西北干旱缺水地区供水水文地质勘查技术方法

张绪芬

(甘肃省地勘局第四地勘院,甘肃 酒泉 735000)

位于甘肃敦煌盆地与新疆罗布泊盆地之间的广阔区域是西北严重干旱缺水地区之一,尤其是淡水资源更为贫乏。因其蕴藏着丰富的矿产资源,近年来随着矿业开发的不断扩展,矿山选矿用水量成倍增加,更使该地区极不丰富的地下水资源显得尤为短缺。受当地铜镍矿区有关单位委托,我院2008年度承接完成该矿区区域供水水文地质勘查项目,由于找水思路明确,技术方法得当,从而在较短时间内圈定了富水地段,为矿区提交供水量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,在矿区半径 100 km范围内寻找并确定了可供矿区利用的地下水资源。经充分研究区域水文地质资料并进行实地踏勘,确定在矿区东南方向的阿其克谷地新生界凹陷带做为矿区供水水源地极具可能性。勘查区中心位置距矿区直线距离约 60 km,面积约2 200 km2,其地形为长 68～75 km、宽 25～36 km的狭长地带。初步查明勘查区地下水的分布和形成条件,以及含水层(组)的富水性及水化学特征,圈定了富水地段。通过对地下水资源进行初步评价,为矿区选矿供水提供了水文地质依据。通过施工勘探孔和探采结合井,确定了在目前所施工的探采结合井技术参数(要素)条件下长距离取水完全能够满足矿区选矿所需的供水量5 000m3/d以上的要求。

本次区域供水水文地质勘查工作共设计施工探采结合井 6眼,其中 2眼探采结合井因涌水量偏小,后续取水利用价值不大,故未进行二级扩孔和成井,仅做为观测孔使用。另 4眼探采结合井单井涌水量在 30～40m3/h范围内。考虑长距离供水管线损耗,建议后续供水水源地开发可在现有 4眼探采结合井基础上于勘查区富水地段再布设施工 6眼供水井,即可获得选矿所需的5000 m3/d以上的供水量。

2 工作部署的依据和原则

本次勘查工作部署,依据与委托单位签订的勘查合同,参照国家现行的《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001)和《供水管井技术规范》(GB50296),并遵循以下基本原则:

坚持在充分收集和研究前人成果资料及遥感解译基础上合理布置勘查工作,在供水前景较好地段加密布置;在条件允许情况下,勘查重点尽量靠近矿区选矿厂区,以缩短供水距离,最大限度地节约水源地开发成本;勘查工作以寻找水源为目的,在可能和兼顾情况下,尽量满足有关规范要求但不拘泥于规范要求;勘查工作以地下水系统理论为指导,充分采用遥感、物探、信息分析等手段,吸收引进地下水勘查和评价的新技术、新方法,相互补充和验证,以提高勘查工作的科技含量和成果表达方式的现代化。

3 工作方法

本次供水水文地质勘查工作综合采用了遥感解译、水文地质测绘、物探(EH-4电导率成像系统、水文物探测井)、钻探(包括成井工艺)、抽水试验、探井、水土样采集、地下水动态观测、工程测量、资料收集及室内综合分析整理等技术手段,取得了较好的勘查效果。

3.1 遥感解译

采用高分辨率的 BTM卫星相片进行解译,了解勘查区内地貌、地层分布、水系发育情况以及植被、环境水文地质状况,从而为地面调查线路的布置提供科学依据。

3.2 水文地质测绘

在勘查区域内开展 1:100 000比例尺水文地质调查,控制面积约2 200 km。调查线路主要垂直于谷地和沿冲沟方向布置,主要调查地层岩性、潜水埋藏条件、水质特征和植被发育覆盖情况,同时进行遥感解译的实地验证。为揭露工作区潜水水位,根据需要布设了一定数量的探井,探井施工深度在 2.0～5.0 m范围内。

3.3 物探及测井

物探工作采用了EH-4电导率成像系统,用以查明工作区地层结构和地下水在垂直和平面方向上的分布及变化特征。点距一般为 250～500 m,控制深度为 250～300m,同时视具体情况布设了少量的检查点。测井工作采用了综合水文物探测井仪,用以划分地层,判别含水层位置,为钻探成井提供依据。

3.4 钻探及成井

为查明含水层结构、厚度、富水性及水质情况,评价勘查区地下水资源量,同时考虑尽量一孔多用,探采结合,满足矿区取水要求。此次水文地质勘探孔全部设计成探采结合孔(井),二级扩孔成井。第一级孔径 Ф250mm,钻至设计孔深后,先进行物探测井、水文地质观测、提筒试验等工作,在涌水量满足要求具有后续利用价值的情况下再进行二级扩孔和成井,否则终止施工,仅做为观测孔只用。第二级扩孔孔径即最终孔(井)径 Ф600 mm,成孔后根据含水层位置合理设计并按规范要求下入 Ф325mm井管和滤水管。抽水试验观测孔孔径 Ф350 mm,成孔后下入 Ф146 mm钢管和滤水管。以上所有钻孔(井)其控制深度均达到 240～250m。

3.5 抽水试验

用以了解含水层的富水特征,求取水文地质参数,为水资源评价提供参数依据。实际勘查工作中按规范要求对水文地质勘探孔分别进行了单孔抽水试验,之后进行了 1个勘探孔带 2个观测孔的 2～3落程多孔抽水试验。

3.6 工程测量

为准确测量各类勘查点尤其是钻孔、探井的平面坐标和高程,为地下水资源计算和评价提供必要地技术支持,我们在重要工程点均进行了工程测量。

3.7 样品采集

水样采集主要用以了解地下水的水理性质和化学成分,为评价地下水水质提供依据。现场按设计要求分别采取了一定数量的全分析水样和简分析水样,主要采集层位为承压水及潜水,采集地点为钻孔、探井及泉点。经室内化验证明勘查区地下水矿化度在 4.6 g/L以下,其它指标亦达到工业用水标准。

土样采集主要用以了解地层中的可溶盐及颗粒大小等,特别是划分咸淡水界面。实际勘查工作中按设计要求主要在钻孔中采集,室内进行可溶盐分析。

3.8 地下水动态观测

按规范要求,在水文地质详查阶段应有不少于一个枯水季节的地下水动态观测资料,为地下水资源评价提供技术支持。实际工作中考虑到该区以往研究程度较低,故安排了 4个月的地下水动态观测。

3.9 地下水资源量计算

地下水资源量采用断面法和解析法进行计算。经计算,勘查区地下水年补给量可达 3200万 m3/a,允许开采量 360万 m3/a,完全可以做为矿区供水水源地开采使用。

3.1 0 资料收集和报告编制

主要收集有关气象、水文、水利、地质、水文地质、遥感、物探、测量、生态地质环境及国民经济发展规划等方面的资料,最后进行勘查报告的编制,向甲方提交水文地质勘查报告及相应的附图、附表、附件等技术资料。

4 勘查技术方案的对比和确定

本着一切为用户着想、以降低成本和投入为出发点,根据工作侧重点的不同,我们在勘查初期设计了两个不同的技术方案,其工作项目、设计工作量及实际完成工作量如表 1所示。

以上两个勘查技术方案对比具有如下特点:

第一方案设想在达到找水目的的同时,尽可能减少钻探工作量,降低成本和投入;第二方案设想在达到找水目的的同时,尽可能满足规范要求,提高勘查成果的研究精度。

两方案技术经济效果对比如表 2所示。

经委托单位对两个技术方案从技术效果、经济投入等方面进行评判、预估,最后确定第一方案为执行方案,由我方组织实施。根据本次水文地质勘查工作的任务和目的,我方自2008年 2月份开始投入工作,至 11月份提交供水水文地质勘查报告,勘查工作总周期为 10个月。施工期内完成的主要实物工作量、工作顺序及进度如表 1和表 3所示。

表1 设计及实际完成工作量一览表

表2 技术经济效果对比表

通过对工作区进行综合水文地质勘查,确定该铜镍矿区供水水源地选择在阿其克谷地是切实可行的,它是距离矿区最近、唯一具有供水前景的找水靶区。勘查工作中通过优化技术方案,设计并施工的具有利用价值的勘探孔全部为探采结合井,可为后续矿区水源地开发利用。此举虽然在供水水文地质勘查阶段资金投入较大,但为水源地建设工程节约了资金、降低了成本,综合比较效益明显。本次区域供水水文地质勘查范围及拟建水源地距离矿区选厂虽然偏远,但在西北干旱缺水地区进行长距离取水是不乏先例的,在供水技术和工艺上亦是可行的,在确定地下水资源开发规划基础上即可着手进行水源地建设和地下水开采工作的部署和实施。

[1]GB 50027-2001.供水水文地质勘察规范,2001-7-4.

[2]GB 50296-99.供水管井技术规范,1999-10-1.

[3]GB/T14848-93.地下水质量标准,1993-12-3.

[4]王云智,周金玲.综合找水技术在塔河油田区供水勘察中的应用 〔J〕.地下水,2006,(6).

[5]韩子夜,武毅,杨进生,叶成明.西部严重缺水地区地下水勘查技术方法体系研究〔J〕.水文地质工程地质,2007,(2).

[6]王皓,周东辉,王丽云.论北方中、小型地下水水源地水资源量及可开采量核算法〔J〕.地下水,2007,(1).