(fā)有了新的思路。以石英巖為含水目的層的開(kāi)發(fā)，彌補(bǔ)了涉縣及磁縣、山西省左權(quán)、黎城等周邊地區(qū)以前僅以碳酸鹽巖為含水層開(kāi)發(fā)的不足。

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