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，我國西南地區遭遇百年不遇的旱災，農田干裂、庫塘干枯，農作物絕收，部分地區人、畜飲水困難。云南省玉溪市紅塔區小石橋鄉是旱情比較嚴重的地區之一，該處地勢海拔高，地形地質條件復雜。長期以來遭受水資源短缺的困苦，為響應國家號召，支援西部建設，筆者以及同事通過2個多月的努力，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。累計鉆進深度5281.7 m，總出水量9548 m3/d，取得了良好的社會和經濟效益。但位于小石橋鄉玉苗村小黃塘的某口井出水量不大，而且在施工過程中鉆孔位置多次變更，鉆探成效低下。鉆探工作出現前所未有的困難，而且找水工作以失敗告終。本文通過對小黃塘地區水文地質資料的收集，在資料收集的基礎上深入分析其水文地質條件，同時施以物化探解譯分析以及研究區地質、物探及鉆探技術等綜合分析在該區找水失敗的原因。并提出更適合該地區水文地質條件的施工鉆探技術方法，對同類地區的找水工作起到有效的指導作用。

1 研究區水文地質條件

研究區水文地質條件比較復雜，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。測區地下水化學類型簡單。碳酸鹽巖類在研究區內廣布，根據巖石物質成分和巖性組合關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、溶洞強烈發育的含水層組成，為深灰～灰白色中厚層狀隱晶微粒灰巖及含藻灰巖，下部夾絹云母板巖，中部夾白云巖，上部夾泥灰巖。水質良好，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，屬地下水徑流區，主要接受大氣降水補給，垂直斷面上位于隔水層1與隔水層2之間，大氣降水補給被隔水層1隔斷，雖隔水層1局部被正斷層F1導通，但在隔水層1下部有一個弱的透水層，大氣降水補給再次被隔斷;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(也就是雨季時)，地下水位抬升，該孔位可能見水，若為枯水期，大氣降水少，地下水位降低，該孔位可能就見不到水;還有一個含水層可能位于隔水層2與逆斷層F2之間，也就是說該孔位必須揭穿隔水層2才可能見到含水層。

2 研究區現場物探情況

為更好的指導找水工作以及鉆探位置的確定，在鉆探施工前，對該區布置了兩條測線，剖面長度0.41 km，測點21個。具體布置圖見圖1。

圖1 小石橋測線位置示意圖

圖2 原1號線、2號線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高低電阻率接觸帶，一個位于35 m處，另一個結合原2號線X剖面，得知位于210 m處，這兩個高低電阻率接觸帶，均可能為斷層構造，也可能為破碎帶或溶洞充填物等，因為這兩處電阻率等值線密集，表征著地質體結構復雜。推測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，不能說明其是斷層構造。

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號井開始施工，該井表層僅見薄層土層，其下為巖溶發育的灰巖，見多層溶洞，37.49 m處揭露的溶洞較大，洞中充填物較多，成分復雜，有泥巖、砂巖、灰巖和砂、土等。由于溶洞洞底露石較多且巖面起伏不平，鉆進中也沒采用導向裝置，鉆進至49 m下護壁套管時發現，該井井斜過大，護壁套管無法下入，隨即機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，工作組補充了物探工作，在距離原1號線平行的位置布置了兩條平行的新2號線，新2號線距離原1號線約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號線X剖面相似，基本可以推斷在孔位垂向35 m左右，有一個結構復雜地質體。綜合4條剖面，可以發現在第二個高低電阻率接觸帶外圍存在一個電阻率值均為900的統一值，說明該地區總的地層結構序列基本相同。

圖3 新1號線、2號線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2.9 m處重新施工2號井，井深施工至89.55 m由于孔底漏水嚴重，潛孔錘無法繼續施工，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～堅硬狀態，頂部0.3 m含植物根莖;0.7 m～27 m為白云質灰巖，灰白色，堅硬，巖芯呈柱狀，巖溶發育，均為褐紅色亞粘土充填，充填密實，溶洞直徑0.3 m～0.8 m不等，發育深度在5.0 m以下;27 m～47 m為灰巖，堅硬～半堅硬，巖芯呈柱狀，巖溶弱發育，見少量1 cm～3 cm溶蝕裂隙。充填物為褐紅色亞粘土，充填較緊密～密實狀態;47 m～74 m為充填溶洞，充填物為松軟狀態的褐紅色亞粘土夾0.5 cm～5 cm的碎石，碎石為白云質灰巖、灰巖、泥巖等，碎石含量約25%，空壓機漏風嚴重，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～半堅硬的巖石，遇水易軟化;76.5 m～89.55 m為硅化灰巖，灰白色，堅硬，裂隙發育，巖石呈碎塊狀，塊徑1.0 cm～5.0 cm不等，裂隙面見有鐵質浸染，孔內水位降至孔底，潛孔錘無法繼續鉆進，隨即停止鉆進。

4月20日采用5 m3/h泵進行試抽水，共抽水3次，均掉泵，持續時間分別為22 min，20 min，12 min，該地區找水失敗。

4 鉆探找水失敗原因分析

4.1 從研究區水文地質條件分析

研究區小石橋鄉玉苗村小黃塘從地表調查情況看為震旦系灰巖，地表溶溝、溶槽、落水洞發育，具有良好的富水性，含水層主要為碳酸鹽巖巖溶水，水化學類型為HCO3-Ca.Mg型。該點位于分水嶺南側，屬地下水徑流區，主要接受大氣降水補給，排泄以泉水為主，人工開采和蒸發為輔。地面標高較大，在該點西側發育泉點，地面標高1800 m，泉點與孔位(孔位高程2091 m)相對高差為291 m，水平距離約3.5 km，理論上具備水源地的條件，但仔細分析玉溪市紅塔區小石橋鄉綜合水文地質圖結合現場鉆探揭露的地層看，該孔位出水條件受隔水層、斷層構造、氣象氣候等因素控制。

該孔位地下水類型從巖性上講，符合區域地質背景中地下水類型為碳酸鹽巖巖溶水，進一步由鉆探具體分層(0 m～0.7 m為亞粘土;0.7 m～27 m為白云質灰巖;27 m～47 m為灰巖;47 m～74 m為充填溶洞;47 m～76.5 m為泥巖;76.5 m～89.55 m為硅化灰巖)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。

比較綜合水文地質圖中隔水層2與弱透水層可能對應著鉆孔施工層位，從47 m～74 m為充填溶洞，充填物為松軟狀態的褐紅色亞粘土夾0.5 cm～5 cm的碎石，碎石為白云質灰巖、灰巖、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。

當鉆孔施工至89.55 m，鉆孔可能揭穿了隔水層2，局部范圍內可以認為47 m～76.5 m泥巖為隔水層2，如果繼續鉆進至一定深度肯定能遇到構造斷層F2，一定會遇到一個含水量較大的含水層，該含水層也是該點西側泉點水源的源頭所在，如果我們能收集該地區歷年的氣象資料，根據泉點每年不同時期的出水量變化情況與小石橋地區地表徑流、地下水位、降水漏斗變化情況，建立一個空間、時間上的四維模型，在曲線上一定能得出該地區的一個含水層水頭位置所在，同時可以得出孔位出水量大小受氣候、離泉點的距離等變化關系等。

4.2 從研究區水文地質條件、物探及鉆探做進一步綜合分析

綜合以上研究區的水文地質條件分析，物探揭露地層情況分析，結合現場鉆探情況，我們可以看出對一個供水靶區的確定應綜合考慮區域水文地質條件、靶區水文地質條件、物探解譯等情況。就該孔位來說，從區域大的水文地質條件來看，該區為震旦系灰巖，結合地表調查進一步可得出該區地下水類型為純碳酸鹽巖巖溶水，孔位西南側出露的泉點，可初步確定該孔位地區含水層位置，根據該地區歷年的氣象資料，泉點每年不同時期的出水量變化情況與小石橋地區地表徑流、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，該孔位地區地層結構序列基本相同，初步推測在該孔垂向35 m及210 m處存在兩個復雜結構地質體，結合綜合水文地質條件可以推測出垂向35 m處的復雜地質結構體為溶洞充填物，原因是該地質體離地表較近，為斷層的可能性不大，在210 m處的復雜地質結構體可推斷為斷層破碎帶，因為在該深度極可能對應著F2斷層的位置;從后來兩次鉆探結果看，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25%，這基本上與推測該孔位垂向35 m處存在復雜結構地質體相吻合。

4.3 對現場鉆探技術做進一步分析

1)施工人員初到云南施工，從思想認識上他們對云南地層認識不足，由于遇到了云南嚴重破碎的地層及復雜的水文地質條件，施工技術難度和進度都超出了原先的設想。

2)在構造發育，基巖地層嚴重破碎的條件下使用潛孔錘鉆進，風壓進入裂隙、溶洞，施工過程中孔內壓力不足，巖粉不能正常吹出孔外，經常造成埋鉆;而在破碎孔段工作時間稍有增長，便會出現掉塊，卡鉆等現象。潛孔錘設備特長發揮不出來，施工進度落后于傳統鉆進方法，是找水失敗的主要原因。

5 結語

通過對云南省玉溪市紅塔區小石橋鄉玉苗村小黃塘村地區的水文地質條件，物探揭露地層情況等綜合分析，筆者認為，該供水靶區在垂向210 m左右存在一個含水層，該含水層水位，受斷層及氣象氣候等控制，該區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水位水量及大氣降水存在一定水力聯系;采用潛孔錘鉆進的方法，在紅層地區效果較好，在巖溶發育地區就顯得力不從心，結合本研究區情況，對于類似小石橋區域地質背景條件的施工鉆探應從以下幾個方面加以改進:

1)觀察施工狀況，反復調整施工技術參數和處理手段，通過調整風壓、分段挺進等技術措施，克服了地層破碎等施工難題。

2)采用潛孔錘與牙輪鉆進交替作業的方式，使施工效率進一步提高，同時也降低了施工成本。

3)針對潛孔錘施工過程中掉塊、卡鉆、埋鉆嚴重，無法正常鉆進和牙輪鉆進，沖洗液消耗嚴重，鉆渣返不上來等情況，在保證工程質量和設計要求，又不影響出水量前提下，井隊可發揚“螞蟻啃骨頭”的精神，采用取粉管跟管鉆進的方式，鉆進一個回次，撈一次巖粉，緩慢跟進，揭穿一個含水層后，立即下一套護孔管，該種方法雖然速度慢，工人勞動強度大，成井成本高，但效果較好。

[1]云南省地質局第二區測大隊.1∶20萬玉溪幅地質圖[Z].1973.

[2]中國人民解放軍建字733部隊測制.1∶20萬綜合水文地質圖玉溪幅6-48-[31][Z].1973.

[3]中國人民解放軍建字733部隊測制.1∶20萬玉溪幅水文地質報告[R].1973.

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

[5]安徽省地礦局322地質隊.玉溪市紅塔區小石橋鄉玉苗村AYS02水井編錄[Z].2010.

[6]安徽地礦局第一水文勘探隊.安徽地礦局第一水文勘探隊云南抗旱打井技術總結[Z].2010.