五彩灣礦區(qū)一號礦井地下水水文地質參數獲取的試驗研究

馬文清

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

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五彩灣礦區(qū)一號礦井地下水水文地質參數獲取的試驗研究

馬文清

(新疆地礦局第一水文工程地質大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

水文地質參數是研究地下水運動的重要參數，抽水試驗是獲取水文地質有關參數的一種重要方法。本文以五彩灣礦區(qū)一號礦井地下水為研究對象，在分析區(qū)域水文地質條件資料的基礎上，進行了7組單孔穩(wěn)定流抽水試驗。研究結果表明：對具有供水意義的第四系松散巖類孔隙含水層滲透系數為0.13～2.85 m/d，新近系碎屑巖類裂隙孔隙含水層滲透系數為0.07～0.316 m/d，白堊系碎屑巖類裂隙孔隙含水層滲透系數為0.02 m/d，侏羅系碎屑巖類裂隙孔隙含水層滲透系數為0.009～0.034 m/d。本次實驗結果與對比收集資料結果完全一致。

水文地質條件；抽水試驗；滲透系數；五彩灣礦區(qū)

五彩灣一號礦井位于吉木薩爾縣境內，屬準東煤田五彩灣礦區(qū)，探礦權范圍內地質資源量約45億 t，占整個五彩灣礦區(qū)的地質資源量的15%。在開發(fā)五彩灣一號礦井煤炭資源的過程中，可能會造成地下水水質污染，同時引起地下水流場或水位變化，進而導致環(huán)境水文地質問題的發(fā)生。因此，本文在相關研究成果的基礎上，本文在以往研究工作的基礎上[1-5]，依托“新疆國泰新華五彩灣礦業(yè)有限責任公司準東經濟開發(fā)區(qū)五彩灣礦區(qū)一號礦井地下水環(huán)境影響評價專項水文地質勘察”項目，對五彩灣礦區(qū)一號礦井地下水進行了單孔穩(wěn)定流抽水試驗，進而為后期環(huán)境水文地質問題的研究提供可靠的水文地質參數。

1 區(qū)域地下水類型

根據《新疆準東能源基地水文地質環(huán)境地質調查報告》以及收集的其他區(qū)域水文地質調查資料可知，勘察區(qū)所在區(qū)域可劃分為兩個地下水系統(tǒng)，區(qū)域南部為天山北麓小河流域地下水系統(tǒng)，區(qū)域北部為卡拉麥里山地下水系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)之間基本無水量交換。而本文研究區(qū)位于天山北麓小河流域地下水系統(tǒng)的北緣。

區(qū)域地下水類型主要包括基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水和第四系松散巖類孔隙水三種類型。其中基巖裂隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在卡拉麥里山地下水系統(tǒng)，第四系松散巖類孔隙水主要分布在天山北麓小河流域地下水系統(tǒng)。

1.1 基巖裂隙水

基巖裂隙水主要分布于卡拉麥里山地下水系統(tǒng)中部帳篷溝一帶，區(qū)域內主要為石炭系基巖裂隙水，巖性多為噴出巖、凝灰碎屑巖、砂巖。根據《新疆準東煤田吉木薩爾縣五彩灣礦區(qū)帳南西井田勘探報告》可知，含水層平均滲透系數為1.19 m/d，按照325 mm管徑、5 m降深標準統(tǒng)一換算后的單井涌水量小于10 m3/d，水量貧乏，水質較差。

1.2 碎屑巖類裂隙孔隙水

碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在區(qū)域北部及東北部，屬卡拉麥里山地下水系統(tǒng)，按照含水層時代的不同可劃分為三疊系碎屑巖類裂隙孔隙水、侏羅系碎屑巖類裂隙孔隙水、白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水和新近系碎屑巖類裂隙孔隙水，現分述如下：

1.2.1 三疊系碎屑巖類裂隙孔隙水

三疊系碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在區(qū)域中北部，含水層巖性以砂巖、礫巖為主。區(qū)域內未發(fā)現任何天然的或人工的地下水露頭。根據區(qū)域水文地質資料可知，三疊系碎屑巖類裂隙孔隙水換算單井涌水量小于100 m3/d，水量貧乏，水質較差。

1.2.2 侏羅系碎屑巖類裂隙孔隙水

侏羅系碎屑巖類裂隙孔隙水在區(qū)域北部及東北部廣泛分布，含水層巖性主要為砂巖、礫巖及煤層水；泥巖、炭質頁巖為相對隔水層。換算單井涌水量一般為1.23～21.53 m3/d，滲透系數0.45～2.98 m/d，水量貧乏。水化學類型以SO4·Cl-Na型、Cl·SO4-Na型為主，溶解性總固體一般為1～3 g/L，水質較差。

1.2.3 白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水

白堊系碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在區(qū)域北部及東北部，卡拉麥里山前坳陷，地表未見地下水露頭。根據收集區(qū)域水文地質資料顯示，該含水層巖性為膠結不甚緊密的砂巖、礫巖，換算單井涌水量一般為1.93～47.43 m3/d，水量貧乏。該含水層水化學類型以SO4·Cl-Na型為主，溶解性總固體一般為1～3 g/L，水質較差。

1.2.4 新近系碎屑巖類裂隙孔隙水

新近系碎屑巖類裂隙孔隙水主要分布在區(qū)域北部及東北部，含水層巖性以砂巖、礫巖為主。含水層中多見連續(xù)分布的泥巖隔水層，因此新近系碎屑巖類裂隙孔隙水多以承壓水的形式存在。據收集區(qū)域水文地質資料可知，該含水層換算單井涌水量一般小于100 m3/d，僅在局部自流盆地處涌水量大于100 m3/d，富水性為中等-貧乏。該含水層水化學類型以SO4·Cl-Na型為主，溶解性總固體一般為1 g/L左右，水質較差。

1.3 第四系松散巖類孔隙水

第四系松散巖類孔隙水主要分布在區(qū)域南部和西部，屬天山北麓小河流域地下水系統(tǒng)，含水層巖性以第四系沖洪積砂礫石、中粗砂為主，從整體含水層空間分布特征看來，地下水類型以潛水為主，局部地區(qū)有不連續(xù)的粘土透鏡體分布，承壓性較弱。據收集區(qū)域水文地質資料可知，區(qū)域西北部換算單井涌水量一般為10～100 m3/d，水量貧乏；區(qū)域南部換算單井涌水量一般為320～458 m3/d，滲透系數為0.911 3～1.402 6 m/d，水量中等。水化學類型以SO4·Cl-Na型為主，溶解性總固體一般為0.8～2.1 g/L，水質較差。

2 區(qū)域地下水補給、徑流、排泄特征

2.1 卡拉麥里山地下水系統(tǒng)

2.1.1 基巖裂隙水

基巖裂隙水的補給主要來源于北部卡拉麥里山山區(qū)大氣降水的入滲補給。由于本區(qū)氣象條件惡劣，降水稀少，因此補給量也十分有限。地下水主要沿基巖中網絡狀的裂隙徑流，受地形和構造的控制，由高處向低處徑流，總體徑流方向為由東北向西南，但局部受地形、構造、裂隙發(fā)育方向影響而有所偏轉，其徑流速度較快?；鶐r裂隙水的主要排泄方式是泉水溢出排泄，受地形和構造控制，也有少量蒸發(fā)與蒸騰排泄。

2.1.2 碎屑巖類裂隙孔隙水

碎屑巖類裂隙孔隙水分布在勘察區(qū)北部及東北部區(qū)域，主要包括三疊系、侏羅系、白堊系和新近系碎屑巖類裂隙孔隙水，由東北向西南方向徑流，主要接受區(qū)域北部卡拉麥里山山區(qū)降水及上游側向徑流補給，受含水層空間位置及地層構造的影響和控制，局部地段徑流方向多變，徑流速度滯緩。主要以向下游側向徑流的方式排泄，在地勢低洼處以泉、沼澤濕地及蒸發(fā)的方式進行排泄。

2.2 天山北麓小河流域地下水系統(tǒng)

第四系松散巖類孔隙水主要分布在區(qū)域南部和西部，屬天山北麓小河流域地下水系統(tǒng)。補給來源主要為大氣降水入滲及南部側向徑流補給，在沙漠區(qū)還可能存在凝結水的補給。地下水總體由東南向西北方向徑流，地下水流程短，徑流速度較快。局部地勢低洼處水位埋深較小，蒸發(fā)蒸騰作用強烈，可見鹽漬化現象。

研究區(qū)卡拉麥里山地下水系統(tǒng)和天山北麓小河流域地下水系統(tǒng)兩個系統(tǒng)的地下水在勘察區(qū)以北的系統(tǒng)分界處匯流后統(tǒng)一向西偏北方向徑流。

3 水文地質試驗及參數確定

水文地質參數是研究地下水運動的重要參數，抽水試驗是獲取水文地質有關參數的一種有效途徑。本次抽水試驗工作的主要目的是為了求取研究區(qū)內含水層的水文地質參數，并評價其富水性。

3.1 抽水試驗點分布情況

利用本次施工的鉆孔共完成了7組單孔穩(wěn)定流抽水試驗，此外，項目收集并利用了勘察區(qū)內已有抽水試驗成果10組。本次施工完成的7組單孔穩(wěn)定流抽水試驗主要布置在重點勘察區(qū)的上、下游、兩側和內部，其中重點勘察區(qū)上游布置抽水試驗1組，兩側各布置1組，下游布置4組，重點勘察區(qū)內部利用已有的10組抽水試驗資料進行控制。

本次勘察工作中確定的具有供水意義的含水層為第四系松散巖類孔隙含水層，因此為查明該含水層滲透系數的分布特征，抽水試驗工作重點針對該含水層開展，而對其下部不具備供水意義的新近系和白堊系碎屑巖類裂隙孔隙含水層，主要以了解含水層滲透系數和富水性情況為主。在本次完成的7組抽水試驗中，第四系松散巖類孔隙含水層布置抽水試驗5組，新近系和白堊系碎屑巖類裂隙孔隙含水層各布置抽水試驗1組。

3.2 計算公式的選取

利用本次施工的鉆孔共完成抽水試驗7組，依據《供水水文地質勘查規(guī)范》GB 50027-2001，根據抽水井類型的不同，選擇相應的公式計算水文地質參數。

(1) 潛水完整井計算公式：

(1)

(2)潛水非完整井計算公式：

(2)

(3)承壓水完整井計算公式：

(3)

式中：K為滲透系數(m/d)；Q為抽水井的單井出水量(m3/d)；sc為修正降深(m)；H為自然情況下潛水含水層的厚度(m)；M為承壓含水層的厚度(m)；rw為抽水孔過濾器的半徑(m)；l為過濾器的長度(m)；R為影響半徑(m)。

3.3 參數計算

利用潛水完整井計算公式、潛水非完整井計算公式以及承壓水完整井計算公式進行計算。根據計算結果，結合收集資料可知，勘察區(qū)內第四系松散巖類孔隙含水層滲透系數為0.13～2.85 m/d，新近系碎屑巖類裂隙孔隙含水層滲透系數為0.07～0.316 m/d，白堊系碎屑巖類裂隙孔隙含水層滲透系數為0.02 m/d，侏羅系碎屑巖類裂隙孔隙含水層滲透系數為0.009～0.034 m/d。此外通過對比收集資料與本次實測資料發(fā)現，計算結果基本一致。

4 結語

在五彩灣礦區(qū)一號礦井中，對具有供水意義的含水層為第四系松散巖類孔隙含水層，該層水主要接受東南部側向徑流補給，地下水由東南向西北方向徑流，以向西北側向徑流及蒸發(fā)的方式排泄。該含水層厚度為3.13～69.53 m，水位埋深0.82～8.03 m。根據潛水完整井計算公式、潛水非完整井計算公式以及承壓水完整井計算公式的計算結果得出：對具有供水意義的第四系松散巖類孔隙含水層滲透系數為0.13～2.85 m/d。

[1]劉少華, 劉光遠, 程艷. 新疆五彩灣露天煤炭開采環(huán)境成本內部化驅動因素分析[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展.2013.38(4): 97-100.

[2]趙琳琳, 肖長來, 陳昌亮, 等. 基于抽水試驗的多種方法確定水文地質參數[J].地下空間與工程學報.2015.11(2): 306-309.

[3]史平揚. 杭州錢塘江古河道承壓含水層水文地質參數的分析及對工程影響的研究[J].工程勘察.2009.(S2): 599-604.

[4]靳曉穎, 高業(yè)新, 吳慶華, 等. 華北平原中部深層含水層水文地質參數研究[J].干旱區(qū)研究.2008.25(5): 621-625.

[5]趙慶魯, 姜明新, 高尚鵬. 抽水試驗確定中深層微咸水水文地質參數[J].地下水.2014 (1): 56-58.

2017-03-21

馬文清(1984-)，男，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事水文地質、工程地質和環(huán)境地質勘察工作。

P641.4+61

B

1004-1184(2017)03-0208-02