王建林，李 曉

(成都理工大學環(huán)境與土木工程學院，四川 成都 610059)

某核反應堆預選區(qū)含水介質(zhì)滲透性變化特征

王建林，李 曉

(成都理工大學環(huán)境與土木工程學院，四川 成都 610059)

在簡要介紹預選區(qū)水文地質(zhì)條件基礎上，主要通過壓水試驗、抽水試驗等水文地質(zhì)試驗得出各種水文地質(zhì)參數(shù)從而分析預選區(qū)含水介質(zhì)滲透性變化特征以及地層滲透性變化規(guī)律。

水文地質(zhì)條件;壓水試驗;抽水試驗

1 地形地貌

項目建設地區(qū)域上屬四川西部高山向四川盆地過渡地帶，受北東向構(gòu)造體系控制，預選區(qū)及附近地勢西南高，北東低，海拔高程 450.36～474.51 m之間，預選區(qū)被南安河環(huán)繞，由較寬緩的沖洪積階地和呈單斜狀的丘陵兩個微地貌單元構(gòu)成。場地北段為沖洪積階地，較平緩開闊，其南側(cè)丘陵斜坡總體南高北低。主體呈階梯狀由北向南分布，總體坡度約為25°～35°;東面緊鄰南安河，距河底高度約3～7 m。

2 預選區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1 巖性及構(gòu)造

預選區(qū)出露地層主要為白堊系(K)和第四系(Q)，其中第四系以坡殘積層粉質(zhì)粘土為主，夾細砂和碎石，頂部有少量沖積漂石、卵石以及根植土層，分布于南安河左岸緩坡。第四系地層由南向北物質(zhì)組成發(fā)生了相應變化，由殘破積層粉砂粘土逐漸變?yōu)楦餐翆釉俚胶恿鳑_積卵石土，總厚度變化由南向北逐漸變厚，從東西向看，第四系地層主要都為薄層河流沖積卵石土覆蓋坡殘積粉質(zhì)粘土為主，厚度變化主要為山頂較薄，階地較厚，至南安河被河流控制改造(圖1)。

基巖地層出露灌口組(K2g1)分布在預選區(qū)南部，巖性以泥巖，粉砂質(zhì)泥巖為主，局部發(fā)育石膏團塊，灌口組地層向南緩傾，產(chǎn)狀 20°～30°∠8～10°。出露厚度 0～15m，地層軟弱，易風化，裂隙發(fā)育，發(fā)育位置主要集中于基巖垂向部位，以聯(lián)豐村陡坎為典型，風化密集，延伸長度幾厘米至幾米，切割較淺，裂隙面不平直，基本無填充或局部少量泥質(zhì)充填。

夾關(guān)組(K2j)地層在廠址區(qū)下覆于灌口組，僅在南岸河河床和預選區(qū)南部南安河兩側(cè)出露，地層產(chǎn)狀0°～20°∠0°～15°，巖性以砂巖為主。南安河河床出露夾關(guān)組(K2j)砂巖具兩組呈“X”型發(fā)育構(gòu)造節(jié)理，產(chǎn)狀走向分別為96°和155°，傾角為65°、52°。節(jié)理面較平直、閉合、基本無充填、切層發(fā)育、可見延伸長度2～3 m。

預選區(qū)范圍內(nèi)無規(guī)模較大的斷裂，位于南安向斜核部，大致成北偏東10°展布，全長約25匯 km，核部主要由夾關(guān)組組成，兩翼以灌口組為主，該向斜在向北東向傾斜時逐漸變窄，并逐漸向北西向傾斜。在預選區(qū)內(nèi)寬約2.5～3.5 km，長約10.6 km。北西翼走向350°～360°之間，北東翼走向在0°～15°之間。巖層較正常。

圖1 第四系厚度變化圖

2.2 地下水補、徑、排條件

預選區(qū)地形總體西南高北東低，南部灌口組基巖主要接受大氣降水補給，由于地形較緩，坡度 ＜10°，地下水運動方式以地表和淺表徑流為主，向北徑流，在運移過程中部分地下水移動到泥巖與砂巖交界處，受到作為相對隔水層的下覆泥巖阻擋，在地表出露處，以泉的形式排泄，預選區(qū)廣泛分布這類泉水。淺層風化裂隙水，這類裂隙水發(fā)育深度不大，嚴格受地貌控制，以地形分水嶺為界，形成相對獨立的水文地質(zhì)單元，在水文地質(zhì)單元內(nèi)有統(tǒng)一的潛水面，地下水在分水嶺部位接受大氣降水補給，向附近溝谷就近排泄。

南東部夾關(guān)組主要接受大氣降水以及南東方向山區(qū)地下水徑流補給，其中降水一部分順表層風化裂隙向南安河排泄，另一部分沿風化裂隙下滲進入深部層間裂隙，順層間裂隙繼續(xù)向北徑流，這類地下水整個過程風化裂隙和構(gòu)造裂隙相互轉(zhuǎn)換，水力聯(lián)系緊密。

南安河一級階地因水泥固化很難獲得大氣降水補給，主要來源于預選區(qū)南部地下水徑流補給，和西側(cè)溝水的補給。鉆探揭示南安河一級階地地下水位在階地南部高，在靠近南安河迅速降低，表明地下水向南安河排泄。在豐水期，南安河水對一級階地地下水形成一定范圍反補給(圖2)。

圖2 預選區(qū)地下水補排關(guān)系圖

3 水文地質(zhì)試驗及參數(shù)

為了確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，評價廠區(qū)含水層富水性、為場地適應性提供依據(jù)。本次勘察工作共實施水文地質(zhì)鉆探孔6個，水文地質(zhì)試驗鉆孔 5個，其中 ZK2、ZK3、ZK4、ZK9、ZK16孔進行了穩(wěn)定流抽水試驗，ZK1、ZK8、ZK11注水試驗、ZK1、ZK4、ZK6、ZK8、ZK11 的壓水試驗，試驗鉆孔平面位置布置見圖3。本節(jié)根據(jù)各種試驗獲得的資料，進行水文地質(zhì)參數(shù)計算。

圖3 鉆孔水文地質(zhì)試驗點布置圖

3.1 壓水試驗

根據(jù)預選區(qū)巖層、地形變化特征，本次選取了5個鉆孔進行壓水試驗，分別是 ZK1、ZK4、ZK6、ZK8、ZK11試驗鉆孔位置見圖3。試驗采用自上而下的分段壓水法，最大壓力1Mpa，試驗段長度一般5m左右。計算公式為:

式中:Q為鉆孔特定壓力下的穩(wěn)定流量(L/min);s為試驗壓水時所施加的總Mpa;l為試段長度(m)。

巖層滲透系數(shù)與呂榮值的關(guān)系按下式近似計算:

式中:r為鉆孔的半徑;

鉆孔試驗結(jié)果統(tǒng)計見表3，預選區(qū)水文地質(zhì)剖面見圖4、5。

圖4 預選區(qū)水文地質(zhì)剖面

圖5 預選區(qū)水文地質(zhì)剖面

表1 壓水試驗成果統(tǒng)計表

3.2 抽水試驗

本次勘察工作中的鉆孔抽水試驗均采用單孔穩(wěn)定流抽水試驗，結(jié)合已經(jīng)進行較為系統(tǒng)的分段壓水實驗，驗證廠址區(qū)主要地層的滲透性。據(jù)本鉆孔揭露地層情況，對 ZK2、ZK3、ZK4、ZK9、ZK16孔分別進行抽水試驗。其中 ZK3、ZK4為疏干性抽水，抽水時間短且不連續(xù)，在沒有達到穩(wěn)定流量前很快抽干。計算公式如下:

3.2.1 滲透系數(shù) K

式中:R為影響半徑(m);K為含水層滲透系數(shù)(m/d);S為抽水孔降深值(m);Q為抽水井涌水量(m3/d);q為單位涌水量(l/s.m);H為含水層厚度(m);r為抽水孔半徑(m)。

3.2.2 給水度 μ

給水度的計算依據(jù)本次抽水試驗和恢復水位觀測資料，按《供水水文地質(zhì)手冊》中有關(guān)公式計算:

其中:Q抽為抽水時的井出水量(m3/d);Q補為抽水時的補給量或停抽后水位恢復時的補給量(m3/d);μF為單位儲存量(m3);μ為給水度，為補給面積，即降落漏斗影響面積，由影響半徑近似計算(m2);Δs為時段內(nèi)的水位降深(m);Δt為水位持續(xù)下降(抽水)或上升(恢復)的時段(d);

當停止抽水時，Q補=0，則可推出②式，①、②兩式聯(lián)解則可推出下式:

按上述公式計算，得到上部含水層水文地質(zhì)參數(shù)成果如下表2。

通過對 ZK2、ZK3、ZK4、ZK9、ZK16 的抽水試驗結(jié)果，得出以下結(jié)論:南安河一級階地上滲透性差異比較大，通過對ZK3、ZK4的抽水表明局部地段滲透性較差，與ZK2有較大差異。ZK2處于地下水匯集區(qū)，地下水能得到充足的補給，且滲透系數(shù)為1.38m/d，滲透性較好。

K2g K2j K2g K2j K2j淺層風化帶裂隙水0.89 8.81 1.38 6.93 0.026 ZK2 6.5 19.2 12.7 32.7 6.5 0.024 1.24 11.27 1.36 7.28 0.012 ZK9 0.97 20.6 19.63 38.1 0.97 3.56 7.23 0.98 24.66 0.015 ZK16 4.14 9.2 5.06 60.5 4.14 4.26 7.6 1.04 33.18

4 試驗結(jié)果的水文地質(zhì)分析

通過壓水試驗結(jié)果分析，獲得的主要認識:

(1)勘察區(qū)鉆孔壓水試驗表明，勘察區(qū)地層滲透性總體較弱，46%的試段Lu值小于1，為微透水。37%段 Lu值在1～10之間，為弱透水，只有7%段為中等透水。2段壓不進水，試驗段出現(xiàn)頻率統(tǒng)計見圖6。

(2)壓水試驗揭示，勘察區(qū)地層的滲透性具有隨深度逐漸減弱的特征。

(3)ZK1 在 8.7～18.9m 段 Lu值為 17.28 ～21.89，為中等透水;ZK4在 9.7～15m段 Lu值為 35.46，為中等透水;ZK6 在 5.45～16.8m 段 Lu值為 33.34 ～40.72，為中等透水;ZK11 在 11.03～17.2 m 段 Lu值為 54.06，為中等透水。由鉆孔巖芯資料可知，中等透水試驗段主要在灌口組與夾關(guān)組接觸帶之間，風化強烈，巖芯較破碎，以碎塊狀和短柱狀為主，風化裂隙及構(gòu)造裂隙發(fā)育，部分裂隙充填有次生泥。壓水試驗過程中，裂隙中的沖填物被水流沖蝕帶走，造成裂隙寬度增加，加上上覆巖體厚度小，巖體可能產(chǎn)生抬動，使壓水流量增大，透水率也隨之增大(圖6)。

5 結(jié)論

本次勘察用多種試驗方法來確定了預選廠區(qū)地層的水文地質(zhì)參數(shù)，獲得的主要成果基本揭示了廠址區(qū)不同地層、不同位置的地層的滲透性，得出如下認識:

(1)根據(jù)抽水試驗得出 ZK2滲透系數(shù)為 1.36，ZK9為0.44，ZK16為1.04。表明廠址區(qū)地層滲透性不同位置有一定的差異，主要是由于各個位置覆蓋層厚度、巖性差異及裂隙發(fā)育程度不同造成的。

(2)廠址區(qū)Lu值總體具有隨深度逐漸減小的特征，滲透性大多在微透以及弱透之間。

(3)Lu值大于10滲透性較強的段主要發(fā)育在高程418～438.12m的20m深度(K2g與 K2j)接觸帶之間以及淺表覆蓋層帶，該帶滲透性較強，Lu值在17.28～54.06之間。

(4)鉆孔揭示不同位置Lu值差異性明顯，表明地層的滲透性在空間上變化較大。

圖6 中等透水試驗段示意圖

［1］王大純，張人權(quán)，史毅虹，等.水文地質(zhì)學基礎［M］.北京:地質(zhì)出版社，1986.

［2］候龍君，李法軍，祝田多娃.水文地質(zhì)參數(shù)計算方法探討［J］.地下水，2010(06).

Water Medium Permeability Variation Characteristics Contained in the Pre－selected Area of a Nuclear Reactor Aqueous

WANG Jian －lin，LI Xiao
(College of Environment and Civil Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，Sichuan)

The article is based on a brief introduction of hydrological and geological conditions in the pre－ selected areas，mainly through the water pressure test，pumping test and other tests，it got a variety of hydrogeological parameters so that we can analyze changes in pre－zone permeability characteristics of porous media and the formation permeability variation.

Hydrological and geological conditions;the water pressure test and the pumping test

P641.1

A

1004－1184(2012)01－0045－03

2011－07－13

王建林(1985－)，男，貴州遵義人，在讀碩士研究生，主攻方向:水文地質(zhì)。