石英巖地層的井位選定方法研究

趙文慶

(河北省涉縣水利局，河北 涉縣 056400)

1 技術思路

涉縣地處河北省西南部太行山東麓，境內峰巒疊嶂，溝壑縱橫，因地表出露主要為奧陶系馬家溝組灰巖地層，灰巖分布區大部分屬于東風湖單元和黑龍洞單元，巖溶水的補給、運移和排泄規律都已掌握。位于東風湖單元和黑龍洞單元之外的村莊，就是干旱村莊分布區，也就是受石英巖含水性制約的區域。

技術思路:以震旦系石英巖為主要含水目的層，進行水文地質資料收集、野外踏勘和水文地質調查分析，選定可能賦水區域，然后采用聲頻大地測量或激發極化測量等方法進行物探工程布置，結合水文地質調查和物探結果選定井位。

2 技術與工作方案

2.1 資料收集

(1)石英巖地層巖性致密堅硬，其抗變形能力和抗溶蝕能力遠遠高于灰巖地層，故不易形成統一的水文地質單元，應收集擬建井地區周圍5～10km范圍的相關資料為宜。

(2)雖然以石英巖為目的含水層，仍應注意收集其它地層的含水和構造情況，并分析他們之間有無水力聯系。

(3)了解工作區地形起伏情況，以及和周圍地形起伏的聯系，尤其是覆蓋層較厚的地區，推斷有無隱伏斷裂，既而為后期物探工作提供依據。

2.2 水文地質調查分析

基本相似于其它含水層的水文地質調查分析，但由于石英巖的構造特殊性，水文地質調查分析也有所不同。

(1)小構造控水能力較強。由于石英巖一般不具備統一的區域賦水性，所以斷層、巖脈就能影響其水位。

(2)由于石英巖巖性較硬，導致其巖性產狀變化很少，構造一般以裂隙帶、斷裂、巖脈穿插為主，很少見到褶皺。

(3)由于石英巖的抗風化能力極強，所以構造痕跡在地貌上表現并不明顯，很難發現。

(4)利用較容易尋找的斷裂構造，即寒武系中下部的斷裂構造，引申推斷石英巖的地下水含水情況。

(5)通過總結涉縣及周邊地區的石英巖地層賦水可以分為3種情況。

一是規模較大的構造，其影響帶較寬，石英巖地層分布在其中，在地形有利時，可以賦水。如涉縣關防～嶺底斷裂，縣境內長19km，斷距100～300m，影響帶200mm，在此區的石英巖布井，出水量大，成井率高。如某石英砂有限公司水井，水量可達每小時120m3。

二是地表裸露石英巖，有小的構造或巖脈穿插，石英巖呈線狀賦水，布井時要做大量的水文地質調查和物探工作，且其水位和當地區域不一致。如涉縣污犢村水井，每小時出水量達30m3。

三是石英巖深埋于寒武系灰巖、頁巖之下，受構造影響也賦水，但其水量一般較小。如涉縣東坡水井，每小時水量20m3。

2.3 選定可能賦水區域

在資料收集和踏勘的基礎上，經過水文地質分析，選定賦水區域，一般需注意以下幾點。

(1)賦水性區域一般以線狀分布，影響帶較窄。

(2)賦水受地形、地貌、地層組合情況影響明顯。

(3)賦水形成雖然也存在補、徑、排關系，其往往是小區域循環，但是和其它含水層一般有水力聯系。

2.4 物探工程布置

因為不同類型巖性或不同含水量的巖石之間存在著物理性質上的差異(包括導電性、導熱性，熱容量、溫度、密度、磁性、彈性波傳播速度及放射性等)。因此，我們可以借助各種物探測試儀器，測定出巖石或水體的某些物理特征值的變化，從而分析、推斷出巖性、構造和巖層含水性能的變化，并與水文地質調查分析結論比較。

(1)對覆蓋層較薄地區(10～30m)，可先布置聲頻大地測量，測量剖面應垂直于線性賦水區域，選定剖面中異常點，然后再進行激發極化垂向測深。

(2)對覆蓋層較厚(30m以上)地區，可沿賦水區域垂向布置幾條激發極化測深剖面，再選定剖面中含水反映最好的點作為擬定井位。

(3)物探工程布置應因地制宜，根據踏勘和水文地質調查分析為依據，做到事半功倍。

2.5 結合水文地質調查和物探成果選定井位

選定井位是開發石英巖地層水的關鍵，也是技術的核心，直接關系到成井質量，必須慎之又慎。根據前期水文地質調查和物探工作取得的成果資料，進行綜合分析，去偽存真，最后確定井位。在此過程中可能存在分2種情況。

(1)水文地質調查分析的最佳井位區和物探測量的擬定井位相吻合，含水層埋深、區域水位、水量等各項參數相互驗證，則就可確定井位。

(2)水文地質調查分析的最佳井位區和物探測量的擬定井位不一致，則應先審查物探測量的影響因素(如地形、接地條件、測量時儀器性能等)，解釋是否正確，如一切無誤，可再進行二次測量，如果重復性很好，且和水文地質調查分析所確定的井位相關不大，則以物探結果確定井位;如相差較大，則還是以水文地質調查分析作為依據，這是因為所有的物探成果都是以水文地質為基礎的。

2.6 鑿井開發過程注意事項

確定井位后，根據地層情況、水位埋深和成井技術設計合理的井深結構和成井工藝，在鉆鑿機井的過程中，要注意施工時巖屑對石英巖含水層的堵塞，成井后加強洗井工作，疏通含水層，成井工藝應注意以下幾點。

(1)因石英巖硬度過高，合金鉆頭和鋼粒鉆頭鉆進時較慢，經濟成本高，這也是石英巖賦水性開發的一大阻力，而目前較先進的氣動潛孔錘鉆進能明顯提高鉆進速度，并且沖洗介質為空氣，不易堵塞含水通道，是比較理想的鉆進工藝。

(2)石英巖含水層補、徑、排范圍較小，水位和水量較易受降水和開采量的影響，因此，水位以下孔徑應保持足夠的下泵段。

(3)石英巖以SiO2為主，化學洗井土酸效果較好，即鹽酸和氫氟酸的混合物。

(4)石英巖巖性較硬，成井時，一般不需要下入護壁管，只有極個別破碎段需要下入井管護壁。

3 結語

震旦系石英巖不整合接觸于寒武系頁巖之下，在水文地質上被認為是相對隔水層和不透水層，但是通過近年來對石英巖分布區的打井成功，突破了對該地層的含水性認識，進一步掌握了該地層的賦水規律，使石英巖區的水源開發有了新的思路。以石英巖為含水目的層的開發，彌補了涉縣及磁縣、山西省左權、黎城等周邊地區以前僅以碳酸鹽巖為含水層開發的不足。

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