張緒芬

(甘肅省地勘局第四地勘院,甘肅 酒泉 735000)

位于甘肅敦煌盆地與新疆羅布泊盆地之間的廣闊區(qū)域是西北嚴(yán)重干旱缺水地區(qū)之一,尤其是淡水資源更為貧乏。因其蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源,近年來(lái)隨著礦業(yè)開(kāi)發(fā)的不斷擴(kuò)展,礦山選礦用水量成倍增加,更使該地區(qū)極不豐富的地下水資源顯得尤為短缺。受當(dāng)?shù)劂~鎳礦區(qū)有關(guān)單位委托,我院2008年度承接完成該礦區(qū)區(qū)域供水水文地質(zhì)勘查項(xiàng)目,由于找水思路明確,技術(shù)方法得當(dāng),從而在較短時(shí)間內(nèi)圈定了富水地段,為礦區(qū)提交供水量5000 m3/d以上的供水水源地。

1 完成的主要工作及成果

按合同要求,在礦區(qū)半徑 100 km范圍內(nèi)尋找并確定了可供礦區(qū)利用的地下水資源。經(jīng)充分研究區(qū)域水文地質(zhì)資料并進(jìn)行實(shí)地踏勘,確定在礦區(qū)東南方向的阿其克谷地新生界凹陷帶做為礦區(qū)供水水源地極具可能性?？辈閰^(qū)中心位置距礦區(qū)直線距離約 60 km,面積約2 200 km2,其地形為長(zhǎng) 68～75 km、寬 25～36 km的狹長(zhǎng)地帶。初步查明勘查區(qū)地下水的分布和形成條件,以及含水層(組)的富水性及水化學(xué)特征,圈定了富水地段。通過(guò)對(duì)地下水資源進(jìn)行初步評(píng)價(jià),為礦區(qū)選礦供水提供了水文地質(zhì)依據(jù)。通過(guò)施工勘探孔和探采結(jié)合井,確定了在目前所施工的探采結(jié)合井技術(shù)參數(shù)(要素)條件下長(zhǎng)距離取水完全能夠滿足礦區(qū)選礦所需的供水量5 000m3/d以上的要求。

本次區(qū)域供水水文地質(zhì)勘查工作共設(shè)計(jì)施工探采結(jié)合井 6眼,其中 2眼探采結(jié)合井因涌水量偏小,后續(xù)取水利用價(jià)值不大,故未進(jìn)行二級(jí)擴(kuò)孔和成井,僅做為觀測(cè)孔使用。另 4眼探采結(jié)合井單井涌水量在 30～40m3/h范圍內(nèi)?？紤]長(zhǎng)距離供水管線損耗,建議后續(xù)供水水源地開(kāi)發(fā)可在現(xiàn)有 4眼探采結(jié)合井基礎(chǔ)上于勘查區(qū)富水地段再布設(shè)施工 6眼供水井,即可獲得選礦所需的5000 m3/d以上的供水量。

2 工作部署的依據(jù)和原則

本次勘查工作部署,依據(jù)與委托單位簽訂的勘查合同,參照國(guó)家現(xiàn)行的《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50027-2001)和《供水管井技術(shù)規(guī)范》(GB50296),并遵循以下基本原則:

堅(jiān)持在充分收集和研究前人成果資料及遙感解譯基礎(chǔ)上合理布置勘查工作,在供水前景較好地段加密布置;在條件允許情況下,勘查重點(diǎn)盡量靠近礦區(qū)選礦廠區(qū),以縮短供水距離,最大限度地節(jié)約水源地開(kāi)發(fā)成本;勘查工作以尋找水源為目的,在可能和兼顧情況下,盡量滿足有關(guān)規(guī)范要求但不拘泥于規(guī)范要求;勘查工作以地下水系統(tǒng)理論為指導(dǎo),充分采用遙感、物探、信息分析等手段,吸收引進(jìn)地下水勘查和評(píng)價(jià)的新技術(shù)、新方法,相互補(bǔ)充和驗(yàn)證,以提高勘查工作的科技含量和成果表達(dá)方式的現(xiàn)代化。

3 工作方法

本次供水水文地質(zhì)勘查工作綜合采用了遙感解譯、水文地質(zhì)測(cè)繪、物探(EH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)、水文物探測(cè)井)、鉆探(包括成井工藝)、抽水試驗(yàn)、探井、水土樣采集、地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)、工程測(cè)量、資料收集及室內(nèi)綜合分析整理等技術(shù)手段,取得了較好的勘查效果。

3.1 遙感解譯

采用高分辨率的 BTM衛(wèi)星相片進(jìn)行解譯,了解勘查區(qū)內(nèi)地貌、地層分布、水系發(fā)育情況以及植被、環(huán)境水文地質(zhì)狀況,從而為地面調(diào)查線路的布置提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 水文地質(zhì)測(cè)繪

在勘查區(qū)域內(nèi)開(kāi)展 1:100 000比例尺水文地質(zhì)調(diào)查,控制面積約2 200 km。調(diào)查線路主要垂直于谷地和沿沖溝方向布置,主要調(diào)查地層巖性、潛水埋藏條件、水質(zhì)特征和植被發(fā)育覆蓋情況,同時(shí)進(jìn)行遙感解譯的實(shí)地驗(yàn)證。為揭露工作區(qū)潛水水位,根據(jù)需要布設(shè)了一定數(shù)量的探井,探井施工深度在 2.0～5.0 m范圍內(nèi)。

3.3 物探及測(cè)井

物探工作采用了EH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng),用以查明工作區(qū)地層結(jié)構(gòu)和地下水在垂直和平面方向上的分布及變化特征。點(diǎn)距一般為 250～500 m,控制深度為 250～300m,同時(shí)視具體情況布設(shè)了少量的檢查點(diǎn)。測(cè)井工作采用了綜合水文物探測(cè)井儀,用以劃分地層,判別含水層位置,為鉆探成井提供依據(jù)。

3.4 鉆探及成井

為查明含水層結(jié)構(gòu)、厚度、富水性及水質(zhì)情況,評(píng)價(jià)勘查區(qū)地下水資源量,同時(shí)考慮盡量一孔多用,探采結(jié)合,滿足礦區(qū)取水要求。此次水文地質(zhì)勘探孔全部設(shè)計(jì)成探采結(jié)合孔(井),二級(jí)擴(kuò)孔成井。第一級(jí)孔徑 Ф250mm,鉆至設(shè)計(jì)孔深后,先進(jìn)行物探測(cè)井、水文地質(zhì)觀測(cè)、提筒試驗(yàn)等工作,在涌水量滿足要求具有后續(xù)利用價(jià)值的情況下再進(jìn)行二級(jí)擴(kuò)孔和成井,否則終止施工,僅做為觀測(cè)孔只用。第二級(jí)擴(kuò)孔孔徑即最終孔(井)徑 Ф600 mm,成孔后根據(jù)含水層位置合理設(shè)計(jì)并按規(guī)范要求下入 Ф325mm井管和濾水管。抽水試驗(yàn)觀測(cè)孔孔徑 Ф350 mm,成孔后下入 Ф146 mm鋼管和濾水管。以上所有鉆孔(井)其控制深度均達(dá)到 240～250m。

3.5 抽水試驗(yàn)

用以了解含水層的富水特征,求取水文地質(zhì)參數(shù),為水資源評(píng)價(jià)提供參數(shù)依據(jù)。實(shí)際勘查工作中按規(guī)范要求對(duì)水文地質(zhì)勘探孔分別進(jìn)行了單孔抽水試驗(yàn),之后進(jìn)行了 1個(gè)勘探孔帶 2個(gè)觀測(cè)孔的 2～3落程多孔抽水試驗(yàn)。

3.6 工程測(cè)量

為準(zhǔn)確測(cè)量各類勘查點(diǎn)尤其是鉆孔、探井的平面坐標(biāo)和高程,為地下水資源計(jì)算和評(píng)價(jià)提供必要地技術(shù)支持,我們?cè)谥匾こ厅c(diǎn)均進(jìn)行了工程測(cè)量。

3.7 樣品采集

水樣采集主要用以了解地下水的水理性質(zhì)和化學(xué)成分,為評(píng)價(jià)地下水水質(zhì)提供依據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)要求分別采取了一定數(shù)量的全分析水樣和簡(jiǎn)分析水樣,主要采集層位為承壓水及潛水,采集地點(diǎn)為鉆孔、探井及泉點(diǎn)。經(jīng)室內(nèi)化驗(yàn)證明勘查區(qū)地下水礦化度在 4.6 g/L以下,其它指標(biāo)亦達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)。

土樣采集主要用以了解地層中的可溶鹽及顆粒大小等,特別是劃分咸淡水界面。實(shí)際勘查工作中按設(shè)計(jì)要求主要在鉆孔中采集,室內(nèi)進(jìn)行可溶鹽分析。

3.8 地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)

按規(guī)范要求,在水文地質(zhì)詳查階段應(yīng)有不少于一個(gè)枯水季節(jié)的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料,為地下水資源評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。實(shí)際工作中考慮到該區(qū)以往研究程度較低,故安排了 4個(gè)月的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)。

3.9 地下水資源量計(jì)算

地下水資源量采用斷面法和解析法進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,勘查區(qū)地下水年補(bǔ)給量可達(dá) 3200萬(wàn) m3/a,允許開(kāi)采量 360萬(wàn) m3/a,完全可以做為礦區(qū)供水水源地開(kāi)采使用。

3.1 0 資料收集和報(bào)告編制

主要收集有關(guān)氣象、水文、水利、地質(zhì)、水文地質(zhì)、遙感、物探、測(cè)量、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃等方面的資料,最后進(jìn)行勘查報(bào)告的編制,向甲方提交水文地質(zhì)勘查報(bào)告及相應(yīng)的附圖、附表、附件等技術(shù)資料。

4 勘查技術(shù)方案的對(duì)比和確定

本著一切為用戶著想、以降低成本和投入為出發(fā)點(diǎn),根據(jù)工作側(cè)重點(diǎn)的不同,我們?cè)诳辈槌跗谠O(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的技術(shù)方案,其工作項(xiàng)目、設(shè)計(jì)工作量及實(shí)際完成工作量如表 1所示。

以上兩個(gè)勘查技術(shù)方案對(duì)比具有如下特點(diǎn):

第一方案設(shè)想在達(dá)到找水目的的同時(shí),盡可能減少鉆探工作量,降低成本和投入;第二方案設(shè)想在達(dá)到找水目的的同時(shí),盡可能滿足規(guī)范要求,提高勘查成果的研究精度。

兩方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比如表 2所示。

經(jīng)委托單位對(duì)兩個(gè)技術(shù)方案從技術(shù)效果、經(jīng)濟(jì)投入等方面進(jìn)行評(píng)判、預(yù)估,最后確定第一方案為執(zhí)行方案,由我方組織實(shí)施。根據(jù)本次水文地質(zhì)勘查工作的任務(wù)和目的,我方自2008年 2月份開(kāi)始投入工作,至 11月份提交供水水文地質(zhì)勘查報(bào)告,勘查工作總周期為 10個(gè)月。施工期內(nèi)完成的主要實(shí)物工作量、工作順序及進(jìn)度如表 1和表 3所示。

表1 設(shè)計(jì)及實(shí)際完成工作量一覽表

表2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比表

通過(guò)對(duì)工作區(qū)進(jìn)行綜合水文地質(zhì)勘查,確定該銅鎳礦區(qū)供水水源地選擇在阿其克谷地是切實(shí)可行的,它是距離礦區(qū)最近、唯一具有供水前景的找水靶區(qū)?？辈楣ぷ髦型ㄟ^(guò)優(yōu)化技術(shù)方案,設(shè)計(jì)并施工的具有利用價(jià)值的勘探孔全部為探采結(jié)合井,可為后續(xù)礦區(qū)水源地開(kāi)發(fā)利用。此舉雖然在供水水文地質(zhì)勘查階段資金投入較大,但為水源地建設(shè)工程節(jié)約了資金、降低了成本,綜合比較效益明顯。本次區(qū)域供水水文地質(zhì)勘查范圍及擬建水源地距離礦區(qū)選廠雖然偏遠(yuǎn),但在西北干旱缺水地區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)距離取水是不乏先例的,在供水技術(shù)和工藝上亦是可行的,在確定地下水資源開(kāi)發(fā)規(guī)劃基礎(chǔ)上即可著手進(jìn)行水源地建設(shè)和地下水開(kāi)采工作的部署和實(shí)施。

[1]GB 50027-2001.供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范,2001-7-4.

[2]GB 50296-99.供水管井技術(shù)規(guī)范,1999-10-1.

[3]GB/T14848-93.地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),1993-12-3.

[4]王云智,周金玲.綜合找水技術(shù)在塔河油田區(qū)供水勘察中的應(yīng)用 〔J〕.地下水,2006,(6).

[5]韓子夜,武毅,楊進(jìn)生,葉成明.西部嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查技術(shù)方法體系研究〔J〕.水文地質(zhì)工程地質(zhì),2007,(2).

[6]王皓,周東輝,王麗云.論北方中、小型地下水水源地水資源量及可開(kāi)采量核算法〔J〕.地下水,2007,(1).