西北干旱缺水地區(qū)供水水文地質(zhì)勘查技術(shù)方法

張緒芬

(甘肅省地勘局第四地勘院,甘肅 酒泉 735000)

位于甘肅敦煌盆地與新疆羅布泊盆地之間的廣闊區(qū)域是西北嚴重干旱缺水地區(qū)之一,尤其是淡水資源更為貧乏。因其蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源,近年來隨著礦業(yè)開發(fā)的不斷擴展,礦山選礦用水量成倍增加,更使該地區(qū)極不豐富的地下水資源顯得尤為短缺。受當?shù)劂~鎳礦區(qū)有關單位委托,我院2008年度承接完成該礦區(qū)區(qū)域供水水文地質(zhì)勘查項目,由于找水思路明確,技術(shù)方法得當,從而在較短時間內(nèi)圈定了富水地段,為礦區(qū)提交供水量5000 m3/d以上的供水水源地。

1 完成的主要工作及成果

按合同要求,在礦區(qū)半徑 100 km范圍內(nèi)尋找并確定了可供礦區(qū)利用的地下水資源。經(jīng)充分研究區(qū)域水文地質(zhì)資料并進行實地踏勘,確定在礦區(qū)東南方向的阿其克谷地新生界凹陷帶做為礦區(qū)供水水源地極具可能性?？辈閰^(qū)中心位置距礦區(qū)直線距離約 60 km,面積約2 200 km2,其地形為長 68～75 km、寬 25～36 km的狹長地帶。初步查明勘查區(qū)地下水的分布和形成條件,以及含水層(組)的富水性及水化學特征,圈定了富水地段。通過對地下水資源進行初步評價,為礦區(qū)選礦供水提供了水文地質(zhì)依據(jù)。通過施工勘探孔和探采結(jié)合井,確定了在目前所施工的探采結(jié)合井技術(shù)參數(shù)(要素)條件下長距離取水完全能夠滿足礦區(qū)選礦所需的供水量5 000m3/d以上的要求。

本次區(qū)域供水水文地質(zhì)勘查工作共設計施工探采結(jié)合井 6眼,其中 2眼探采結(jié)合井因涌水量偏小,后續(xù)取水利用價值不大,故未進行二級擴孔和成井,僅做為觀測孔使用。另 4眼探采結(jié)合井單井涌水量在 30～40m3/h范圍內(nèi)?？紤]長距離供水管線損耗,建議后續(xù)供水水源地開發(fā)可在現(xiàn)有 4眼探采結(jié)合井基礎上于勘查區(qū)富水地段再布設施工 6眼供水井,即可獲得選礦所需的5000 m3/d以上的供水量。

2 工作部署的依據(jù)和原則

本次勘查工作部署,依據(jù)與委托單位簽訂的勘查合同,參照國家現(xiàn)行的《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50027-2001)和《供水管井技術(shù)規(guī)范》(GB50296),并遵循以下基本原則:

堅持在充分收集和研究前人成果資料及遙感解譯基礎上合理布置勘查工作,在供水前景較好地段加密布置;在條件允許情況下,勘查重點盡量靠近礦區(qū)選礦廠區(qū),以縮短供水距離,最大限度地節(jié)約水源地開發(fā)成本;勘查工作以尋找水源為目的,在可能和兼顧情況下,盡量滿足有關規(guī)范要求但不拘泥于規(guī)范要求;勘查工作以地下水系統(tǒng)理論為指導,充分采用遙感、物探、信息分析等手段,吸收引進地下水勘查和評價的新技術(shù)、新方法,相互補充和驗證,以提高勘查工作的科技含量和成果表達方式的現(xiàn)代化。

3 工作方法

本次供水水文地質(zhì)勘查工作綜合采用了遙感解譯、水文地質(zhì)測繪、物探(EH-4電導率成像系統(tǒng)、水文物探測井)、鉆探(包括成井工藝)、抽水試驗、探井、水土樣采集、地下水動態(tài)觀測、工程測量、資料收集及室內(nèi)綜合分析整理等技術(shù)手段,取得了較好的勘查效果。

3.1 遙感解譯

采用高分辨率的 BTM衛(wèi)星相片進行解譯,了解勘查區(qū)內(nèi)地貌、地層分布、水系發(fā)育情況以及植被、環(huán)境水文地質(zhì)狀況,從而為地面調(diào)查線路的布置提供科學依據(jù)。

3.2 水文地質(zhì)測繪

在勘查區(qū)域內(nèi)開展 1:100 000比例尺水文地質(zhì)調(diào)查,控制面積約2 200 km。調(diào)查線路主要垂直于谷地和沿沖溝方向布置,主要調(diào)查地層巖性、潛水埋藏條件、水質(zhì)特征和植被發(fā)育覆蓋情況,同時進行遙感解譯的實地驗證。為揭露工作區(qū)潛水水位,根據(jù)需要布設了一定數(shù)量的探井,探井施工深度在 2.0～5.0 m范圍內(nèi)。

3.3 物探及測井

物探工作采用了EH-4電導率成像系統(tǒng),用以查明工作區(qū)地層結(jié)構(gòu)和地下水在垂直和平面方向上的分布及變化特征。點距一般為 250～500 m,控制深度為 250～300m,同時視具體情況布設了少量的檢查點。測井工作采用了綜合水文物探測井儀,用以劃分地層,判別含水層位置,為鉆探成井提供依據(jù)。

3.4 鉆探及成井

為查明含水層結(jié)構(gòu)、厚度、富水性及水質(zhì)情況,評價勘查區(qū)地下水資源量,同時考慮盡量一孔多用,探采結(jié)合,滿足礦區(qū)取水要求。此次水文地質(zhì)勘探孔全部設計成探采結(jié)合孔(井),二級擴孔成井。第一級孔徑 Ф250mm,鉆至設計孔深后,先進行物探測井、水文地質(zhì)觀測、提筒試驗等工作,在涌水量滿足要求具有后續(xù)利用價值的情況下再進行二級擴孔和成井,否則終止施工,僅做為觀測孔只用。第二級擴孔孔徑即最終孔(井)徑 Ф600 mm,成孔后根據(jù)含水層位置合理設計并按規(guī)范要求下入 Ф325mm井管和濾水管。抽水試驗觀測孔孔徑 Ф350 mm,成孔后下入 Ф146 mm鋼管和濾水管。以上所有鉆孔(井)其控制深度均達到 240～250m。

3.5 抽水試驗

用以了解含水層的富水特征,求取水文地質(zhì)參數(shù),為水資源評價提供參數(shù)依據(jù)。實際勘查工作中按規(guī)范要求對水文地質(zhì)勘探孔分別進行了單孔抽水試驗,之后進行了 1個勘探孔帶 2個觀測孔的 2～3落程多孔抽水試驗。

3.6 工程測量

為準確測量各類勘查點尤其是鉆孔、探井的平面坐標和高程,為地下水資源計算和評價提供必要地技術(shù)支持,我們在重要工程點均進行了工程測量。

3.7 樣品采集

水樣采集主要用以了解地下水的水理性質(zhì)和化學成分,為評價地下水水質(zhì)提供依據(jù)。現(xiàn)場按設計要求分別采取了一定數(shù)量的全分析水樣和簡分析水樣,主要采集層位為承壓水及潛水,采集地點為鉆孔、探井及泉點。經(jīng)室內(nèi)化驗證明勘查區(qū)地下水礦化度在 4.6 g/L以下,其它指標亦達到工業(yè)用水標準。

土樣采集主要用以了解地層中的可溶鹽及顆粒大小等,特別是劃分咸淡水界面。實際勘查工作中按設計要求主要在鉆孔中采集,室內(nèi)進行可溶鹽分析。

3.8 地下水動態(tài)觀測

按規(guī)范要求,在水文地質(zhì)詳查階段應有不少于一個枯水季節(jié)的地下水動態(tài)觀測資料,為地下水資源評價提供技術(shù)支持。實際工作中考慮到該區(qū)以往研究程度較低,故安排了 4個月的地下水動態(tài)觀測。

3.9 地下水資源量計算

地下水資源量采用斷面法和解析法進行計算。經(jīng)計算,勘查區(qū)地下水年補給量可達 3200萬 m3/a,允許開采量 360萬 m3/a,完全可以做為礦區(qū)供水水源地開采使用。

3.1 0 資料收集和報告編制

主要收集有關氣象、水文、水利、地質(zhì)、水文地質(zhì)、遙感、物探、測量、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境及國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等方面的資料,最后進行勘查報告的編制,向甲方提交水文地質(zhì)勘查報告及相應的附圖、附表、附件等技術(shù)資料。

4 勘查技術(shù)方案的對比和確定

本著一切為用戶著想、以降低成本和投入為出發(fā)點,根據(jù)工作側(cè)重點的不同,我們在勘查初期設計了兩個不同的技術(shù)方案,其工作項目、設計工作量及實際完成工作量如表 1所示。

以上兩個勘查技術(shù)方案對比具有如下特點:

第一方案設想在達到找水目的的同時,盡可能減少鉆探工作量,降低成本和投入;第二方案設想在達到找水目的的同時,盡可能滿足規(guī)范要求,提高勘查成果的研究精度。

兩方案技術(shù)經(jīng)濟效果對比如表 2所示。

經(jīng)委托單位對兩個技術(shù)方案從技術(shù)效果、經(jīng)濟投入等方面進行評判、預估,最后確定第一方案為執(zhí)行方案,由我方組織實施。根據(jù)本次水文地質(zhì)勘查工作的任務和目的,我方自2008年 2月份開始投入工作,至 11月份提交供水水文地質(zhì)勘查報告,勘查工作總周期為 10個月。施工期內(nèi)完成的主要實物工作量、工作順序及進度如表 1和表 3所示。

表1 設計及實際完成工作量一覽表

表2 技術(shù)經(jīng)濟效果對比表

通過對工作區(qū)進行綜合水文地質(zhì)勘查,確定該銅鎳礦區(qū)供水水源地選擇在阿其克谷地是切實可行的,它是距離礦區(qū)最近、唯一具有供水前景的找水靶區(qū)?？辈楣ぷ髦型ㄟ^優(yōu)化技術(shù)方案,設計并施工的具有利用價值的勘探孔全部為探采結(jié)合井,可為后續(xù)礦區(qū)水源地開發(fā)利用。此舉雖然在供水水文地質(zhì)勘查階段資金投入較大,但為水源地建設工程節(jié)約了資金、降低了成本,綜合比較效益明顯。本次區(qū)域供水水文地質(zhì)勘查范圍及擬建水源地距離礦區(qū)選廠雖然偏遠,但在西北干旱缺水地區(qū)進行長距離取水是不乏先例的,在供水技術(shù)和工藝上亦是可行的,在確定地下水資源開發(fā)規(guī)劃基礎上即可著手進行水源地建設和地下水開采工作的部署和實施。

[1]GB 50027-2001.供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范,2001-7-4.

[2]GB 50296-99.供水管井技術(shù)規(guī)范,1999-10-1.

[3]GB/T14848-93.地下水質(zhì)量標準,1993-12-3.

[4]王云智,周金玲.綜合找水技術(shù)在塔河油田區(qū)供水勘察中的應用 〔J〕.地下水,2006,(6).

[5]韓子夜,武毅,楊進生,葉成明.西部嚴重缺水地區(qū)地下水勘查技術(shù)方法體系研究〔J〕.水文地質(zhì)工程地質(zhì),2007,(2).

[6]王皓,周東輝,王麗云.論北方中、小型地下水水源地水資源量及可開采量核算法〔J〕.地下水,2007,(1).