玉苗村小黃塘抗旱找水失敗原因分析

王旭東 劉 海 吳泊人

2009年9月以來(lái)，我國(guó)西南地區(qū)遭遇百年不遇的旱災(zāi)，農(nóng)田干裂、庫(kù)塘干枯，農(nóng)作物絕收，部分地區(qū)人、畜飲水困難。云南省玉溪市紅塔區(qū)小石橋鄉(xiāng)是旱情比較嚴(yán)重的地區(qū)之一，該處地勢(shì)海拔高，地形地質(zhì)條件復(fù)雜。長(zhǎng)期以來(lái)遭受水資源短缺的困苦，為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，支援西部建設(shè)，筆者以及同事通過(guò)2個(gè)多月的努力，共施工51口水井，其中在玉溪市施工11口深井;在紅河州施工了38口淺井，2口深井。累計(jì)鉆進(jìn)深度5281.7 m，總出水量9548 m3/d，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。但位于小石橋鄉(xiāng)玉苗村小黃塘的某口井出水量不大，而且在施工過(guò)程中鉆孔位置多次變更，鉆探成效低下。鉆探工作出現(xiàn)前所未有的困難，而且找水工作以失敗告終。本文通過(guò)對(duì)小黃塘地區(qū)水文地質(zhì)資料的收集，在資料收集的基礎(chǔ)上深入分析其水文地質(zhì)條件，同時(shí)施以物化探解譯分析以及研究區(qū)地質(zhì)、物探及鉆探技術(shù)等綜合分析在該區(qū)找水失敗的原因。并提出更適合該地區(qū)水文地質(zhì)條件的施工鉆探技術(shù)方法，對(duì)同類地區(qū)的找水工作起到有效的指導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)條件

研究區(qū)水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，各種含水層均有分布，地下水類型齊全。碳酸鹽巖亦分布較廣，富含巖溶水。測(cè)區(qū)地下水化學(xué)類型簡(jiǎn)單。碳酸鹽巖類在研究區(qū)內(nèi)廣布，根據(jù)巖石物質(zhì)成分和巖性組合關(guān)系劃分為純碳酸鹽巖巖溶水和碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖呈夾層型的巖溶水兩類。純碳酸鹽巖巖溶水主要由暗河、溶洞強(qiáng)烈發(fā)育的含水層組成，為深灰～灰白色中厚層狀隱晶微粒灰?guī)r及含藻灰?guī)r，下部夾絹云母板巖，中部夾白云巖，上部夾泥灰?guī)r。水質(zhì)良好，為HCO3-Ca型淡水;碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖呈夾層型的巖溶水主要分布在玉溪、江川、通海、峨山及北部溫水營(yíng)等地，為灰白色白云巖夾石英砂巖，涌水量600 t/d～800 t/d，為HCO3-Ca.Mg型淡水。

施工找水井位位于地表分水嶺南側(cè)，屬地下水徑流區(qū)，主要接受大氣降水補(bǔ)給，垂直斷面上位于隔水層1與隔水層2之間，大氣降水補(bǔ)給被隔水層1隔斷，雖隔水層1局部被正斷層F1導(dǎo)通，但在隔水層1下部有一個(gè)弱的透水層，大氣降水補(bǔ)給再次被隔斷;隔水層2又受逆斷層F2等控制，理論上，該孔位在隔水層1與弱透水層之間有個(gè)含水層，但水量不大，受大氣降水影響很大，若大氣降水量較大時(shí)(也就是雨季時(shí))，地下水位抬升，該孔位可能見(jiàn)水，若為枯水期，大氣降水少，地下水位降低，該孔位可能就見(jiàn)不到水;還有一個(gè)含水層可能位于隔水層2與逆斷層F2之間，也就是說(shuō)該孔位必須揭穿隔水層2才可能見(jiàn)到含水層。

2 研究區(qū)現(xiàn)場(chǎng)物探情況

為更好的指導(dǎo)找水工作以及鉆探位置的確定，在鉆探施工前，對(duì)該區(qū)布置了兩條測(cè)線，剖面長(zhǎng)度0.41 km，測(cè)點(diǎn)21個(gè)。具體布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 小石橋測(cè)線位置示意圖

圖2 原1號(hào)線、2號(hào)線EH4電阻率X剖面圖

從圖2可以看出，雖邊緣地段受干擾很大，但在垂向仍然存在兩個(gè)高低電阻率接觸帶，一個(gè)位于35 m處，另一個(gè)結(jié)合原2號(hào)線X剖面，得知位于210 m處，這兩個(gè)高低電阻率接觸帶，均可能為斷層構(gòu)造，也可能為破碎帶或溶洞充填物等，因?yàn)檫@兩處電阻率等值線密集，表征著地質(zhì)體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。推測(cè)第四系覆蓋層厚度在鉆孔位置深度不大于10 m，電阻率剖面圖上，鉆孔處存在一高低電阻率接觸帶，但深度很淺，不能說(shuō)明其是斷層構(gòu)造。

3 兩次失敗鉆探情況介紹

3.1 第一次鉆探情況

2010年4月7日1號(hào)井開(kāi)始施工，該井表層僅見(jiàn)薄層土層，其下為巖溶發(fā)育的灰?guī)r，見(jiàn)多層溶洞，37.49 m處揭露的溶洞較大，洞中充填物較多，成分復(fù)雜，有泥巖、砂巖、灰?guī)r和砂、土等。由于溶洞洞底露石較多且?guī)r面起伏不平，鉆進(jìn)中也沒(méi)采用導(dǎo)向裝置，鉆進(jìn)至49 m下護(hù)壁套管時(shí)發(fā)現(xiàn)，該井井斜過(guò)大，護(hù)壁套管無(wú)法下入，隨即機(jī)組人員決定終孔移位，重新施工。

3.2 第二次鉆探情況

由于在第一次鉆探失敗后，工作組補(bǔ)充了物探工作，在距離原1號(hào)線平行的位置布置了兩條平行的新2號(hào)線，新2號(hào)線距離原1號(hào)線約30 m～40 m，目的是看是否能找到更好的孔位，其物探解析如下:

從圖3可以看出，有一處電阻率等值線密集，與原1號(hào)線X剖面相似，基本可以推斷在孔位垂向35 m左右，有一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜地質(zhì)體。綜合4條剖面，可以發(fā)現(xiàn)在第二個(gè)高低電阻率接觸帶外圍存在一個(gè)電阻率值均為900的統(tǒng)一值，說(shuō)明該地區(qū)總的地層結(jié)構(gòu)序列基本相同。

圖3 新1號(hào)線、2號(hào)線EH4電阻率X剖面圖

2009年4月16日，在第一次鉆探失敗井的北側(cè)2.9 m處重新施工2號(hào)井，井深施工至89.55 m由于孔底漏水嚴(yán)重，潛孔錘無(wú)法繼續(xù)施工，決定終孔。具體該井揭露的地層情況為:0 m～0.7 m為亞粘土，呈褐紅色，稍濕～干燥，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，頂部0.3 m含植物根莖;0.7 m～27 m為白云質(zhì)灰?guī)r，灰白色，堅(jiān)硬，巖芯呈柱狀，巖溶發(fā)育，均為褐紅色亞粘土充填，充填密實(shí)，溶洞直徑0.3 m～0.8 m不等，發(fā)育深度在5.0 m以下;27 m～47 m為灰?guī)r，堅(jiān)硬～半堅(jiān)硬，巖芯呈柱狀，巖溶弱發(fā)育，見(jiàn)少量1 cm～3 cm溶蝕裂隙。充填物為褐紅色亞粘土，充填較緊密～密實(shí)狀態(tài);47 m～74 m為充填溶洞，充填物為松軟狀態(tài)的褐紅色亞粘土夾0.5 cm～5 cm的碎石，碎石為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥巖等，碎石含量約25%，空壓機(jī)漏風(fēng)嚴(yán)重，該段為富水性弱的巖溶含水層，47 m～76.5 m為泥巖，灰白色，弱高嶺土化，軟弱～半堅(jiān)硬的巖石，遇水易軟化;76.5 m～89.55 m為硅化灰?guī)r，灰白色，堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育，巖石呈碎塊狀，塊徑1.0 cm～5.0 cm不等，裂隙面見(jiàn)有鐵質(zhì)浸染，孔內(nèi)水位降至孔底，潛孔錘無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，隨即停止鉆進(jìn)。

4月20日采用5 m3/h泵進(jìn)行試抽水，共抽水3次，均掉泵，持續(xù)時(shí)間分別為22 min，20 min，12 min，該地區(qū)找水失敗。

4 鉆探找水失敗原因分析

4.1 從研究區(qū)水文地質(zhì)條件分析

研究區(qū)小石橋鄉(xiāng)玉苗村小黃塘從地表調(diào)查情況看為震旦系灰?guī)r，地表溶溝、溶槽、落水洞發(fā)育，具有良好的富水性，含水層主要為碳酸鹽巖巖溶水，水化學(xué)類型為HCO3-Ca.Mg型。該點(diǎn)位于分水嶺南側(cè)，屬地下水徑流區(qū)，主要接受大氣降水補(bǔ)給，排泄以泉水為主，人工開(kāi)采和蒸發(fā)為輔。地面標(biāo)高較大，在該點(diǎn)西側(cè)發(fā)育泉點(diǎn)，地面標(biāo)高1800 m，泉點(diǎn)與孔位(孔位高程2091 m)相對(duì)高差為291 m，水平距離約3.5 km，理論上具備水源地的條件，但仔細(xì)分析玉溪市紅塔區(qū)小石橋鄉(xiāng)綜合水文地質(zhì)圖結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭露的地層看，該孔位出水條件受隔水層、斷層構(gòu)造、氣象氣候等因素控制。

該孔位地下水類型從巖性上講，符合區(qū)域地質(zhì)背景中地下水類型為碳酸鹽巖巖溶水，進(jìn)一步由鉆探具體分層(0 m～0.7 m為亞粘土;0.7 m～27 m為白云質(zhì)灰?guī)r;27 m～47 m為灰?guī)r;47 m～74 m為充填溶洞;47 m～76.5 m為泥巖;76.5 m～89.55 m為硅化灰?guī)r)表征特征情況可以得知該孔位地下水類型為純碳酸鹽巖巖溶水。

比較綜合水文地質(zhì)圖中隔水層2與弱透水層可能對(duì)應(yīng)著鉆孔施工層位，從47 m～74 m為充填溶洞，充填物為松軟狀態(tài)的褐紅色亞粘土夾0.5 cm～5 cm的碎石，碎石為白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥巖等，碎石含量為25%左右，可以判斷該段為富水性弱的巖溶含水層。

當(dāng)鉆孔施工至89.55 m，鉆孔可能揭穿了隔水層2，局部范圍內(nèi)可以認(rèn)為47 m～76.5 m泥巖為隔水層2，如果繼續(xù)鉆進(jìn)至一定深度肯定能遇到構(gòu)造斷層F2，一定會(huì)遇到一個(gè)含水量較大的含水層，該含水層也是該點(diǎn)西側(cè)泉點(diǎn)水源的源頭所在，如果我們能收集該地區(qū)歷年的氣象資料，根據(jù)泉點(diǎn)每年不同時(shí)期的出水量變化情況與小石橋地區(qū)地表徑流、地下水位、降水漏斗變化情況，建立一個(gè)空間、時(shí)間上的四維模型，在曲線上一定能得出該地區(qū)的一個(gè)含水層水頭位置所在，同時(shí)可以得出孔位出水量大小受氣候、離泉點(diǎn)的距離等變化關(guān)系等。

4.2 從研究區(qū)水文地質(zhì)條件、物探及鉆探做進(jìn)一步綜合分析

綜合以上研究區(qū)的水文地質(zhì)條件分析，物探揭露地層情況分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆探情況，我們可以看出對(duì)一個(gè)供水靶區(qū)的確定應(yīng)綜合考慮區(qū)域水文地質(zhì)條件、靶區(qū)水文地質(zhì)條件、物探解譯等情況。就該孔位來(lái)說(shuō)，從區(qū)域大的水文地質(zhì)條件來(lái)看，該區(qū)為震旦系灰?guī)r，結(jié)合地表調(diào)查進(jìn)一步可得出該區(qū)地下水類型為純碳酸鹽巖巖溶水，孔位西南側(cè)出露的泉點(diǎn)，可初步確定該孔位地區(qū)含水層位置，根據(jù)該地區(qū)歷年的氣象資料，泉點(diǎn)每年不同時(shí)期的出水量變化情況與小石橋地區(qū)地表徑流、地下水位、降水漏斗變化情況，可以得出該孔位水位變化情況;從物探揭露地層情況看，該孔位地區(qū)地層結(jié)構(gòu)序列基本相同，初步推測(cè)在該孔垂向35 m及210 m處存在兩個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)地質(zhì)體，結(jié)合綜合水文地質(zhì)條件可以推測(cè)出垂向35 m處的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)體為溶洞充填物，原因是該地質(zhì)體離地表較近，為斷層的可能性不大，在210 m處的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)體可推斷為斷層破碎帶，因?yàn)樵谠撋疃葮O可能對(duì)應(yīng)著F2斷層的位置;從后來(lái)兩次鉆探結(jié)果看，分別在37.49 m與47 m處揭露溶洞充填物，溶洞充填物碎石含量達(dá)25%，這基本上與推測(cè)該孔位垂向35 m處存在復(fù)雜結(jié)構(gòu)地質(zhì)體相吻合。

4.3 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆探技術(shù)做進(jìn)一步分析

1)施工人員初到云南施工，從思想認(rèn)識(shí)上他們對(duì)云南地層認(rèn)識(shí)不足，由于遇到了云南嚴(yán)重破碎的地層及復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，施工技術(shù)難度和進(jìn)度都超出了原先的設(shè)想。

2)在構(gòu)造發(fā)育，基巖地層嚴(yán)重破碎的條件下使用潛孔錘鉆進(jìn)，風(fēng)壓進(jìn)入裂隙、溶洞，施工過(guò)程中孔內(nèi)壓力不足，巖粉不能正常吹出孔外，經(jīng)常造成埋鉆;而在破碎孔段工作時(shí)間稍有增長(zhǎng)，便會(huì)出現(xiàn)掉塊，卡鉆等現(xiàn)象。潛孔錘設(shè)備特長(zhǎng)發(fā)揮不出來(lái)，施工進(jìn)度落后于傳統(tǒng)鉆進(jìn)方法，是找水失敗的主要原因。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)云南省玉溪市紅塔區(qū)小石橋鄉(xiāng)玉苗村小黃塘村地區(qū)的水文地質(zhì)條件，物探揭露地層情況等綜合分析，筆者認(rèn)為，該供水靶區(qū)在垂向210 m左右存在一個(gè)含水層，該含水層水位，受斷層及氣象氣候等控制，該區(qū)域找水失敗原因主要在施工鉆探。該孔地下水位水量與泉點(diǎn)水位水量及大氣降水存在一定水力聯(lián)系;采用潛孔錘鉆進(jìn)的方法，在紅層地區(qū)效果較好，在巖溶發(fā)育地區(qū)就顯得力不從心，結(jié)合本研究區(qū)情況，對(duì)于類似小石橋區(qū)域地質(zhì)背景條件的施工鉆探應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以改進(jìn):

1)觀察施工狀況，反復(fù)調(diào)整施工技術(shù)參數(shù)和處理手段，通過(guò)調(diào)整風(fēng)壓、分段挺進(jìn)等技術(shù)措施，克服了地層破碎等施工難題。

2)采用潛孔錘與牙輪鉆進(jìn)交替作業(yè)的方式，使施工效率進(jìn)一步提高，同時(shí)也降低了施工成本。

3)針對(duì)潛孔錘施工過(guò)程中掉塊、卡鉆、埋鉆嚴(yán)重，無(wú)法正常鉆進(jìn)和牙輪鉆進(jìn)，沖洗液消耗嚴(yán)重，鉆渣返不上來(lái)等情況，在保證工程質(zhì)量和設(shè)計(jì)要求，又不影響出水量前提下，井隊(duì)可發(fā)揚(yáng)“螞蟻啃骨頭”的精神，采用取粉管跟管鉆進(jìn)的方式，鉆進(jìn)一個(gè)回次，撈一次巖粉，緩慢跟進(jìn)，揭穿一個(gè)含水層后，立即下一套護(hù)孔管，該種方法雖然速度慢，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，成井成本高，但效果較好。

[1]云南省地質(zhì)局第二區(qū)測(cè)大隊(duì).1∶20萬(wàn)玉溪幅地質(zhì)圖[Z].1973.

[2]中國(guó)人民解放軍建字733部隊(duì)測(cè)制.1∶20萬(wàn)綜合水文地質(zhì)圖玉溪幅6-48-[31][Z].1973.

[3]中國(guó)人民解放軍建字733部隊(duì)測(cè)制.1∶20萬(wàn)玉溪幅水文地質(zhì)報(bào)告[R].1973.

[4]安徽省物化探院.玉溪市紅塔區(qū)小石橋鄉(xiāng)玉苗村物探成果資料[Z].2010.

[5]安徽省地礦局322地質(zhì)隊(duì).玉溪市紅塔區(qū)小石橋鄉(xiāng)玉苗村AYS02水井編錄[Z].2010.

[6]安徽地礦局第一水文勘探隊(duì).安徽地礦局第一水文勘探隊(duì)云南抗旱打井技術(shù)總結(jié)[Z].2010.