三維地質應用于水井勘查及水量預測的實踐

李錫均，何付明，王應貴

(1.云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021；2.普洱市水利水電勘測設計研究院，云南 普洱 665000)

1 工程背景

農村飲水安全脫貧攻堅戰，確保2019年底前實現貧困人口飲水安全保障是我們每個水利人的職責和任務，特別是高寒山區，沒有水源點或水源點因地表水匯入而被污染的地區，采用打深井取水方式解決飲水安全的是最佳的、最高效和最直接的方式之一。

大寨子鄉雨霏村屬于昭陽區，位于海拔3000多米的高寒山區，其中8組飲水取水點處于地表水與地下水匯流區，而周圍未采取任何安全防護措施，飲水水質嚴重不達標，耕種季節百姓使用農藥、化肥等導致農藥、化肥等超標問題及大腸桿菌等細菌超標問題；6組上半坡飲水取水點百姓各自取水，電線私搭亂建，存在嚴重的安全隱患；6組下半坡飲水點附近有大量的闊葉林，存在大量的蟃蟲、大腸肝菌等對人體不利的微生物，嚴重影響水質安全。

根據上述大寨子鄉雨霏村各種飲水安全問題，一次性解決6組、7組、8組186戶769人的飲水安全問題，深井采水是最快和最有效的辦法。

2 區域地質分析

2.1 地形地貌特征

昭陽區地處云貴高原西北部，地勢呈西高東低，為滇中凹部的東北端，有較完整的高原地貌。兩大山系橫亙境內，東為烏蒙山脈西延伸尾端，山勢磅礴，高峰林立；西為橫斷山脈涼山山系分支東伸邊緣，山高坡陡，海拔懸殊。大山包鄉獨石包包海拔為3364m，為境內最高點，大寨子鄉茅坡海拔為494m，是境內最低處。昭陽區壩區占33.6%，山區占64.3%，江邊河谷地帶占2.1%。

深孔取水井位于金沙江東岸的山頂，屬構造剝蝕高山地貌。

2.2 區域地質、含水層及水文地質特征概況

水井區出露的地層巖性為二疊系峨嵋組上段(P2β3)為深灰、灰綠色的致密的杏仁狀玄武巖，底部凝灰巖，厚度為262～832m；中段(P2β2)為深灰色斑狀玄武巖夾致密、杏仁狀玄武巖，厚度為124～511m，玄武巖節理裂隙較發育，且以柱狀節理為主要特征，處于向斜軸偏南翼，從附近出露的泉點(W1)，以相對隔水層-凝灰巖為排泄出露，遠處出露的泉點(W2)，以相對隔水層-頁巖為排泄出露。本區為典型的向斜儲水構造，為含風化裂隙潛水—承壓水，地下水平均徑流模量M0=3.3L/(s·km2)，富水性中等。

3 水井設計及實施

3.1 三維地質模型的創建

隨著三維可視技術的發展，基于地質體三維重構與可視化表達的三維地質建模技術也日趨發展成熟，三維可視化模型正逐步替代傳統的平剖面圖紙，三維可視化可以直觀形象地表達出水井所處的地層和與相對隔水層的關系，一些很難用言語清晰描述的問題，可以直接借助于BIM模型進行交流和溝通。

根據區域地質、水文地質資料及踏勘資料創建三維地質模型，確立水井位置和初步確定水井的深度，如圖1所示。

圖1 三維地質模型

根據三維地質可視化特點，可直觀地表達水井與相對隔水層關系，如圖2所示。

圖2 水井與相對隔水層關系圖

3.2 水井結構設計和實施

根據區域地質資料、踏勘和三維地質模型，確立取水井(ZK1)位置在雨霏村村委會牛棚子村進村道路邊，地理坐標為東經103°18′20.30198″，北緯27°30′39.53130″，海拔高程為2996.66m，設計井深為350m。井徑結構采用分段設計：0～10m，采用φ225mm的孔徑，下φ219mm井口管；10～200m采用φ175mm的孔徑，0～200m下φ168mm的套管，作為井泵段，φ168mm的套管下好后，拔出井口管；200～330m采用φ130m的孔徑，下φ127mm的篩管，作為取水段；330～350m采用φ108m的孔徑，作為沉砂段。

采用DT400型鉆機配備DWQ1100XH空氣壓縮機進行鉆孔。當鉆進至80多米時，鉆孔就開始涌水；至120m左右，鉆孔返水量較大，根據簡易抽水試驗得到出水量為80～100m3/d；為了得到更大的出水量和完成原設計井深，繼續實施鉆進，隨著深度的加深，返回量逐漸減少，當孔深達到300m左右時，鉆進突然不返水；孔深至350m時已成干孔，穩定24h也測不到孔內水位。

鉆進至設計孔深350m，而孔內無水位，為進一步論證其原因和鉆孔是否加深等問題，組織有關專家進行踏勘論證，采用物探手段進一步論證其原因。

3.3 野外踏勘論證

出現上述情況后，施工單位高度重視，組織相關專家進行野外踏勘，經過多天的踏勘，根據附近泉點的出露情況，綜合本區的區域地質和水文地區情況，切典型剖面(如圖3所示)進行分析，當孔深達到300m左右時，孔深已至凝灰巖相對隔水層，隨之孔深的加深，P2β2地層的揭露，氣孔狀玄武巖的柱狀節理裂隙更加發育，導致地下水下泄已不能形成穩定水位，加之下伏基巖為棲霞茅口組灰巖與白云巖，其巖溶較發育，更不易形成穩定的地下水位，直至800～1000m范圍內的P1l頁巖相對隔層才能形成穩定的地下水，附近W2泉水點充分證實這一點(W2泉水點排泄底面為P1l頁巖)。當然在棲霞茅口組灰巖與白云巖中，也能找到穩定的巖溶水，但巖溶水的發育規律較復雜，找到巖溶水對本項目不適用(其造價遠超預算)，故在此不再多加論述巖溶水問題。

圖3 典型地質剖面圖

分析典型地質剖面和綜合各位專家的意見，考慮造價等諸多因素，水井不再加深，另選位置來完成項目任務，圖4中ZK2就是另選的位置。從剖面上分析完全吻合三維地質模型的結論。

圖4 物探成果分析圖

3.4 物探論證

進一步論證本區相對穩定的含水層及地下水匯水區，進行物探剖面(如圖4所示)測定，從物探分析成果，表明典型地質剖面和三維地質模型的結論是一致的。

4 結論

文章通過三維地質模型在水井勘查及水量預測中的應用，三維地質模型技術的仿真、直觀、高效的特點更加突顯，在水利水電規劃和水利工程及其各行業的勘察設計和建設中，可提高設計質量與效率。因此應用三維技術來改造傳統的水利及水利勘察設計，實現水利水電工程及其他建設工程的數字化、可視化、智能化，是我們工程勘察設計者及管理者、決策者夢寐的追求和共同的愿望。