淺談窯溝車站建井地質分析及施工工藝

郭高峰

摘 要：為了解決大準鐵路公司窯溝車站多年無水源問題，解決職工吃水、用水困難問題，準能集團大準鐵路公司排除萬難，合理分析，確定了一套合理的打井方案。同時邀請專家根據地質、水文及現場情況論證大準鐵路窯溝站新建供水水源井的可行性，為新建水井提供理論依據。

關鍵詞：地質;水文;氣溫;打井

一、項目描述

為了解決大準鐵路公司窯溝車站多年無水源問題，解決職工吃水、用水問題，準能集團大準鐵路公司排除萬難，合理分析，確定了一套適合本地區的鑿井方案。并邀請專家論證鉆井的可行性，同時為完成后期水資源論證報告提供必要的水文地質資料，現擬定總體目的如下：基本查明地層巖性及水文地質結構;基本查明灰巖水的埋藏條件、水量、水質、富水性及各含水巖組之間的水力聯系;通過抽水試驗試驗獲取鉆探深度內含水巖段地下水水量、水位（頭）、水化學、水溫等資料，分別計算該含水巖組的水文地質參數，為該區水文地質條件分析提供依據;通過本次建井前的分析，為后期《大準鐵路窯溝站供水水源井工程水資源論證報告》提供必要的水文地質資料;為大準鐵路窯溝站提供一眼可供利用的供水井。

二、自然地理概況

大準鐵路窯溝車站位于準旗東部，距離黃河較近，水源井附近自然地理概況如下：

（一）地形：準格爾旗東部巖溶區地形西高東低，北高南低，地面標高一般海拔1000～1300m，相對高差50～150m。區內最高點為位于西北部的東麻家溝，海拔標高1362m。區內最低點為位于東南部的馬柵黃河岸邊，海拔標高852m。區內多為丘陵地形，沖溝十分發育，自北向南有準孔兌溝、龍王溝、黑岱溝、罐子溝等大小十余條季節性溝谷，將準格爾旗東部巖溶區地面切割的支離破碎。

（二）地貌：準格爾旗東部巖溶區地貌按成因類型可分為構造剝蝕和堆積兩大類，根據形態特征又可分為構造剝蝕丘陵、溝谷地形和風積沙漠三類，其分布范圍、形態特征敘述如下。

1.構造剝蝕地形：分布于窯溝車站的大部分地區，沖溝十分發育，地面支離破碎，山丘頂部多呈渾圓狀或魚脊狀，俗稱“峁”、“梁”。地表的覆蓋層為薄層小片第四系全新統風成砂及大片上更新統黃土。局部被老鄉開墾為耕地，由于強烈的沖刷切割，造成山坡陡峭，一般坡角多在30～70°之間，降雨順坡急下，沖溝發育，溝壁上出露厚度小于50Ⅰ-2 溝谷地形分布于工作區的大部分地區，主要以塔哈拉川、黑岱溝、十里長川為主，由于強烈的沖刷切割，沖溝發育，呈“V”字型，谷坡陡峭，降雨后洪水順坡急下，使大量的支流沖溝，逐漸擴大匯合，形成了較大的溝谷，谷底平坦、開闊，成“U”字型，溝谷有季節性流水，河谷兩岸發育一級階地，多被開墾為耕地，種植農作物，植被生長以楊樹、雜草為主，長勢良好。

2.溝谷地形：主要以塔哈拉川、黑岱溝、十里長川為主，由于強烈的沖刷切割，沖溝發育，呈“V”字型，谷坡陡峭，降雨后洪水順坡急下，使大量的支流沖溝，逐漸擴大匯合，形成了較大的溝谷，谷底平坦、開闊，成“U”字型，溝谷有季節性流水，河谷兩岸發育一級階地，多被開墾為耕地，種植農作物，植被生長以楊樹、雜草為主，長勢良好。

3.堆積地形：沙丘形狀多為固定半固定沙丘，成圓堆狀、長壟狀，高3～20m，其上生長中間錦雞兒、油蒿等耐干旱植物。風積砂厚度0.3～1.5m，局部可達3m以上，巖性為O4eol淺黃色細砂、粉細砂，礦物成份以石英、長石為主，含少量暗色礦物碎屑。分選性良好，次圓狀，松散，孔隙發育。

（三）氣象：準格爾旗位于北溫帶半干旱大陸性氣候區，降水稀少，蒸發強烈。據準格爾旗氣象站多年氣象統計資料，年平均氣溫7.3℃，年極端最低氣溫-30.9℃。窯溝地區具典型的大陸性高原氣候特征。冬季，在蒙古冷氣團控制下，嚴寒而漫長，多晴少雪，氣候干燥，西北風盛行，寒潮活動頻繁。夏季短暫，氣溫迅速回升，天氣晴燥，降雨集中，常發生暴雨或冰雹。

三、地質、水文地質概況

（一）地層：準格爾旗東部巖溶區位于鄂爾多斯臺向斜與山西臺背斜的交接處，區內地層出露比較齊全，基巖地層總的變化趨勢是東部老西部新。下古生界寒武、奧陶系碳酸鹽巖在工作區東部黃河岸邊及龍王溝、罐子溝等溝谷底部出露。其上被上古生界石炭二疊系煤系地層碎屑巖類廣泛覆蓋，中生界白堊系碎屑巖類在工作區北部小片分布，新生界松散地層呈薄層狀廣泛覆蓋于基巖地層之上。

（二）地質構造：準格爾旗東部巖溶區位于山西臺背斜和鄂爾多斯臺向斜的過渡地帶。東南鄰靜樂內陸斷陷，東北鄰云崗～平魯新華夏構造盆地，北鄰河套斷陷盆地。準格爾旗東部巖溶區地層產狀與區域沉積基底的傾伏方向一致，地層走向近南北，傾向南西西，一般傾角3～5度，為一自東向西略呈微波起伏的單斜構造。準格爾旗東部巖溶區新構造運動比較活躍而且強烈，運動形式以斷裂和升降運動為主。新構造運動主要是在燕山期以前古構造骨架的基礎上，對已形成的構造格局進一步深化，形成了一系列的隆起區和沉降區，控制著新生代以來的剝蝕、沉積和地震區的分布。具體表現在地殼升降、河流改道、玄武巖噴發和新生界地層斷裂變形等方面。

（三）巖溶區水文地質條件：該區分布在十里長川以東地區，東以黃河為界，西以奧灰頂面埋深800m為界，西界大致在王清塔、大飯鋪、長灘一帶，東西寬約24km;北以寒武奧陶系地層尖滅處為界，北界大致在前房子、東孔兌一線，南至榆樹灣，南北長約65km。由于上覆較厚二疊系和石炭系地層，僅在沿黃河地區呈窄條帶狀出露地表，因此該地區巖溶主要屬于埋藏型。

巖溶裂隙含水層組的劃分：準格爾旗東部巖溶區寒武、奧陶系碳酸鹽巖為一巨厚的多層狀復合含水體，根據巖性特征和巖溶發育的差異，可劃分為三個含水亞層，即：馬家溝含水層組（O2m）;亮甲山、冶里、鳳山含水層組（O1l+O1y+∈3f）和崮山、張夏含水層組（∈3g+∈2z）。

準格爾旗東部巖溶裂隙水的富水性：準格爾旗東部巖溶區巖溶水的富水性主要受地層巖性、巖溶發育程度、地質構造、巖溶水補逕排條件和黃河泥沙充填帶的控制。巖溶水的富水性分級，換算成口徑250mm的單位涌水量進行分級。從整個巖溶水系統來看，巖溶富水性以中奧陶統馬家溝組最強，依次為下奧陶統、上寒武統與中寒武統，而以中寒武統徐莊組的泥質板巖、鈣質頁巖構成巖溶水的區域性隔水底板。受巖溶發育程度、巖溶水補逕排條件和黃河泥沙充填帶的影響，在準格爾旗東部巖溶區的中部形成了巖溶水的強逕流區，強逕流區北起窯溝、陳家溝門，途經黑岱溝、魏家峁，南至榆樹灣，南北長約50km。西起官地塔、大飯鋪，東至大石拉塔、虎食圪旦、青楊樹咀，東西寬約3～6km，為一南北向延伸的條帶狀區域。該條帶為準格爾旗東部巖溶區的強富水區，鉆孔單位涌水量大于5L/s·m，該條帶地下水逕流暢通，水交替循環作用強烈。在強富水區外圍，環繞強逕流帶及強逕流帶內的局部地段有一個富水區，鉆孔單位涌水量1～5L/s·m，系一個富水性過渡條帶。在富水區外圍，主要在準格爾旗東部巖溶區的西部為中等富水區，是準格爾旗東部巖溶水的次逕流途逕。鉆孔單位涌水量0.1～1L/s·m，巖溶地下水位標高866.23～870.69m，鉆孔揭示巖溶裂隙率為3.98～17.68%，水質一般為HCO3·Cl-Ca·Na·Mg及西部的Cl-Na型，礦化度0.44～2.83g/L，地下水循環交替作用微弱。

（四）地下水補徑排條件：首先是黃河以東呂梁山西坡寒武奧陶系碳酸鹽巖裸露或半裸露區接受大氣降水入滲補給后，一部分水量由東向西通過黃河河谷底部側向補給黃河以西的準格爾旗東部巖溶裂隙水，其次是黃河水的側向補給。第三是在準格爾旗東部巖溶區內寒武、奧陶系碳酸鹽巖的裸露區和薄層覆蓋區溝谷地表水的滲漏所產生的少量補給。

（五）巖溶區水化學特征：準格爾旗東部巖溶區巖溶裂隙水的水化學特征受到補逕排條件的嚴格控制。大致以強逕流區西側的陽坡上—后薛家灣—大廟塔—青春塔—長灘一線為界，分為兩個水化學特征明顯不同的水化學分區。1.該線以東，地下水逕流通暢，水循環交替劇烈，水質良好。2.陽塔—后薛家灣—大塔—青春塔—前廟溝一線以西、以北，巖溶裂隙水埋藏深度加深，又受到石炭、二迭系地層的阻擋，逕流滯緩，水交替微弱，水質急劇變差。

四、施工工藝方案

根據地質水文情況情況，得知窯溝車站存在豐富的地下水源，完成可以滿足車站職工的生活用水需求。

（一）實施方案編制依據：本次水源井編制的實施方案參考準格爾旗薛家灣鎮梁安窯村2016年施工一眼巖溶供水井的成果。梁安窯巖溶井的成功實施為本次水源井井深結構設計提供了重要的依據，由于窯溝地形高差低于梁安窯200多米，初步確定本次水源井設計孔深為：310-400m。

（二）設計依據：執行《機井技術規范》（GB/T50625-2010）、《供水水文地質勘察規范》（GB50027-2001）、《供水管井技術規范》（GB50296-99）、《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程》（SL320-2005）及除本技術條款另有規定外，承包人施工所用的材料、設備、施工工藝和工程質量的檢驗和驗收應符合本技術條款中引用的國家和行業技術標準和規程規范規定的技術要求等。

（三）項目成果目標：按照施工的總要求，確保實現如下質量管理目標。

工期目標：計劃工期按建設方要求，在要求工期之前完工。

質量目標：合格。符合《供水管井技術規范》（GB50296-99）的要求。

安全目標：確保本工程不發生安全事故。

文明施工：本工程爭創“安全文明施工示范工地”。

環境保護：遵守國家環境保護法律、法規和規章制度，樹立全員環保意識，在保證工程質量和工期的前提下，最大限度地減少對環境的污染，創造良好的環境條件。

（四）施工準備

成立組織機構：建立施工管理組織機構：按項目法要求，成立項目經理部;施工隊伍進場籌備：施工方接到建設方開工通知后，由該工程項目經理部負責組織技術人員、施工人員迅速進入施工現場籌備。

技術交底與技術準備：組織工程技術人員熟悉有關操作技術規程、規范、標準等，熟悉各部位各工序的施工方法和技術質量要求，對各種施工方案進行比較，并進行技術交底;根據施工組織設計的要求，將技術先進、施工方便、經濟合理的施工組織方案申報給業主和監理單位，審批后用以指導工程施工;根據設計圖紙、標準圖集及施工進度計劃提供訂貨單;做好材料試驗工作，并將試驗結束報建設、監理單位批準，作為施工過程可靠的依據;對施工班組進行詳細的技術和質量要求交底。

材料準備：各種材料的進場速度要能與施工進度相一致，并有一定的儲備量，以滿足施工進度的要求。材料均要符合國家和部頒標準并經監理同意才能使用。材料進場時附有生產廠家提供的測試報告和產品合格證書。

施工現場總平面布置：針對本工程特點遵循因地制宜、因時致宜和利于生產、方便生產、快速安全、經濟可靠、易于管理的原則，規劃施工現場平面圖。

（五）施工技術要求

1、地面物探

根據本次工作區的地形、地貌、地質條件，本次選用瞬變電磁法結合建設方用水需求，最終確定水源井井位、井深。

為確定孔位進行了瞬變電磁法勘探。本次工作共布置勘探線4條，測點距10m，勘探線長度1000m，在線物理點105個（含檢查點）。勘探執行中華人民共和國地質礦產行業標準《地面瞬變電磁法技術規范》。根據地面物探成果來確定工作區的富水性，最終指導水源井的施工。

2、水文地質鉆探

孔深：設計水源井揭穿有供水意義的奧陶系、寒武巖溶裂隙水含水層，設計孔深310m-400m，實際孔深根據地層情況最終確定。

鉆孔結構：0～100m孔徑為350mm，下入Ф325實管管外止水。100～400m孔徑為 294mm，裸眼。

孔斜：在100m深度內，孔斜不超過1°，孔深在100m以下，鉆孔頂角最大允許彎曲度。

孔深校正：每鉆進100m及終孔后或下管前校正孔深，孔深誤差不大于1‰。此外，抽水前后均測量了孔深，抽水后沉淀沒有淤埋含水。

洗井：水源井成井后立即洗井，洗至水位變化反映靈敏，出水量正常。洗井采用鋼絲刷、活塞、鹽酸、水泵等聯合洗井法，經洗井效果檢查，達到洗井（孔）結束前井水不出現混濁現象，水中含砂量小于1/20000的要求。

（六）水文地質測井：本次水源井設計測井一次，即全孔段，小鉆完成后測井一次。

水文地質測井的目的為確定含水層與隔水層層位和厚度;確定奧陶、寒武地層巖溶發育情況。測井技術要求：水文地質測井采用數字綜合測井技術，鉆孔至少測三種以上的參數曲線，一般包括視電阻率、自然電位和自然伽瑪;參照《水文測井工作規范》執行。

（七）抽水試驗：本次水源井進行穩定流抽水試驗，主要為了測定含水層的富水程度和評價井（孔）的出水能力;確定含水層水文地質參數（K、R），并為后期編制水資源論證報告提供基礎資料

（八）樣品采集與分析測試：本次設計水源井采集一個全分析水樣，全分析取樣按化驗單位的具體要求執行，必須保證所取水樣新鮮、分析及時，對于不穩定分析項目要在取樣現場加入保護劑，保護劑添加種類、添加方法、添加數量等具體要求按化驗單位要求執行。

全分析樣分析項目為：水溫、顏色、混濁度、嗅和味，電導率，Eh值、pH值，Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+，Cl-、SO42-、HCO3-、NO2- 、NO3-，F-，硬度，溶解性總固體等;水溫、顏色、嗅和味、電導率、Eh值、pH、Fe2+、Fe3+、Cr6+、Mn2+、Hg2+、Al3+、Sr2+、可溶性SiO2、耗氧量（COD）和游離CO2、Na+、K+應實測。

（九）移交使用：水樣分析合格，由建設方組織相關單位確定水井的涌水量等技術參數符合設計規范要求，同時施工方將合格的竣工資料移交我方檔案部門，即可申報竣工驗收，待驗收合格后，即可交付我方使用。

五、結束語

本文針對窯溝車站新建水源井的地質水文及周邊環境進行可研描述，并對水源井的實施確定可行方案，制定合理工藝流程，為窯溝車站鑿井提供可靠的技術依據，同時為周邊地區的水源情況提供參考。

參考文獻：

[1]賈福浩. 我國抗旱打井的若干技術問題[J]. 商品與質量·建筑與發展 . -2013（8）

[2]陳海力，王琳.四川盆地威遠地區頁巖氣水平井優快鉆井技術[J].天然氣上業，2016，34（12）：100-105.

[3] 內蒙古自治區第二水文地質工程地質勘查院，內蒙古自治區準格爾旗地下水資源勘查與區劃報告.2018