日照市河谷平原區(qū)成井方法對(duì)比研究

陳冶　程微　陳文彬　岳雅　苑雪峰

1.吉林大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000

2.遼寧工程勘察設(shè)計(jì)院，遼寧 錦州 121000

提要通過(guò)磷礦礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，對(duì)磷循環(huán)與磷富營(yíng)養(yǎng)化地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了分析，歸納了地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題特征，結(jié)合磷循環(huán)特征，針對(duì)存在的問(wèn)題提出了防治對(duì)策和建議。
關(guān)鍵詞磷礦礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查富營(yíng)養(yǎng)化地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)
中圖分類號(hào)：P619.213；X141；X45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-5296（2016）03-0162-04

日照市河谷平原區(qū)成井方法對(duì)比研究

陳冶1*程微2陳文彬2岳雅2苑雪峰2

1.吉林大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000

2.遼寧工程勘察設(shè)計(jì)院，遼寧 錦州 121000

提要在分析日照河谷平原區(qū)水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析研究了當(dāng)?shù)孛窬c本次施工水井成井方法的差異，指出了當(dāng)?shù)孛窬诔删椒ㄉ系牟蛔愫腿毕?，并提出了適宜該區(qū)的成井方法建議。

河谷平原反循環(huán)成孔黃土護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)孔隙率反濾層

1　自然地理?xiàng)l件概述

日照市位于山東省東部沿海地帶，東臨黃海，屬魯東低山丘陵區(qū)，背山面海，略向東南傾斜，山地、丘陵、平原相間分布。大部分山脈呈北東-南西向分布，由西北至東南依次為構(gòu)造侵蝕低山、丘陵、山間河谷平原、山前傾斜平原和濱海平原。

區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，東南部為浩瀚的黃海，陸地上發(fā)育有大小近十余條河流，多數(shù)自西向東注入黃海，區(qū)內(nèi)較大的河流為傅疃河、潮河。傅疃河是境內(nèi)第一大河，是日照城鄉(xiāng)生活及工農(nóng)業(yè)用水的主要水源，河全長(zhǎng)73.5km，干流長(zhǎng)51.5km，流域面積1060km2。主要支流有崮河、大曲河，南湖河、三莊河等。日照水庫(kù)是1959年建成的一座大型水庫(kù)，是日照市工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)生活等用水的主要取水水源。

2　地質(zhì)及水文地質(zhì)條件概況

2.1構(gòu)造

工作區(qū)大地構(gòu)造位置處于膠南隆起區(qū)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)，地層出露較齊全，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造相對(duì)發(fā)育，有郝官莊、相邸-高閣莊、日照-膠南三條大的斷裂，均為北東向。受三條大的斷裂影響，區(qū)內(nèi)小型斷裂亦較發(fā)育。構(gòu)造控制著區(qū)內(nèi)河谷的走向和規(guī)模。

2.2地層和巖石

日照市屬于魯東地層系，出露的地層由老到新有：太元古界荊山群（Pt1J）陡崖組（Pt1Jd）、野頭組（Pt1Jy）變粒巖；中生界白堊系林寺山組（K1l）、止風(fēng)莊組（K1z）、城山后組（K1c）等碎屑巖地層；白堊系八畝地組（K1b）、石前莊組（K1sq）等噴出巖地層；新生界第四系山前組（Q）、沂河組（Qhy）、臨沂組（Qhl）、寒亭組（Qhht）、淮北組（Qhw）、旭口組（Qhxk）地層。區(qū)內(nèi)巖漿巖大面積分布，約占圖幅面積65%。按巖漿活動(dòng)時(shí)期分為古元古代、中元古代、新元古代和中生代巖漿巖，其中以新元古代巖漿巖分布最廣。

2.3水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水按含水巖組的不同可分為5種類型【1】，其特征詳見表1。

由表1可見，區(qū)內(nèi)大面積分布的巖漿巖、小面積出露的中生代地層和元古界地層皆水量微弱，無(wú)供水意義；河谷區(qū)第四系沖積、沖洪積地層含水層主要巖性為中粗砂、礫砂、圓礫、卵石，滲透性好、水量豐富，為本文主要研究對(duì)象。山丘前殘坡積、坡洪積扇裙地帶，含水層多呈透鏡體狀，水量亦較小，不作研究【2～4】。

表1　地下水類型及富水性分級(jí)表Table 1　Graded table of　groundwater type and water～bearing condtion

3　河谷平原區(qū)成井方法研究

區(qū)內(nèi)河流均屬山溪性河流，源短流淺，雨季漲水，枯季部分?jǐn)嗔?，因而地下水位淺，且含水層薄，一般厚度3～10m。

3.1當(dāng)?shù)貦C(jī)民井成井方法

當(dāng)?shù)貦C(jī)民井成井方法有二種：（1）反循環(huán)成孔，孔徑 400～500mm，下入 200～300mm塑料管或300～500mm水泥管，全孔花管，孔隙率為5%～8%，填礫為碎石或不填礫；（2）黃土護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔，孔徑300～500mm，下入150～200mm塑料管或300～500mm水泥管，全孔花管，孔隙率為5%～8%，一般不填礫或填少量碎石（詳見表2）。

3.2本次工作成井方法

本次工作采用XY-150型巖芯鉆機(jī)取芯至基巖，確定含水層埋深、巖性、厚度后；采用反循環(huán)鉆機(jī)成孔，孔徑550mm，下入250mm高強(qiáng)度塑料管。含水層部分為花管，孔隙率16%，下入精選河石（含水層粒徑的 6～8倍【5】）作為礫料（表2）。

3.3成井方法對(duì)比分析

本次工作在日照市主要河流流域內(nèi)河谷，選擇已知成井方法的民井附近施工了水井（兩井間距皆小于 40m），并進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，形成的對(duì)比數(shù)據(jù)詳見表2。

從表2可看出，同一含水層中當(dāng)?shù)孛窬樗瞪钤诖笥诒敬问┕ぞ畷r(shí)，本次施工井涌水量為黃土護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成井的2.68～7.64倍，為反循環(huán)成井涌水量的2.19～2.37倍。當(dāng)?shù)孛窬诔删椒ㄉ现饕阢@探、下管和礫料方面與本次施工井不同【6，7】，現(xiàn)詳細(xì)分析如下：

3.3.1當(dāng)?shù)孛窬C合分析

（1）從鉆探方法上看，反循環(huán)成井明顯優(yōu)于黃土護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆井成井。反循環(huán)成井孔內(nèi)較干凈，簡(jiǎn)單洗井即可；而黃土護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成井則需用反復(fù)抽注水或空壓機(jī)破壞泥皮，但受管材強(qiáng)度限制，有時(shí)又不能用活塞或較大型空壓機(jī)強(qiáng)力洗井。

（2）當(dāng)?shù)孛窬褂霉懿臑檩^廉價(jià)的塑料管或水泥管，因無(wú)技術(shù)人員指導(dǎo)只得全孔花管，降低了管材整體強(qiáng)度，而孔隙率又不夠，一般孔隙率僅為5%～8%。因此雖含水層中地下水較豐富，但無(wú)法順利進(jìn)入井管中。在民井抽水過(guò)程中，可見水位迅速下降，井管壁小孔中的地下水激射入井，這說(shuō)明井周圍地層中水位尚未下降，兩者存在較大的水位差，主要原因?yàn)檫M(jìn)水的通道受阻，井管孔隙率太小。

表2　成井方法對(duì)比一覽表Table 2　Comparison of well drilling method

（3）填礫的作用是在含水層與井管間形成反濾層，使地下水通暢地進(jìn)入井中，同時(shí)阻擋地層中細(xì)顆粒進(jìn)入井中，造成井淤，影響出水量。當(dāng)?shù)孛窬嗖惶畹[或填入較易購(gòu)得的碎石，故在水井使用中，易堵塞井壁孔隙或細(xì)顆粒進(jìn)入井中，淤塞下部井段含水層。調(diào)查中，多數(shù)水井在使用1～2年后，井深多比成井時(shí)少2～3m，最大達(dá) 7m。日照地區(qū)各河谷含水層厚度一般3～10m，且下部含水層較好，如不填礫或礫料規(guī)格不適宜、質(zhì)量較差，將大大影響水井的涌水量和使用壽命。

總體看，當(dāng)?shù)孛窬饕獑?wèn)題是鉆探方法不適宜，管材孔隙率不夠，填礫不規(guī)范。反循環(huán)成井雖較適合區(qū)域地層，但無(wú)法準(zhǔn)確確定含水層位置，故在下管中，只能全孔花管。但這樣會(huì)造成管材整體強(qiáng)度降低，故只能降低管材的孔隙率。

3.3.2施工井綜合分析 對(duì)比當(dāng)?shù)孛窬?，本次施工井是采用小孔徑取芯至基巖，查清地層和含水層位置、巖性。根據(jù)含水層位置、厚度、巖性，準(zhǔn)備高強(qiáng)度塑料管（一般價(jià)格為當(dāng)?shù)孛窬?～3倍），適合含水層巖性的礫料（一般為含水層粒徑的 6～8倍）。采用反循環(huán)成孔，孔徑 550mm，孔深控制在含水層以下 2～3m（沉淀管），對(duì)應(yīng)地層下入花管和和護(hù)壁管，按含水層巖性分層投入礫料，水位以上用粘性土封死，以保證水井不受地表水污染。

井管采用250mm的高強(qiáng)度塑料管，四周留有150mm的填礫空間，有利于形成反濾層。含水層部分為孔隙率16%的花管（抽水孔過(guò)濾器骨架管孔隙率，不宜小于15%）【5】，其余部分為無(wú)孔護(hù)壁管，這樣即保證了井管整體強(qiáng)度，又保證了進(jìn)水通道數(shù)量。

在經(jīng)多次調(diào)查后，選擇傅疃河下游砂廠河石做為礫料，一般按含水層粒徑的6～8倍篩選，并水洗后分層填入。

按上述方法成井后，反復(fù)抽注水洗井12個(gè)小時(shí)后，采用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。經(jīng)觀測(cè)井損（井內(nèi)水位與井外側(cè)水位差）為 0.1～0.3m；降深普遍小于附近民井 0.5～3.0m；水量比當(dāng)?shù)胤囱h(huán)成井民井高出2.19～2.37倍，比黃土護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成井民井高出2.68～7.64倍。

3.4日照河谷平原區(qū)成井方法建議

日照河谷平原區(qū)地下水含水層較薄，受季節(jié)影響水位變幅大，在了解地層和含水層特征的情況下，適宜采用反循環(huán)鉆探成井，具體成井方法建議，詳見圖1和表3。

圖1　日照市河谷平原區(qū)成井結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　Well drilling Structural of valley plains area in Rizhao city

表3　日照河谷平原區(qū)成井方法建議Table 3　Well drilling method suggestions of valley plains area

4　結(jié)語(yǔ)

日照河谷平原區(qū)河流皆源短流淺，第四系含水層較?。?～10m），含水層巖性以中粗砂、礫石為主，滲透性好，有供水意義。當(dāng)?shù)孛窬诔删椒ㄉ现饕嬖谥@進(jìn)方法不適宜（黃土護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)）、管材孔隙率不夠（5%～8%）、填礫不規(guī)范（不填礫或填碎石）等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，本次施工的水井從鉆探（有水文地質(zhì)資料處直接反循環(huán)成孔、無(wú)資料處用小口徑鉆探探明后，采用反循環(huán)成孔）、管材（高強(qiáng)度塑料管，孔隙率15%～18%）、填礫（含水層粒徑6～8倍）三方面改進(jìn)了民井的成井方法，水量大幅度提高2.19～7.64倍。在對(duì)比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文提出了適宜日照河谷平原區(qū)的水井成井方法，對(duì)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)、生產(chǎn)生活用水水井的施工有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

On the basis of the analysis of the hydrogeological conditions of valley plains area Rizhao city through analyzing a large number of pumping test data and contrasting the different methods between the previous civi wells and the present， this article points out insufficient and defects in well completion technology of the old civi wells and proposes a method and some suitable recommendations of well completion in this area.

WELL DRILLING METHOD RESEARCH OF VALLEY PLAIN AREA IN RIZHAO CITY

Chen Ye1Cheng Wei2Chen Wenbin2Yue Ya2Yuan Xuefeng2
1. Jilin University， Changchun，130000， China；
2.Liaoning The First Institute of Hydrogeology and Engineering Geology ，Jinzhou，Liaonig，121000， China

valley plains， counter-cycle holing，Loess wall rotary drilling，porosity，anti-filter layer

TU991.12

A

1006-5296（2016）03-0166-05

* 第一作者簡(jiǎn)介：陳冶（1957～），男，從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)教學(xué)與科研工作，副教授

2016-03-29；改回日期：2016-04-20