西北干旱缺水地區供水水文地質勘查技術方法

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域是西北嚴重干旱缺水地區之一,尤其是淡水資源更為貧乏。因其蘊藏著豐富的礦產資源,近年來隨著礦業開發的不斷擴展,礦山選礦用水量成倍增加,更使該地區極不豐富的地下水資源顯得尤為短缺。受當地銅鎳礦區有關單位委托,我院2008年度承接完成該礦區區域供水水文地質勘查項目,由于找水思路明確,技術方法得當,從而在較短時間內圈定了富水地段,為礦區提交供水量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,在礦區半徑 100 km范圍內尋找并確定了可供礦區利用的地下水資源。經充分研究區域水文地質資料并進行實地踏勘,確定在礦區東南方向的阿其克谷地新生界凹陷帶做為礦區供水水源地極具可能性。勘查區中心位置距礦區直線距離約 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,為礦區選礦供水提供了水文地質依據。通過施工勘探孔和探采結合井,確定了在目前所施工的探采結合井技術參數(要素)條件下長距離取水完全能夠滿足礦區選礦所需的供水量5 000m3/d以上的要求。

本次區域供水水文地質勘查工作共設計施工探采結合井 6眼,其中 2眼探采結合井因涌水量偏小,后續取水利用價值不大,故未進行二級擴孔和成井,僅做為觀測孔使用。另 4眼探采結合井單井涌水量在 30～40m3/h范圍內。考慮長距離供水管線損耗,建議后續供水水源地開發可在現有 4眼探采結合井基礎上于勘查區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 工作部署的依據和原則

本次勘查工作部署,依據與委托單位簽訂的勘查合同,參照國家現行的《供水水文地質勘察規范》(GB50027-2001)和《供水管井技術規范》(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選礦廠區,以縮短供水距離,最大限度地節約水源地開發成本;勘查工作以尋找水源為目的,在可能和兼顧情況下,盡量滿足有關規范要求但不拘泥于規范要求;勘查工作以地下水系統理論為指導,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、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代化。

3 工作方法

本次供水水文地質勘查工作綜合采用了遙感解譯、水文地質測繪、物探(EH-4電導率成像系統、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、地下水動態觀測、工程測量、資料收集及室內綜合分析整理等技術手段,取得了較好的勘查效果。

3.1 遙感解譯

采用高分辨率的 BTM衛星相片進行解譯,了解勘查區內地貌、地層分布、水系發育情況以及植被、環境水文地質狀況,從而為地面調查線路的布置提供科學依據。

3.2 水文地質測繪

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

3.3 物探及測井

物探工作采用了EH-4電導率成像系統,用以查明工作區地層結構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。

3.4 鉆探及成井

為查明含水層結構、厚度、富水性及水質情況,評價勘查區地下水資源量,同時考慮盡量一孔多用,探采結合,滿足礦區取水要求。此次水文地質勘探孔全部設計成探采結合孔(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、水文地質觀測、提筒試驗等工作,在涌水量滿足要求具有后續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,成孔后根據含水層位置合理設計并按規范要求下入 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,求取水文地質參數,為水資源評價提供參數依據。實際勘查工作中按規范要求對水文地質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和化學成分,為評價地下水水質提供依據。現場按設計要求分別采取了一定數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。經室內化驗證明勘查區地下水礦化度在 4.6 g/L以下,其它指標亦達到工業用水標準。

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,室內進行可溶鹽分析。

3.8 地下水動態觀測

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

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。經計算,勘查區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、水文地質、遙感、物探、測量、生態地質環境及國民經濟發展規劃等方面的資料,最后進行勘查報告的編制,向甲方提交水文地質勘查報告及相應的附圖、附表、附件等技術資料。

4 勘查技術方案的對比和確定

本著一切為用戶著想、以降低成本和投入為出發點,根據工作側重點的不同,我們在勘查初期設計了兩個不同的技術方案,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,盡可能滿足規范要求,提高勘查成果的研究精度。

兩方案技術經濟效果對比如表 2所示。

經委托單位對兩個技術方案從技術效果、經濟投入等方面進行評判、預估,最后確定第一方案為執行方案,由我方組織實施。根據本次水文地質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勘查報告,勘查工作總周期為 10個月。施工期內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 技術經濟效果對比表

通過對工作區進行綜合水文地質勘查,確定該銅鎳礦區供水水源地選擇在阿其克谷地是切實可行的,它是距離礦區最近、唯一具有供水前景的找水靶區。勘查工作中通過優化技術方案,設計并施工的具有利用價值的勘探孔全部為探采結合井,可為后續礦區水源地開發利用。此舉雖然在供水水文地質勘查階段資金投入較大,但為水源地建設工程節約了資金、降低了成本,綜合比較效益明顯。本次區域供水水文地質勘查范圍及擬建水源地距離礦區選廠雖然偏遠,但在西北干旱缺水地區進行長距離取水是不乏先例的,在供水技術和工藝上亦是可行的,在確定地下水資源開發規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.供水水文地質勘察規范,2001-7-4.

[2]GB 50296-99.供水管井技術規范,1999-10-1.

[3]GB/T14848-93.地下水質量標準,1993-12-3.

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

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