湯自華

貴州西北高原臺地威寧縣地下水機井工程成井條件及維護建議

湯自華1，2

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000；2.貴州淺層地溫能開發(fā)有限公司，貴陽 550000）

結(jié)合貴州威寧縣地下水機井施工，針對地下水機井工程成井水文地質(zhì)條件、施工工藝、成井結(jié)構(gòu)及下管人為操作等進行重點分析。探討對地下水機井進行修筑井臺、避免地下水污染、定期檢查、經(jīng)常清洗等日常維護。地下水開發(fā)利用應注意：科學合理開采、地下水動態(tài)觀測、建立機井回訪制度、水井保護等。

地下水；機井；成井條件

1 工程概況

威寧縣位于貴州西北部的高原臺地，海拔1185～2880m，最高點在西南部海拉鄉(xiāng)平箐梁子，海拔2880m，最低點于北部石門鄉(xiāng)洛澤河出省界處，海拔1185m，高差1695m。幺站-秀水-迤那一線北東面為長江水系；南西面為珠江水系。境內(nèi)以溶蝕峰叢洼地、峰叢溝谷為主，縣城周邊為緩丘谷地，海拔2230m左右，為典型的貴州高原臺地，高原湖泊草海處于臺地中部平緩低洼地帶 (圖1)。

2014年在威寧縣施工機井10口，成井９口，干孔１口。其中石炭系下統(tǒng)上司組（C1sh）石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖６口；擺佐組（Cb）白云巖夾灰?guī)r2口；石炭系下統(tǒng)舊司組（C1j）泥灰?guī)r夾炭質(zhì)泥巖、薄層煤及中統(tǒng)黃龍組（C2h）石灰?guī)r各1口。上司組（C1sh）分布區(qū)機井全成井；機井F752為干孔，分布于擺佐組（Cb）白云巖夾灰?guī)r區(qū)，地下水形成管道流，鉆孔未揭露到地下水主徑流帶；其余含水巖組中機井均成井（表1）。

表1 地下水機井數(shù)據(jù)統(tǒng)計一覽表

2 機井工程技術(shù)路線

施工使用SPJ-300型磨盤鉆機為主，XY-4、XY-5型鉆機為輔，配備英格索蘭XHP1070WCAT型空壓機，深井潛水泵等。使用φ280mm鉆頭開孔，深10m，下入φ273mm無縫鋼管固井止水（管底嵌入完整巖石3～5m）；成井段口徑φ225mm，深50m，下入φ219mm篩管（濾水管）保護孔壁；沉沙段口徑φ175 mm（深100m）～150mm（深150m），若孔壁巖石完整則不需下管護壁（圖2）。水質(zhì)分析項目為全分析、特殊分析、氰酚分析及細菌分析。觀測靜止水位穩(wěn)定后，做三次降深抽水試驗。根據(jù)抽水設(shè)備能力確定最大降深，后兩次分別取最大降深值的2/3、1/3（中國地質(zhì)調(diào)查局，2012）。抽水試驗三次降深穩(wěn)定延續(xù)時間分別為24h、16h、8h，試驗完成后，進行水位恢復觀測，觀測至接近靜止水位。

3 地下水機井成井條件

3.1 水文地質(zhì)條件

工作區(qū)以溶蝕緩丘洼地、緩丘谷地、峰叢溝谷及峰叢洼地為主，地下水總體由南西至北東徑流。

圖1 威寧縣2014年地下水機井工程水文地質(zhì)略圖

1.剖面線及編號；2.地下水機井（左上：機井編號,左下:孔深m；右上：實抽涌水量m3/d，右下：降深m-靜止水位m）；3.下降泉：左-編號，右-流量L/s；4.落水洞；5.巖溶洼地；6.河流及流向；7.地下河管道；8.地下水流向；9.水庫；10.斷層編號及傾向（數(shù)字為傾角）；11.推測斷層；12.背、向斜軸；13.巖層產(chǎn)狀（數(shù)字為傾角）；14.高程點（數(shù)字為標高m）；15.地層分界線及地層代號；16.村寨；17.公路

圖2 鉆孔井身結(jié)構(gòu)

含水巖組分布及埋藏特征：上、中部以石灰?guī)r及白云巖為主，地下水豐富，埋深較淺，利于機井開采利用；底部為泥巖、頁巖及泥質(zhì)灰?guī)r，為隔水層。地下水易于儲存在石灰?guī)r及白云巖形成的寬緩、低洼谷地中，形成地下水富集區(qū)。區(qū)內(nèi)地下水類型：上司組（C1）石灰?guī)r夾白云巖及擺佐組（C1）白云巖夾灰?guī)r賦存溶洞-裂隙水，富水性局部均勻；馬平組（C2）、黃龍組（C2）及湯粑溝組（C1）為裂隙-溶洞水，富水性極不均勻；舊司組（C1）底部泥巖及祥擺組（C1）頁巖富水性弱，為相對隔水層（韓至均，金占省，1996）（圖3）。

圖3 地下水機井工程A-A'水文地質(zhì)剖面圖

1.二疊系樂平統(tǒng)龍?zhí)督M；2.二疊系陽新統(tǒng)峨嵋山玄武巖組；3.二疊系陽新統(tǒng)棲霞、茅口組；4.二疊系陽新統(tǒng)梁山組；5.石炭系上統(tǒng)馬平組；6.石炭系上統(tǒng)黃龍組；7.石炭系下統(tǒng)擺佐組；8.石炭系下統(tǒng)上司組；9.石炭系下統(tǒng)舊司組；10.石炭系下統(tǒng)祥擺組；11.石炭系下統(tǒng)湯粑溝組；12.地下水機井：Q:涌水量（m3/d），S:降深（m）底為孔深（m）；13.上：機井編號；下：井口高程（m）14.斷層及編號；15.泥巖；16.粉砂巖；17.玄武巖；18.石灰?guī)r；19.泥灰?guī)r；20.含泥質(zhì)灰?guī)r；21.含燧石灰?guī)r；22.白云巖

選取典型性機井的成井條件作進一步探討分析：

F716機井：位于峰叢溝谷靠山腳，4m以上為粘土層，4.0～48.6m為上司組（C1）灰?guī)r夾白云巖，48.6～150.6m為舊司組（C1）泥灰?guī)r及黑色炭質(zhì)泥巖。裂隙段為47.0～47.3m（主要含水段）、102.0～102.2m。下管前機井涌水量296.0m3/d，不慎將Ф219mm實管下入46.81～50.50m段，阻擋含水裂隙段47.0～47.3m的主要來水，機井涌水量明顯變小為52.7 m3/d（表1、圖3），施工中失誤教訓深刻。

F622及F709機井：位于草海河右岸，F(xiàn)709處于下游，兩機井井口高差60m，均屬溶蝕緩丘河谷地貌。F622機井：揭露粘土層厚4.10m，4.10～156.32m黃龍組（C2）灰?guī)r，處于F2及F3斷層交匯處，裂隙較發(fā)育，孔深15.0～15.25m、23.10～24.30m（溶洞段見表1）、 34.10～34.30m及107.40～107.50m為裂隙、溶洞段，地下水豐富；地下水埋深4.5 m，降深3.8m，涌水量達392.1 m3/d。F709機井揭露11.0m以上為粘土層，11.0～169.67m上司組（C1）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖，30.20～39.70m為間斷性溶蝕裂隙，富含裂隙水；機井處在緩斜坡一帶，距草海河谷150m，高出河床20m，受F1、F4斷裂阻水作用，形成地下水獨立富集區(qū)；地下水埋深8.7m，降深41.7m，涌水量126.23m3/d。兩口機井地下水均受斷裂構(gòu)造控制明顯，斷裂帶具阻水性，兩條斷裂交匯組合形成地下水阻水邊界，在阻水邊界上游區(qū)易形成地下水集中富水塊段，富水塊段內(nèi)地下水豐富。

KH090井：位于“大坪子”背斜北西翼，相互平行的F5與F6斷層間，斷層為南西-北東走向。井位靠近于F6斷層帶，淺表巖溶較發(fā)育，揭露18.60～20.50m、26.3～28.50m為裂隙、溶洞段；2011年8月作抽水試驗，地下水埋深22.0m，降深28.9m，涌水量554.34 m3/d?？菁境樗囼灒叵滤裆?5.6m，下入深井潛水泵至110m抽水，抽15分鐘后斷流。豐、枯季地下水水位埋深及涌水量變化極大。2014年9月在位于KH090干孔南側(cè)約800m處尖山口子又施工機井F710，處于“大坪子”背斜傾伏端，裂隙較發(fā)育，揭露7.2～156.3m為上司組（C1）灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖，15.0～30.6m、41.3～60.7m為間斷性溶蝕裂隙。孔內(nèi)水位埋深0.7m，降深1.2m，出水量628.99 m3/d；枯季地下水水位下降至33.0 m，枯季抽水試驗：降深25.6 m，涌水量僅220.49 m3/d。

通過KH090、F710兩鉆孔在豐、枯季的涌水量及水位變化情況，說明斷裂構(gòu)造及褶皺構(gòu)造對地下水控制作用明顯，構(gòu)造部位不同，地下水富集程度差異明顯，在淺表巖溶強烈發(fā)育區(qū)地下水動態(tài)變幅極大。

F635、F636及F694三井：均位于溶蝕緩丘谷地，地形相對開闊平坦。F635、F636含水巖組為上司組（C1）灰?guī)r夾白云巖，F(xiàn)694為擺佐組（C1）白云巖夾灰?guī)r。受下伏巖層舊司組（C1）泥巖、炭質(zhì)泥巖（厚400余米）阻隔作用（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1987），地下水儲存、運移于隔水層之上的碳酸鹽巖裂隙中（圖3）。F635、F636及F694地下水埋深分別為0.20m、2.20m、6.80m，降深分別為5.70m、1.20m、4.50m時，各機井涌水量均達542.51m3/d（6.279L/s）,流量及水位穩(wěn)定延續(xù)時間均超過24小時。在平緩谷地，受地層巖性及地形控制，地下水相當豐富，水位埋藏較淺，利于機井開采地下水開發(fā)利用（表1、圖1）。

一年級結(jié)束之后，二年級的語文教學就要求老師教學生查字典，在語文教材的“語文園地二”中，就提及部首查字法。這是教學生怎樣使用工具書，算得上二年級上半學期的教學重點之一。在二年級下冊的語文教材中，并沒有提到查字典的另外一種方法——音序查字法。在這種情況下，老師就可以利用微課給學生展示音序查字法，讓學生獲得更多知識。

F752機井處于溶蝕峰叢洼地靠山腳一帶，井口海拔2210m，侵蝕基準面高程1960m與F752孔口高差250m，使孔位區(qū)地下水埋深較大，鉆孔揭露1.20～152.74m擺佐組（Cb）白云巖夾灰?guī)r,未揭露到溶隙、溶洞段，為干孔。F694機井與F752比較：地下水除受地層巖性控制外，還受地形地貌控制明顯（圖1）。

3.2 施工工藝

采用空氣潛孔錘鉆進，氣舉正、反循環(huán)鉆進工藝。工藝特點：工期短，效益高；缺點：松軟土層或較厚的軟巖地段，容易產(chǎn)生孔壁垮塌、卡鉆及埋鉆等事故；機井鉆進深度受空氣壓縮機的空氣壓力大小限制。另孔內(nèi)水柱壓力及孔內(nèi)涌水量大小亦影響孔內(nèi)排渣，排渣能力的大小直接影響和控制機井鉆進深度（賈玉川，2016）。

3.3 成井結(jié)構(gòu)及下管人為操作

在機井成井段0～50m通常下入Ф219mm濾水管；鉆探施工中，鉆探班報表必須標明孔內(nèi)裂隙、溶洞段發(fā)育的具體孔深段，為孔內(nèi)下入濾水管或無縫實管提供詳細準確的數(shù)據(jù)，特別注意：在孔內(nèi)出水裂隙段或溶洞段，必須下入濾水管，吸取下入無縫實管造成F716號機井涌水量明顯變小的深刻教訓。

4 地下水機井的使用和維護

4.1 修筑井臺

井臺可以使用砂石混凝土澆筑，井臺形狀通常為等腰梯形，上底0.4m，下底0.5m，四個梯形面圍合成一個上小下大的井臺，井臺高度0.3m，井臺頂、底面為正方形，邊長分別為等腰梯形的上、下底長度值；修筑井臺是加固及保護井口管，為下入深井潛水泵及泵管提供井口平臺。

4.2 避免地下水污染

防止人類活動對地下水造成污染，將機井作為中心，20m半徑內(nèi)，不能設(shè)有廁所、糞堆、垃圾堆和污水池等。

4.3 定期檢查

檢查井臺是否完好，井管是否暢通。對于輸水管、電纜線以及電源控制開關(guān)等進行檢查，查看是否完好，觀察是否存在漏水、漏電等。

4.4 經(jīng)常清洗

當機井使用1～2年后，需要對機井通孔撈砂及清洗一次，采用常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進設(shè)備及配備空氣壓縮機可達到孔內(nèi)排渣、清洗目的。

5 地下水開發(fā)利用應注意的問題

1）科學合理開發(fā)利用。地下水資源不能超量開采，必須做好規(guī)劃，分區(qū)、分時段控制開采量，做到科學合理開發(fā)利用。

2）動態(tài)長期觀測。機井開采利用期間，需進行地下水長期動態(tài)觀測，為地下水的合理開采提供資料依據(jù)。

3）建立機井回訪制度。機井施工單位，需建立機井使用回訪制度，充分了解機井使用情況，有利于今后機井施工工藝和施工程序作出進一步的改進。

4）水井保護。合理設(shè)置機井地下水保護帶。

6 結(jié)論

通過威寧縣多口機井水文地質(zhì)條件相互比較分析得出：地下水機井涌水量大小及水位埋深情況受地形地貌、地層巖性及斷裂、褶皺構(gòu)造控制明顯；機井出水裂隙段出水能力受裂隙發(fā)育規(guī)模及連通性影響外，還與施工人為操作在井內(nèi)下入濾水管或?qū)嵐荜P(guān)系密切，出水裂隙段誤下入實管造成機井涌水量明顯變小的深刻教訓。通過對機井成井條件及富水規(guī)律分析，為今后在水文地質(zhì)條件相似區(qū)尋找地下水有一定的參考借鑒意義。

中國地質(zhì)調(diào)查局．2012．水文地質(zhì)手冊[M]．北京：地質(zhì)出版社，445-460．

韓至均，金占?。?996.貴州省水文地質(zhì)志[M]．北京：地震出版社，58-220．

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局．1987．貴州省區(qū)域地質(zhì)志[M]．北京：地質(zhì)出版社，196-228．

賈玉川．2016．貴州巖溶地區(qū)地下水成井中針對溶洞的鉆進技術(shù)對策[J]．資源信息與工程，31（3）:51-52．

Well Completion Condition andMaintenance of Motor-Pumped Well Engineering in Weining, NorthwestGuizhou (Plateau Platform)

TANG Zi-hua1,2

(1-The 114th Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000; 2- Guizhou Shallow Geothermal Energy Development Co. , Ltd., Guiyang 550000)

This paper deals with hydrogeologiocal conditions, construction technique and completion structure and artificial operation of downhole pipe of motor-pumped well engineering construction of wells, groundwater pollution protection, check and clean regularly, scientific and rational exploitation and dynamic observation of groundwater, well return visit system and well protection in Weining, northwest Guizhou (plateau platform).

groundwater; motor-pumped well; well completion condition; Weining, Guizhou

2020-01-04

湯自華（1976-），男，貴州貴陽市人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)及地熱資源勘查開發(fā)工作

P641.8

A

1006-0995（2021）01-0082-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.016