綜合勘測技術在井位選擇中的實踐與應用

  1概述

 

  機井工程是開發利用地下水資源的主要構筑物，水井鉆探是開發利用地下水資源所采取的一項技術手段，在干旱半干旱的中西部地區，機井工程不僅是農田灌溉的主要水利設施，也是城鄉供水的主體水源工程。 自20世紀六、七十年代始，西部地區結合人飲解困、節水灌溉等工程項目打鑿機井，積極開發利用地下水資源，取得了一定的成效。但在實施過程中，由于缺乏科學的找水方法，僅憑經驗盲目選擇井址，成孔率差，易打干孔 廢孔，造成很大的人力、財力浪費，也使一些項目無法按計劃實施，給區域經濟發展和人民生活水平提高帶來負面影響。因此，探索適宜的物探方法，準確探測各區域地下水賦存狀況，提高機井成孔率，是開發利用地下水資源亟待解決的先決問題。

 

  2綜合井位勘測方法及創新點

 

  2.1工作方法

 

  針對區域地貌實際，經過實踐摸索，在勘測井位時采取“地質+地面物探+鉆探”的綜合勘測方法，即在充分調查區域水井、地層、巖性、地形、地貌、地質構造及地下水的儲藏、運移規律的基礎上，根據水文地質條件布置物探工作。地球物理勘探優化組合了激發極化法和電測深法兩種物探技術。激發極化法測量地層的富水性，在面上初選井位，電測深法了解不同地層的巖性，由此確定含水層及埋深，從而達到選定富水井位的目的。鉆探根據視電阻率值確定含水層位置及厚度，估計單井出水量，正確指導下管成井。

 

  2.2找水原理

 

  （1）激發極化法：是以巖、礦石的激電效應差異為基礎，通過觀測和研究地質體在人工電場激發作用下產生的極化電場（又稱二次電場）的變化規律，測定地下不同土層或巖層的視電阻率、 極化率、激發比、衰減度、半衰時來研究地層的性質、厚度、富水地段。供電 電極采取等比對稱四極布置， AB∶MN=3∶1。

 

  （2）電測深法：根據視電阻率不同了解不同地層的巖性、厚度、地下水質等情況，由此確定含水層及埋深。

 

  （3）井孔電測法：采用底部梯度電極系A2.0M0.25N電測深。供電電極A和測量電極構成電極系，下入井孔中，供電電極B放入泥漿池，由于B極距離MN相當遠，可看成無窮遠，接通電源后，B電極所形成的電場對MN電極沒什么影響，而井中A電極所形成電場，在MN間產生電位差， 即可得視電阻率值。根據視電阻率確定各含水層位置及厚度，劃分咸淡水層，估計單井出水量，正確指導下管成井工作。

 

  2.3主要技術創新點

 

  （1）以水文地質調查為基礎，地球物理勘探為手段，使井位勘測取得了事半功倍的效果。在每選一處井位之前，首先詳細查閱該區的水文、 地質資料及以往成井資料，充分了解該區域地形、地貌、地層、巖性、地質構造及地下水的賦存、運移規律，根據水文地質條件初選成井區域，定量在富水帶布置井位物探工作，減少了盲目取點物探的工作量，節省了人力、財力，取得了事半功倍的效果。

 

  （2）采用綜合物探方法，提高了物探資料的解釋精度和可靠性。由于各種物探方法的應用都依據一定的物理前提，且地質、地球物理條件和邊界特征對測試成果具有較大的影響，使得這些方法技術存在一定的條件性和局限性。優化組合激發極化法和電測深法兩種物探技術，可以相互佐證，取長補短，提高了物探資料解釋精度和可靠性。

 

  （3）輔以鉆探方法補充論證，提高了成井率和成井質量。在選定井位上完成第一鉆后，即進行井孔電測，繪制電測曲線進行分析，以劃分地層，確定含水層和相對隔水層的位置和厚度，估算鉆孔涌水量，以確定鉆孔是否能下管及測定濾水管的有效長度，正確指導下管成井工作，保證了成井率及成井質量。

 

  3項目實施成果及應用實例

 

  自2002年施測以來，通過應用此方法在岐山地區已成功探測井位72眼，其中農業灌溉井57眼， 人飲解困水源井12眼，工業用井3眼，成孔率達到95.7%，大大降低了廢孔損失，也為改善農村基礎設施、促進區域經濟發展發揮了重要作用。下面就以岐山縣青化鎮農業綜合開發項目涉及的機井井位勘測為例進行分析解釋。

 

  3.1項目區水文地質條件及找水規律

 

  岐山縣青化鎮農業綜合開發項目區位于黃土塬與洪積扇交界處，潛水位埋深15m～45m，部分地區有較好的上層滯水，單井出水量30m3/h～60m3/h，地下水主要受大氣降水及地表水灌溉回歸補給，深部承受上游渭河、千河河流補給，地層描述為砂、礫石、黃土及古土壤，主要含水層為砂、礫石類。

 

  3.2井位勘測

 

  青化鎮農業綜合開發項目共涉及6個村10個村民小組的12眼機井勘測任務，現選取青化鎮南武村中東組機井勘測為例進行分析解釋。

 

  3.2.1工作布置

 

  在南武村中東組村東300m處布點進行地面物探，供電電極距AB/2與測量電極距MN/2之間采用三比一溫納爾等比裝置，最大供電極距AB/2為180m，在同一供電電極上一次供電30s，測量視電阻率ρs、極化率ηs、激發比Js、衰減度Ds等多項參數。

 

  3.2.2資料解釋

 

  根據所測數據繪制各參數曲線，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。 由地面物探曲線分析看：潛水18m處，視電阻率ρs曲線有轉折，對應的富水曲線極化率ηs、激發比Js、衰減度Ds突變，極化率ηs最大值為1.24，激發比Js最大值為1.08，衰減度Ds最大值為87。110m～150m處，ρs曲線又發生轉折，相應的極化率ηs、激發比Js、衰減度Ds也有轉折，極化率ηs最大值為1.57，激發比Js最大值為1.22，衰減度Ds最大值為77.7，說明此時地層發生變化。從而表明，該物探點從18m處進入潛水，主要含水層在110m～150m之間，而且富水程度較強，井位選在此處比較合理可靠。

 

  對應的再看井孔電測曲線：從20m開始電測，視電阻率ρs大，表明此處地層巖性顆粒大，有一定含水，但含水量不大，因為曲線沒有很大突變，直到110m，地層沒有大的變化，說明巖性主要為粘土、結核交替出現，沒有主要含水層。但從110m～150m處曲線出現四次大的改變，分析表明主要含水層就在此處，厚度大約為11m。根據掌握的含水層位置，合理排管，以充分利用含水層，達到最佳出水效果。

 

  由以上分析看出，地面物探與井孔電測結論基本吻合，說明此井選址科學合理，技術可靠。

 

  采用“地質+地面物探+鉆探”的井位勘測方法，在岐山先后成功探測井位72眼，科學指導鉆井成井工作。結合這些新打成的機井，先后建成了青化、益店、鳳鳴、北郭等多處高效農業節水灌溉示范園區，發展節水灌溉面積2.5萬畝，使高效農業節水技術在縣域農業中迅速推廣應用，推動了 農業產業結構優化調整。同時， 新增的人飲解困項目水源井，解決了2.73萬人的飲水安全問題，為建設新農村、發展區域性集中供水打好了基礎，也促進了經濟、社會穩定和諧發展。

 

  4技術推廣前景

 

  找水是永恒的課題。水資源短缺已成為我國經濟社會發展的主要制約因素之一。開發利用地下水是解決水資源短缺的主要途徑之一，我國地下水資源可開采量為2900億立方米，已開采1000多億立方米，占可開采量的三分之一左右，還有一定的開發潛力。長期以來， 西北地區經濟社會發展速度較慢，人民生活相對落后，干旱缺水是主 要原因。西北地區缺水但不少水，地下水的可開采量450億立方米/a， 開采量僅為128億立方米/a，在相當長的一個時期，充分合理利用地下水資源，對緩解西北地區水資源供需矛盾有不可替代的作用。“地質+地面物探+鉆探”找水方法，主要針對西部地區地形、地貌復雜，山川、溝壑較多的實際探索提出，經過多年實踐表明：該方法受地形起伏干擾和圍巖電性不均勻的影響較小，對含水層分辨能力強，測井找水準確率高，易于操作，適合在山區乃至整個西部地區大力推廣應用。

 

  5結語

 

  本文針對中西部地區地形地貌實際，通過實踐探索，在勘測井位時采取“地質+地面物探+鉆探”的綜合勘測方 法，很大程度地提高了機井成孔率，為合 理開發利用地下水資源提供了依據和保障，值得在今后的地下水利用中大力推廣和發揚。