綜合勘查技術(shù)方法在苦咸水地區(qū)的應(yīng)用

武軍鋒， 王航洲

(陜西省一三九煤田地質(zhì)水文地質(zhì)有限公司，陜西渭南 714000)

西安市臨潼區(qū)雨金鎮(zhèn)及以北地區(qū)地下水水質(zhì)差，影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)村居民生活用水安全[1-2]。為改善該區(qū)“苦咸水”現(xiàn)狀，解決該區(qū)當(dāng)前較為嚴(yán)峻的農(nóng)村居民生活用水問題，擬在雨金一帶尋找水質(zhì)相對(duì)良好的地下水源，建設(shè)供水工程供當(dāng)?shù)丶s5萬人生活用水，需水量大約為5 000m3/d。為基本查明該區(qū)地下水資源賦存規(guī)律，結(jié)合該區(qū)現(xiàn)階段水文地質(zhì)研究程度，決定運(yùn)用綜合勘查技術(shù)方法開展工作[3]。

1 地質(zhì)及水文地質(zhì)

1.1 地形地貌

該區(qū)地貌屬于渭河沖積平原的一部分，位于渭河北岸，地面標(biāo)高344～361m，總體地勢(shì)為西北高而東南低。區(qū)內(nèi)發(fā)育渭河河漫灘及一級(jí)階地。河漫灘高出河水面1～2m，與渭河一級(jí)階地以陡坎過渡，常遭洪水威脅，系不穩(wěn)定地段[4-6]。一級(jí)階地階面平坦連續(xù)，高出河水面1.5～5m，土質(zhì)肥沃，地下水資源豐富，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良好基地。

1.2 地質(zhì)

第四系在區(qū)內(nèi)廣泛分布，按照由老至新的次序劃分為4段：①下更新統(tǒng)三門組(Q1s)，巖性為含礫粉質(zhì)黏土、黏土層，沉積厚度200～300m。②中更新統(tǒng)(Q2)，巖性為中細(xì)砂夾粉質(zhì)黏土，厚度100～175m。③上更新統(tǒng)(Q3)，巖性為中細(xì)砂夾粉質(zhì)黏土，厚度30～84m。④全新統(tǒng)(Q4)，按照成因分為全新統(tǒng)沖積層(Q4al)，分布于渭河河床及漫灘地帶，厚度0～101m，巖性以黃色亞砂土為主，該層底部巖性為砂礫石層；全新統(tǒng)洪積層(Q4pl)，分布在渭河一級(jí)階地，為全新統(tǒng)不同時(shí)間堆積層，巖性為中細(xì)砂、粉細(xì)砂及粉質(zhì)黏土層，厚度0～58m。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料，推測(cè)工作區(qū)無斷層存在。

1.3 水文地質(zhì)

1.3.1 含水層類型劃分

依據(jù)地下水的水力特征，本區(qū)域可劃分為第四系松散巖類孔隙潛水和承壓水兩類地下水。按含水介質(zhì)的埋藏條件又可劃分為潛水、淺-中層承壓水和深層承壓水三個(gè)含水層。

1.3.1.1 潛水含水層

分布于渭河一級(jí)階地及漫灘，含水層由第四系全新統(tǒng)沖洪積物組成，含水層底板埋深58m左右。水位埋深1～6.3m，含水巖性為細(xì)砂薄層及細(xì)中砂組成[7-8]。下伏隔水層由砂質(zhì)黏土及黏土組成。水源井以20～40m灌溉井居多，水量在20～35m3/h。地下水有機(jī)物指標(biāo)多數(shù)超標(biāo)，水質(zhì)偏堿性，氯化物、硫酸鹽、鋁、錳、溶解性總固體等多項(xiàng)地下水參數(shù)超標(biāo)，不符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)要求。

1.3.1.2 淺—中層承壓水含水層

1.3.1.3 深層承壓水含水層

本次將深層承壓水，根據(jù)單井出水量劃分為兩個(gè)富水性區(qū)域。分界線位于胡門—賀家—念楊一線。分界線以北為富水性差的區(qū)域，預(yù)測(cè)井深為400m時(shí)，單井出水量為30～40m3/h，分界線以南為富水性好的區(qū)域，預(yù)測(cè)井深為400m時(shí)，單井出水量為40～60m3/h。

1.3.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排泄

1.3.2.1 潛水

主要接受大氣降水補(bǔ)給，其次為灌溉回歸入滲和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，另外，渭河漫灘區(qū)還接受渭河側(cè)滲補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)潛水的整體徑流方向與地形基本一致，受水位勢(shì)能控制由渭河階地向渭河漫灘徑流，流向?yàn)楸毕蚰霞拔鞅毕驏|南。潛水的排泄方式主要為農(nóng)業(yè)灌溉開采；局部河流有利地段補(bǔ)給河水；越流下滲補(bǔ)給承壓水；在渭河漫灘及局部水位埋深小于2～3m的地帶存在日照蒸發(fā)排泄[9-10]。

1.3.2.2 承壓水

承壓水的補(bǔ)給主要來自北及西北的側(cè)向徑流補(bǔ)給，河水不對(duì)其形成補(bǔ)給，其次是來自上覆潛水及各承壓含水層之間的越流補(bǔ)給。區(qū)內(nèi)承壓水總體徑流方向和潛水徑流方向一致，承壓水的排泄主要為供水開采、越流排泄及徑流出境，其中供水開采和向下游徑流是區(qū)內(nèi)承壓水的主要排泄途徑。

2 綜合勘查技術(shù)

綜合勘查方法即在研究現(xiàn)階段區(qū)域水文地質(zhì)成果資料的基礎(chǔ)上，以水文地質(zhì)調(diào)查為主，依據(jù)調(diào)查井成果在重點(diǎn)區(qū)進(jìn)行電測(cè)深勘探，確定井位并施工探采結(jié)合井；采用測(cè)井解釋成果劃定分段抽水層位，進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)并采集水質(zhì)檢測(cè)樣品；通過水質(zhì)檢測(cè)成果進(jìn)一步確定分層水質(zhì)情況，將電測(cè)深參數(shù)與探采結(jié)合井井旁測(cè)深參數(shù)類比，推測(cè)未知區(qū)域地下水水質(zhì)與水量，最終完成鉆探施工成井。

2.1 水文地質(zhì)調(diào)查

本次調(diào)查以1∶2萬地形圖作為工作底圖。調(diào)查方法采用穿越法與追索法相結(jié)合，同時(shí)對(duì)地質(zhì)點(diǎn)、水文點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)查、記錄。調(diào)查水源井63眼。調(diào)查以走訪、詢問等形式開展工作，詳細(xì)了解區(qū)內(nèi)機(jī)民井分布、井深、開采層位、水量及水資源開發(fā)利用情況。

2.2 電測(cè)深勘探

本次物探共布置3條剖面，剖面方向垂直或平行于河谷階地，為探測(cè)不同方向上地層巖性沉積情況，2條剖面垂直于河谷階地近似北西向布置，1條剖面平行于河谷階地近似北東向布置，剖面線總長(zhǎng)5.9km，完成測(cè)點(diǎn)8個(gè)。

選取一條垂直于河谷的典型剖面說明物探資料解釋方法，以及運(yùn)用電測(cè)深初步劃分咸水等級(jí)[11-12]。如圖1所示， D1～D3點(diǎn)在縱向上電阻率等值線大體表現(xiàn)為先平緩下降，而后平緩上升形態(tài)的H型曲線。D1～D3點(diǎn)橫向上視電阻率變化形態(tài)，體現(xiàn)了西北至東南向由渭河一二級(jí)階地到渭河北岸地層變化情況，北部的D1點(diǎn)淺部呈現(xiàn)低阻的微咸水，中等微咸水層厚度較大，弱微咸水層較深，D2與D3點(diǎn)淺部為相對(duì)中阻值的中等微咸水，其它各層特征與D1相反。D2深部出現(xiàn)高阻凸起的形態(tài)，分析為深部地下水礦化度降低而引起。依據(jù)鉆孔地層資料，本次物探資料解釋采用地層校正系數(shù)為0.6～0.9。參照收集地質(zhì)與水源井測(cè)井資料以及地層水礦化等級(jí)，根據(jù)電阻率ρs值變化規(guī)律，將地層剖面自上而下可劃分為4段，依次為中等微咸水(ρs值12～14Ω·m)、微咸水(ρs值7～12Ω·m)、弱微咸水(ρs值14～24Ω·m)。

圖1 視電阻率等值線及咸水等級(jí)界線Figure 1 Isogram of apparent resistivities and salt waterlevel lines

井位選擇本區(qū)含水層厚度大且深層地下水溶解性固體小于1 500mg/L取水段為深層弱微咸水的區(qū)域。

2.3 探采結(jié)合井施工

根據(jù)電測(cè)深成果，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，在任陳村東靠近渭河北岸布置探采結(jié)合井。施工探采結(jié)合井目的為驗(yàn)證電測(cè)深成果的準(zhǔn)確性程度，以及在該區(qū)施工水源井開采水質(zhì)相對(duì)較好的弱微咸水的可行性。依據(jù)《供水管井技術(shù)規(guī)范》(GB50296—2014)進(jìn)行探采結(jié)合井施工，采取分級(jí)擴(kuò)徑成井法成井，第四系及新近系松散層段采取低固相化學(xué)鉆井液護(hù)壁無心鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中定時(shí)撈取巖屑樣并判層，并做好簡(jiǎn)易水文觀測(cè)，一開鉆進(jìn)采用Φ311mm牙輪鉆頭鉆進(jìn)井深至360m，完成井段0～360.0m的測(cè)井工作；根據(jù)測(cè)井成果初步判斷322～360 m段存在深部弱微咸水，最后用Φ550mm帶導(dǎo)向的牙輪鉆頭完成擴(kuò)孔，下入Φ325mm×8mm的套管并止水，隨后依次完成填礫、洗井、分層抽水試驗(yàn)等工作。探采結(jié)合井施工歷時(shí)32d，完成鉆探進(jìn)尺360m。止水深度325m，取水層段325～360m。單井出水量15 m3/h，靜水位2.1m，動(dòng)水位130m。

2.4 電測(cè)井分析

測(cè)井剖面巖性解釋以視電阻率曲線為主，自然電位曲線為輔。據(jù)地層資料，該區(qū)黏土層具有良好的隔水作用，以黏土層為特征層，劃分出5段不同埋深的含水層(圖2)。58m以淺地下水礦化度相對(duì)較高為中等微咸水，對(duì)應(yīng)的視電阻率曲線幅度低，而自然電位呈現(xiàn)較高異常；從總體上看，視電阻率曲線在縱向上幅值逐漸變高，而自然電位則相反，符合高礦化度地區(qū)測(cè)井曲線特征。58～322m段曲線形態(tài)為中等微咸水特征；初步判斷322～360m段存在深部弱微咸水。

2.5 抽水試驗(yàn)

根據(jù)測(cè)井資料和該區(qū)的實(shí)際情況，本次抽水試驗(yàn)選擇了5個(gè)含水層段進(jìn)行分段分層抽水工作。按照從上至下的抽水方法進(jìn)行抽水，抽至水清砂凈時(shí)，采取水樣進(jìn)行檢驗(yàn)(表1)。

按照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)檢驗(yàn)了總大腸桿菌、耐熱大腸菌群等32項(xiàng)指標(biāo)。根據(jù)地層巖性、物探解譯成果及溶解性總固體含量，將該井劃分為三個(gè)含水層段， 第一層為微咸水，含水層埋深0～58m，溶解性總固體含量在2 156～3 265mg/L；第二層為中等微咸水，含水層埋深58～322m，溶解性固體含量較高，為1 514～2 296mg/L；第三層為弱微咸水，含水層埋深322～360m，溶解性固體含量為1 123mg/L[13-16]。

3 水質(zhì)分布規(guī)律

根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)，水質(zhì)TDS值在1 000～3 000mg/L為微咸水，工作區(qū)水質(zhì)復(fù)雜，而且該區(qū)地下水TDS基本都大于1 000mg/L，結(jié)合本區(qū)實(shí)際，本次工作將TDS在1 000～1 500mg/L，

表1 不同深度水質(zhì)分析

圖2 探采結(jié)合井測(cè)井解釋成果Figure 2 Exploration and mining combination well logginginterpreted results

作為弱微咸水；TDS在1 500～2 500mg/L作為中等微咸水；TDS大于2 500mg/L，作為微咸水。依據(jù)野外調(diào)查及取樣檢測(cè)結(jié)果，并參考物探解譯資料和灘張供水站水源井資料綜合分析得出以下結(jié)論：

在垂向上，自上而下分為微咸水、中等微咸水、弱微咸水三層，微咸水為15～58m以淺地下水，TDS值在2 156～3 265mg/L；中等微咸水為埋深15～322m，TDS值在1 514～2 296mg/L；弱微咸水為埋深180～450m地下水，TDS值在1 123～1 240mg/L。

在平面上，工作區(qū)灘張—任陳村一線的中部區(qū)域深層水TDS小于1 500mg/L，水質(zhì)相對(duì)較好。南部的胡門村—漢張村、北部的安李—念楊深層水TDS大于1 500mg/L，水質(zhì)相對(duì)較差。

4 鉆探施工成井

按照探采結(jié)合井施工技術(shù)要求進(jìn)行水源井施工[17]，工程一期建成水源井3眼，井深400m，開采深層弱微咸水，出水量40～50m3/h。水質(zhì)偏堿性，主要超標(biāo)離子SO42-含量在319～376mg/L、TDS含量在1 123～1 240mg/L、總硬度在456～550；氨氮含量在1.03～1.15mg/L；Mn+在0.18～0.25mg/L。

鉆探驗(yàn)證了物探成果的可靠性較高。

5 結(jié)論

1)通過本次綜合勘查，基本查明了區(qū)內(nèi)的地層特征、地下水賦存、運(yùn)移規(guī)律及不同含水層段的水質(zhì)特征，鉆探驗(yàn)證了在該區(qū)施工水源井取深層弱微咸水是可行的。

2)根據(jù)電測(cè)深工作，布置擬建水源井3眼，建成后的水源井水量、水質(zhì)達(dá)到預(yù)期的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，井水經(jīng)過凈化處理達(dá)標(biāo)后可并網(wǎng)供給，解決了當(dāng)?shù)鼐用竦纳钣盟畣栴}。

綜上所述，本次綜合勘查以水文地質(zhì)調(diào)查成果為基礎(chǔ)，以水質(zhì)較好的水井作為參數(shù)井，為電測(cè)深提供了可以類比的參數(shù)，進(jìn)而推測(cè)未知區(qū)域地下水的水質(zhì)與水量，最終在重點(diǎn)地段布置

井位并施工水源井，效果良好。綜合勘查技術(shù)方法在本區(qū)得到了卓有成效的運(yùn)用，為類似地區(qū)改善苦咸水問題提供了借鑒。