干旱地區找水勘探思路探討——蒙古國前巴音鉬礦水源地勘探實例

王國棟

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

對前巴音鉬礦水源地勘探項目水文地質模型、勘探思路、資源量評價以及最終確定水源地的分析，總結類似干旱地區找水的特點及勘探思路，對干旱、半干旱地區找水有一定的借鑒作用。

干旱地區;地下水資源;勘探思路;襲奪;蒸發量

蒙古國位于東亞內陸的蒙古高原，大部分地區屬大陸溫帶草原性氣候，季節變化明顯，降水量很少，年平均降水量為120～250 mm，其中70%集中在7、8月份。其地處中亞東西向巨型銅金多金屬成礦帶中東段，礦產資源豐富，據蒙古礦產資源管理局統計，蒙古國已發現和評價了800多個礦床，4 500多個礦點［1］，但由于水資源的匱乏，大部分礦產資源得不到有效的開發與利用。

1 項目概況

前巴音鉬礦位于蒙古國東南的蘇赫巴托額省境內，礦山規模較大，資源較豐富，設計生產用水量為6 000 m3/d，然而水資源的匱乏則嚴重制約了礦山的發展。

1.1 地形地貌

該項目工作區位于中生代斷陷盆地的東部邊緣地帶，地貌類型為低山丘陵，地勢南高北地，東西高中部低，海拔750～1 280 m，總體地形坡度為0.4%左右，構成了一個完整的水文地質單元，面積約為3 204.56 km2，單元內溝谷較發育，兩條主要溝谷呈北東、北西向延展，在單元中下游匯合后形成一條南北向溝谷，向北延伸到區外(見圖1)。

區內歷年平均降水量為 241.8 mm，平均蒸發量為(E601)1 032.2 mm，地表水系不發育，多為季節性河流，雨季南部中低山區形成短暫的行洪，順地勢沿溝谷向下游徑流，大部分就地蒸發排泄，部分入滲補給地下水，局部見零星泉水出露，地下水垂向交替運動頻繁。

1.2 地質構造

該區處于南蒙古巨大弧形構造帶南側，華北陸臺與西伯利亞板塊之間的古生代造山帶內，受華北陸塊、古蒙古洋殼和西伯利亞板塊多期次俯沖、碰撞和對接作用影響，該區范圍內古生代 －沉積巖分布廣泛，深大斷裂帶(層)縱橫交錯［2］，區內地層主要有奧陶系千枚片巖和綠泥片巖、砂巖、粉砂巖;志留－泥盆系泥質和硅質片巖、砂巖、粉砂巖;石炭系的砂巖、粉砂巖和礫巖;侏羅系的酸性噴出巖 －石英斑巖、霏細巖;白堊系的泥巖、泥質粉砂巖和泥質頁巖;第三系的粘土、砂、砂巖以及第四系的中細砂、粉細砂等;區域上巖漿巖廣泛發育，主要表現為晚古生代和中生代的大面積花崗巖。

2 勘探思路

該地區以往僅圍繞著礦產資源進行過部分地質工作，未進行過任何水文地質工作的研究，水文地質研究工作為空白區。

圖1 蒙古國前巴音鉬礦水源地區域地質略圖

2.1 宏觀研究

根據工作區的實際條件為避免投入工作量的盲目性，勘探工作首先從整體上宏觀把握該區域形成水源地的可行性，通過采用物探以及區域水文地質測繪等手段，達到對區域地下水系統的整體認識。

此次工作主要運用四極直流電測深法對區域各地層的導電性差異進行了整體研究與區分，通過對所做物探測深點的測深曲線以及部分鉆探資料的對比解譯分析，認為其電阻率值一般在15～25Ω·m的地層在區域內分布較廣，厚度較大，存在可作為供水水源地的可能性。該地層在水文地質單元的中下部普遍分布，南部局部地區該地層出露地表，自南往北該地層埋藏深度逐漸增大，地下水自南往北徑流受阻(見圖2)。

圖2 南北向測線1視電阻率等值斷面圖及電學推斷地質斷面

2.2 模型認識

通過地面物探對區域地層的總體把握，我們對區域地下水系統有了一個整體的認識，區域內為一個完整的水文地質單元，天然狀態下地下水的補給來源主要為大氣降水，接受補給后大部分地下水經短途運移后就地蒸發排泄，部分則順地勢徑流補給至中下游含水層，但下游含水層埋深逐漸加大，地下水徑流受阻而呈承壓狀態，受壓力作用地下水垂向越流至地勢較低洼的溝谷內第四系含水層，進而通過第四系潛水的蒸發而排泄，少量地下水依然以徑流方式排泄至區外，于是在區域上沿溝谷形成了一條南北狹長的地下水排泄通道(見圖3)。

圖3 水文地質單元內地下水補給徑流排泄示意圖

天然狀態下該單元的地下水排泄量基本上得不到人為的利用，而且由于該地區潛水蒸發強烈在排泄區內形成大量鹽堿化土地，由此我們設想能否選擇合適的地段將該單元地下水分散蒸發排泄改為集中人工開采，從而降低淺埋區水位，變減少的潛水蒸發量為人工開采量。

3 方法與手段

3.1 群孔抽水試驗

為了驗證水文地質模型認識的正確性以及襲奪淺埋區潛水蒸發量的可行性，我們通過對工作區的不斷摸索與施工，最終確定成井地段并順利的施工六眼勘探開采井，經過單井試抽水試驗每口井的出水量均達到了130 m3/h，出水能力比較理想。

為能更好的暴露地下水系統的內在矛盾以及驗證對該模型預想的正確性，在枯水期對六眼勘探開采井進行了為期20 d的群孔抽水試驗，抽水量達12 000 m3/d。至抽水試驗結束時各勘探開采井的水位已基本趨于穩定，并且水位降深不大(見圖4)，說明該地區有著一定的地下水資源量，具備建設水源地的可行性。

圖4 前巴音鉬礦水源地群孔抽水試驗S—t歷時曲線

表1 第四系潛水水位變化一覽表

在群孔抽水試驗過程中對影響范圍內的第四系觀測孔進行了動態觀測，發現第四系潛水含水層的水位分別出現了不同程度的下降(見表1)，說明下部開采層位的承壓水與上部潛水含水層地下水存在著一定的水力聯系，這也有力的佐證了對該地區水文地質模型分析的正確性。

3.2 資源量評價

利用群孔抽水試驗的原始資料通過數值模擬的方法對該地區地下水資源量進行評價，通過對水文地質模型的概化建立相應的數學模型，然后通過數學模型進一步對該地區地下水資源量進行求解。相應的數學模型為:

第四系地下水:

基巖地下水:

式中:H1、H2為第四系、基巖地下水位(m);k1為第四系含水層滲透系數(m/d);D1為第四系含水層底板標高(m);E0為水面蒸發強度(m);Ha為地表標高(m);Smax為最大蒸發深度(m);k'為弱透水層的滲透系數(m/d);M'為弱透水層的厚度(m);ω為降雨入滲補給強度(m/d);T2為導水系數(m2/d)，承壓含水層T2=K2M，K2基巖含水層滲透系數，M基巖含水層厚度，潛水或無壓含水層T2=K2(H2－D2)，D2基巖含水層底板標高;Qi為地下水開采量(m3/d);H0為初始水位L;Ω為計算區域;μ為潛水或無壓含水層給水度，承壓含水層貯水系數;qe(x，y，t)為二類邊界單寬補給量(m2/d)［3］。

通過三角網格有限差分法對所建模型進行求解，然后利用群孔抽水試驗資料調試和識別模型的水文地質參數，通過各種循環量的反復調整，使模型在沒有人工排水的情況下運行幾十年，仍能基本保持較穩定的地下水流場。對調整后的水文地質單元進行水文地質參數分區，利用不同分區的水文地質參數進而求得單元內的地下水資源量(圖5及表2)。

表2 水文地質參數分區表

由此我們可以計算出該水文地質單元內的地下水補給資源量，再通過對當地人文情況、自然環境以及地下水環境的綜合分析可以得出，該地區具備建設6 000 m3/d水源地的可行性。

4 結語

類似蒙古高原的干旱半干旱地區在尋找地下水資源方面存在著一些共性的特點，首先，地處干旱半干旱的內陸地區，年降水量較小，蒸發量較大，區域地下水以蒸發排泄為主，且多存在著沿主要溝谷或大型沖溝相對集中的地下水淺埋區排泄區;其次，地勢相對平坦，水文地質單元面積相對較大，雖年降水量較小，但由于匯水面積較大，地下水位的微弱波動便可匯集大量的地下水資源量，地下水資源量有著可靠的物質來源。

圖5 水文地質參數分區圖

通過對該項目的實施以及對以上特點的認識，認為在類似干旱半干旱地區進行水源地勘探時應做到:

(1)首先整體掌握區域水文地質條件，采用物探宏觀把握與鉆探輔助驗證分析的方法，初步查明區域地下水的補給、徑流與排泄;

(2)其次根據物探與鉆探分析結果結合地質資料，利用鉆探有針對性的在溝谷或大型沖溝的淺埋區排泄區附近尋找含水層透水性、富水性較好的地段，找到較好的儲水構造，施工勘探開采井，變天然狀態下的分散消耗排泄為人工集中開采;

(3)采用科學合理的方法對區域地下水天然資源量以及水源地可采資源量進行預測，這是保證水源地能否正常長期運行的關鍵步驟，也是水源地勘探的核心問題。

干旱半干旱地區找水存在著一定的共性，但由于各個地區的地質條件不同，又存在著一些差異，在此僅以該項目為例對類似地區的水源地勘探方法進行一些探討，希望對其它地區的找水工作能起到一定的借鑒作用。

［1］韋星林.蒙古國地質考察報告［R］.江西有色地質勘查局.2004.

［2］蒙古蘇赫巴托爾省額爾頓查干縣前巴音礦區鉬礦詳查報告［R］.天津華北地質勘查局地質研究所.2010.

［3］蒙古國前巴音鉬礦水源地供水水文地質勘探報告［R］.華北有色工程勘察院有限公司.2012.