崔　強(qiáng)，張金功，吳向陽(yáng)，馮詩(shī)源

(1．西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069；2．延長(zhǎng)油田股份有限公司杏子川采油廠，陜西 延安 717400；3．陜西地質(zhì)工程總公司，陜西 西安 710054)

陜北黃土塬地區(qū)油田注水工程水文地質(zhì)勘查研究

崔強(qiáng)1，張金功1，吳向陽(yáng)2，馮詩(shī)源3

(1．西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069；2．延長(zhǎng)油田股份有限公司杏子川采油廠，陜西 延安 717400；3．陜西地質(zhì)工程總公司，陜西 西安 710054)

[摘要]陜北地區(qū)水源匱乏嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)赜吞锏淖⑺_發(fā)。為解決油田注水工程水源不足的問(wèn)題，采用水文地質(zhì)調(diào)查、鉆探、坑探、抽水試驗(yàn)、水質(zhì)檢測(cè)和測(cè)流等一系列方法，查明了注水工程水源地附近的水文地質(zhì)條件，確定了陜北油區(qū)潛水含水巖組的巖性、厚度、富水性及潛水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件、地下水動(dòng)態(tài)特征、開采條件及水化學(xué)等特征，明確了油區(qū)集中供水水源地的位置及取水工程類型并預(yù)測(cè)集水構(gòu)筑物水質(zhì)水量及開采保證程度。此次研究也為其他油田解決集中供水水源地勘察問(wèn)題提供一定的參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]注水工程水源；水文地質(zhì)勘查；含水巖組分布；方案論證；陜北油田

目前，國(guó)內(nèi)外許多油田都采用向油層注水的方法來(lái)保持地層壓力，使油田持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高油田最終采收率[1-2]。陜北地區(qū)石油、煤炭等礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量大，豐富的石油資源開發(fā)帶動(dòng)了地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而陜北地區(qū)注水水源不足，已成為石油開采業(yè)發(fā)展的瓶頸[3]。因此，查明陜北地區(qū)地表徑流和淺層地下含水層富水區(qū)特征，為油田開發(fā)規(guī)劃新的經(jīng)濟(jì)型地表水和地下水集中供水工程，對(duì)解決油田注水水源問(wèn)題具有十分重要的意義。

延長(zhǎng)油田杏子川采油廠為解決譚家營(yíng)與郝家坪油區(qū)的油田注水工程供水水源問(wèn)題，擬在油區(qū)附近范圍內(nèi)尋找供水水源。為查明注水工程附近地區(qū)的水文地質(zhì)條件，需查明潛水含水巖組的巖性、厚度、富水性及潛水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件和水化學(xué)特征，確定各油區(qū)集中供水水源地的位置及取水工程類型，預(yù)測(cè)集水構(gòu)筑物水質(zhì)水量及開采保證程度以滿足油區(qū)集中供水需求。

1自然地理及地質(zhì)概況

杏子川采油廠油區(qū)地處陜北黃土高原北部，海拔1 170～1 521 m，主要地貌為黃土梁峁與河谷階地，平均溝壑密度4.7 km/km2[4]。勘查范圍內(nèi)主要河流有延河及其一級(jí)支流坪橋川支流[5-6]。沉積地層為前第四系及第四系沉積層。前第四系主要是中生界陸相碎屑巖沉積巖系，由老至新依次出露侏羅系中統(tǒng)直羅組及安定組、白堊系下統(tǒng)洛河組，另外還有新生界新近系上新統(tǒng)。第四紀(jì)地層自中更新統(tǒng)至全新統(tǒng)，有沖積、沖洪積及風(fēng)積等沉積成因，廣泛覆蓋于老地層之上[7-8]。本次勘查根據(jù)注水工程的油區(qū)分布范圍及附近地區(qū)的水文地質(zhì)條件，確定了勘查區(qū)范圍：譚家營(yíng)油區(qū)為梁家坪溝至老莊溝的傍延河地段，勘查區(qū)長(zhǎng)8.5 km，寬2.6 km，面積22.1 km2；郝家坪油區(qū)為肖官驛溝至石圪臺(tái)的傍坪橋川地段，勘查范圍長(zhǎng)5.8 km，寬2.5 km，面積14.5 km2。

2勘查區(qū)水文地質(zhì)特征研究

本次勘查依據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查、鉆探、坑探、抽水試驗(yàn)、水質(zhì)檢測(cè)和測(cè)流等一系列工作對(duì)勘查區(qū)水文地質(zhì)特征進(jìn)行了勘查研究。

2.1地下水類型

勘查區(qū)黃土梁峁地下水系統(tǒng)可細(xì)分為4個(gè)亞系統(tǒng)：黃土梁峁?jié)撍畞喯到y(tǒng)、第四系沖積層潛水亞系統(tǒng)、中生界裂隙孔隙潛水亞系統(tǒng)及中生界裂隙孔隙承壓水亞系統(tǒng)。

2.2含水巖組的劃分及富水性

依據(jù)區(qū)內(nèi)地下水賦存狀態(tài)及含水介質(zhì)的地層時(shí)代、成因和巖性，將區(qū)內(nèi)含水層劃分為5個(gè)含水巖組，各含水巖組富水性參照GB/T14538規(guī)定進(jìn)行劃分。

2.2.1黃土梁峁風(fēng)積黃土孔隙—裂隙潛水含水巖組

廣泛分布于黃土粱峁地區(qū)，含水層為中更新統(tǒng)黃土層，儲(chǔ)水條件極差，流量多小于0.1 L/s，屬極弱富水或零星含水，無(wú)集中供水意義。

2.2.2河谷沖積層與下伏基巖風(fēng)化帶孔隙潛水含水巖組

分布于區(qū)內(nèi)延河、坪橋川河及主要溝道的漫灘與I級(jí)階地區(qū)。巖性由含泥質(zhì)的礫卵石層及中細(xì)砂層組成，厚度一般為2～6 m。根據(jù)本次勘探資料表明，延河階地單井出水量為100～500 m3/d，屬較弱-中等富水，水化學(xué)類型多屬SO42-·HCO3-型，礦化度1 g/L左右。

2.2.3白堊系洛河組砂巖裂隙—孔隙潛水含水巖組

此類含水巖組僅分布于譚家營(yíng)勘查區(qū)西北角，含水層為白堊系下統(tǒng)洛河組中—細(xì)砂巖。砂巖巖性較疏松，巨型交錯(cuò)層理發(fā)育，地下水類型多為HCO3-型，礦化度小于1 g/L，水質(zhì)良好。但含水巖組在區(qū)內(nèi)分布范圍及含水厚度較小，富水性較弱，且距離油區(qū)遠(yuǎn)，對(duì)油區(qū)供水意義不大。

2.2.4侏羅系安定組與直羅組砂巖與泥巖風(fēng)化—裂隙孔隙潛水含水巖組

含水層廣布全區(qū)，巖性為侏羅系中統(tǒng)直羅組及安定組砂巖。富水性主要取決于風(fēng)化裂隙發(fā)育程度，溝谷區(qū)強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般0.5～1.0 m，中風(fēng)化帶1～3 m，其次取決于地貌和巖性，梁峁區(qū)因受密集溝谷切割，基巖水水位埋深大，補(bǔ)給條件差，富水性為極弱富水，河谷地區(qū)含水層厚度一般10～20 m，水位埋深淺，具一定匯水范圍，補(bǔ)給條件較好，徑流通暢，相對(duì)比較富水。該含水巖組地下水類型多為HCO3-、HCO3-·SO42-型，礦化度1 g/L左右。

2.2.5碎屑巖類裂隙—孔隙承壓水含水巖組

廣泛分布于全區(qū)基巖風(fēng)化帶之下，含水層主要為侏羅系砂巖，其儲(chǔ)存及運(yùn)動(dòng)條件受構(gòu)造裂隙的嚴(yán)格控制。陜北地區(qū)區(qū)域性斷裂構(gòu)造不發(fā)育，因此承壓水分布有一定局限性。承壓水在河谷地區(qū)的頂板埋深一般在20～30 m，水頭一般略高于上部風(fēng)化帶潛水水位，局部形成自流，總體上管井的單井出水量<10 m3/d，屬極弱富水。另外承壓水水化學(xué)類型普遍為NaCl型水，礦化度>3 g/L，隨著深度的增加，水質(zhì)更差，無(wú)開采利用價(jià)值。

2.3地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄

勘查區(qū)地下水補(bǔ)給方式主要包括大氣降水滲入補(bǔ)給和地表水側(cè)向滲漏補(bǔ)給。地下水的徑流方向和徑流強(qiáng)度等隨地面坡度和含水層巖性不同而異。黃土梁峁區(qū)有限的潛水沿黃土垂直節(jié)理及大孔隙向兩側(cè)沖溝徑流，河谷階地潛水流向一般向河流下游?；鶐r風(fēng)化帶的潛水徑流途徑主要為節(jié)理裂隙，并受巖層層面控制。

排泄方式包括泉水排泄、地下徑流排泄和人工開采排泄等。

2.4地下水水化學(xué)特征

勘查區(qū)內(nèi)第四系沖積層潛水補(bǔ)給來(lái)源較多，水化學(xué)特征相對(duì)較為復(fù)雜。一般情況下，沖積層潛水因含水層顆粒粗，地下水流速快，加之流程短，排泄暢通，地下水礦化度多小于1 g/L，水化學(xué)類型以HCO3-型為主，水質(zhì)普遍較好。但局部地段由于基巖裸露或埋深較小，受高礦化度基巖水的影響，潛水水質(zhì)較差。

2.4.1延河干流區(qū)潛水水化學(xué)特征

選取延河干流上有代表性的傍河調(diào)查取樣點(diǎn)進(jìn)行水化學(xué)類型、礦化度、pH測(cè)定及三線圖分析，結(jié)果如表1、圖2所示。

表1　延河干流流域探井(孔)取樣分析結(jié)果表

由圖可知，延河干流地區(qū)從上游至下游陽(yáng)離子中Ca2+、HCO3-相對(duì)含量處于減小狀態(tài)，Na+、Mg2+及SO42-的相對(duì)含量處于增加狀態(tài)。老莊溝至桃樹灣段的潛水礦化度一般小于1 g/L，水化學(xué)類型以HCO3-、HCO3-·SO42-型為主，水質(zhì)較好；桃樹灣至譚家營(yíng)段蒸發(fā)濃縮強(qiáng)烈，潛水礦化度多大于1 g/L，水化學(xué)類型以SO42-·HCO3-—Ca2+·Na+型為主，水質(zhì)相對(duì)而言較差。

2.4.2坪橋川河谷區(qū)潛水水化學(xué)特征

坪橋川河谷地區(qū)及其支溝第四系厚度變化較大，局部基巖裸露，受基巖中高礦化水的影響，區(qū)內(nèi)潛水水化學(xué)類型比較復(fù)雜。據(jù)本次勘探孔(井)水質(zhì)分析資料，潛水的水化學(xué)類型主要有Cl-—Na+·Ca2+、HCO3-·SO42-—Ca2+·Na+型水，水的礦化度759.2～2 096.3 mg/L，pH值7.0～8.0。水化學(xué)特征總體上有自上游向下游隨著徑流途經(jīng)增加礦化度增大，水質(zhì)逐漸變差的趨勢(shì)。

圖1　延河干流潛水化學(xué)分析三線圖

2.5地下水動(dòng)態(tài)特征

據(jù)水動(dòng)態(tài)測(cè)定資料，延河與坪橋川河漫灘地下水位變化受河水位影響較大。第四系沖積含水層巖性為砂礫石，顆粒粗，導(dǎo)水性好，地下水位變幅1.0～2.0 m，且與河水位幾乎同步變化。水位變化大致趨勢(shì)為8、9月份水位抬升，到3月份受冰雪融化水影響，水位又有抬升，具有雙峰特征。

2.6地下水開采條件

勘查區(qū)基巖風(fēng)化帶厚度小、水質(zhì)差、水量小，故不適用于傳統(tǒng)的管井形式取水。第四系沖積含水層雖然厚度較小，寬度較窄，依靠降水補(bǔ)給能力較差，但滲透性較好，滲透系數(shù)多在0.6～2.0 m/d，當(dāng)取水地點(diǎn)靠近地表河流時(shí)，取水還可激發(fā)河流補(bǔ)給量。因此，根據(jù)勘查區(qū)水文地質(zhì)條件，結(jié)合陜北地區(qū)地下水開采工程經(jīng)驗(yàn)，宜將第四系沖積層及下伏基巖風(fēng)化帶作為勘查區(qū)內(nèi)主要取水目的層。本次水源地均選擇在河流漫灘區(qū)，以傍河取水的滲流井并輔以集水廊道的集水方式開采地下水。

圖2　譚家營(yíng)油區(qū)集中供水水源地水文地質(zhì)剖面示意圖

3水源地建設(shè)方案論證

3.1水文地質(zhì)調(diào)查

通過(guò)對(duì)譚家營(yíng)及郝家坪油區(qū)水源地的勘查及在延河漫灘區(qū)施工的30多個(gè)探井水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果看，集中供水水源地建設(shè)的理想地段地層如下：0～1.8 m為粉土，1.8～5.5 m為砂礫卵石，下伏基巖強(qiáng)風(fēng)化帶厚度1.2 m、中—微風(fēng)化帶厚度1.3 m(圖2、圖3)。含水層主要為卵石層，透水性相對(duì)較好，主孔抽水靜水位0.69 m，動(dòng)水位4.18 m，單井涌水量42～88 m3/d，水化學(xué)類型為SO42-·HCO3-—Na+·Ca2+型，礦化度1 074.9～1 228.6 mg/L。

圖3　譚家營(yíng)油區(qū)集中供水水源地水文地質(zhì)剖面示意圖

3.2取水量評(píng)價(jià)

勘探資料表明水源地建設(shè)理想地段下伏基巖裂隙較發(fā)育，富水性較好，宜將基巖和松散覆蓋層作為整體聯(lián)合開采。本次勘察布置的勘探孔臨近延河及坪橋川河，按照近地表水的潛水完整井流采用弗爾格依米爾公式計(jì)算滲透系數(shù)K如表2、表3所示。

表2　譚家營(yíng)油區(qū)水源地滲透系數(shù)計(jì)算表

表3　郝家坪油區(qū)水源地滲透系數(shù)計(jì)算表

由于基巖風(fēng)化帶和松散覆蓋層作為一個(gè)含水層整體聯(lián)合開采，而探井僅揭穿覆蓋層，因此，開采層綜合滲透系數(shù)K宜選取鉆孔抽水試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，譚家營(yíng)、郝家坪油區(qū)滲透系數(shù)分別取值1.26 m/d、0.90 m/d。依據(jù)工程取水量預(yù)測(cè)計(jì)算公式Q總=Q輻射+Q廊道，輻射井取水量參照《井水量計(jì)算的理論與實(shí)踐》(施普德著，1977年)計(jì)算參數(shù)及涌水量結(jié)果見表4、表5。

表4　譚家營(yíng)水源地輻射井涌水量計(jì)算表

表5　郝家坪水源地輻射井涌水量計(jì)算表

集水廊道取水量預(yù)測(cè)采用裘布依完整潛水井流和達(dá)西公式計(jì)算。計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見表6、表7。綜合以上出水量計(jì)算結(jié)果，譚家營(yíng)供水水源地的取水能力為4 854.8 m3/d，郝家坪油區(qū)集中供水水源地的出水量為2 103.9 m3/d，能夠滿足兩油區(qū)注水工程的需水目標(biāo)。

表6　譚家營(yíng)水源地集水廊道涌水量計(jì)算表

表7　郝家坪水源地集水廊道涌水量計(jì)算表

4結(jié)語(yǔ)

(1)陜北黃土高原油區(qū)含水層可劃分為5個(gè)含水巖組，其中黃土梁峁風(fēng)積黃土孔隙—裂隙潛水含水巖組、白堊系洛河組砂巖裂隙—孔隙潛水含水巖組及碎屑巖類裂隙—孔隙承壓水含水巖組富水性較弱，河谷沖積層與下伏基巖風(fēng)化帶孔隙潛水含水巖組及侏羅系安定組與直羅組砂巖與泥巖風(fēng)化—裂隙孔隙潛水含水巖組含水較豐富，水化學(xué)類型多屬SO42-·HCO3-型，礦化度1 g/L左右，可作為注水工程取水的含水巖組。

(2)陜北油區(qū)基巖風(fēng)化帶厚度小、水質(zhì)差、水量小，不適用于傳統(tǒng)的管井形式取水，應(yīng)在河流漫灘區(qū)，以傍河取水的滲流井并輔以集水廊道的集水方式開采地下水。

(3)通過(guò)對(duì)水源地建設(shè)方案的論證，建設(shè)集中供水水源地理想地段的含水層主要為砂礫卵石層，透水性較好，單井出水量可達(dá)40 m3/d以上，水化學(xué)類型為SO42-·HCO3-—Na+·Ca2+型，礦化度1 000m g/L左右，計(jì)算的輻射井和集水廊道的涌水量可以滿足油田注水工程水量的需求。此次供水水源地的勘查研究也為陜北其他油田解決集中供水水源地勘察問(wèn)題提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]李道品.低滲透砂巖油田開發(fā)[M].北京:石油工業(yè)出版社.1997.

[2]孫景民,高翔.油田采出水回注地層的可行性研究[J].鉆采工藝.2002,25(4):42～46.

[3]葛芬莉.延長(zhǎng)油田東部區(qū)域注水水源配置方案分析[J].陜西水利.2015,(1):23～26.

[4]陜西省區(qū)域地質(zhì)志[R].陜西省地質(zhì)局.1982.

[5]延安地區(qū)地下水資源勘查報(bào)告[R].陜西省地質(zhì)局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì).1970.

[6]安塞縣譚家營(yíng)—沿河灣河谷區(qū)水文地質(zhì)普查報(bào)告[R].陜西省地質(zhì)局第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì).1973.

[7]鄂爾多斯盆地地下水勘查研究[R].國(guó)地質(zhì)調(diào)查局專報(bào).2007.

[8]陜西省環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].陜西省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì).2000.

Research on Water Source Exploration of Oil Field Water Injection Project in the Loess Plateau Area of Northern Shaanxi

CUIQiang1，ZHANG Jin-gong1，WU Xiang-yang2，F(xiàn)ENG Shi-yuan3

(1.Department of geology, Northwest University/ State Key Laboratory of continental dynamics Xi'an，710069 Shaanxi；2.Xingzichuan oil production plant of Yanchang oilfield co.,LTD Yan’an，717400 Shaanxi；3.Shaanxi Geological Engineering Corporation Xi'an，710054 Shaanxi)

Abstract:The water shortage in the north of Shaanxi province seriously restricts the development of water injection in the local oilfield. In order to solve the problem of water shortage in oilfield’s water injection project, a series of methods, such as hydrogeological investigation, drilling, test pitting, pumping test, water quality detection and flow measurement, were used to find out the hydrogeological conditions near the water source area of water injection project, and to determine the characteristics of lithology, thickness, water yield property, phreatic recharge, runoff, drainage, groundwater dynamic characteristics, mining conditions and water chemistry in the north Shaanxi oil region, and to make clear the location of centralized water supply sources and the water intake project types and to predicte the water content and water quality of catchment build and exploitation-guarantee degree. This study also provides a reference for other oil field to solve the problem of the water source prospecting.

Key words:Water supply engineering；hydrogeological exploration；distribution characteristics of water-bearing formation；scheme demonstration and oil field of North Shaanxi.

[收稿日期]2016-02-02

[基金項(xiàng)目]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“非常規(guī)能源礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)”基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃項(xiàng)目(12120113040700)和延長(zhǎng)石油股份有限公司科研項(xiàng)目(ycsy2013ky-B-03)

[作者簡(jiǎn)介]崔強(qiáng)(1985-)，男，山東濰坊人，在讀博士研究生，主攻方向：油氣田勘探與開發(fā)。

[中圖分類號(hào)]P618.130.2

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0236-04