综合勘测技术在井位选择中的实践与应用

  1概述

 

  机井工程是开发利用地下水资源的主要构筑物，水井钻探是开发利用地下水资源所采取的一项技术手段，在干旱半干旱的中西部地区，机井工程不仅是农田灌溉的主要水利设施，也是城乡供水的主体水源工程。 自20世纪六、七十年代始，西部地区结合人饮解困、节水灌溉等工程项目打凿机井，积极开发利用地下水资源，取得了一定的成效。但在实施过程中，由于缺乏科学的找水方法，仅凭经验盲目选择井址，成孔率差，易打干孔 废孔，造成很大的人力、财力浪费，也使一些项目无法按计划实施，给区域经济发展和人民生活水平提高带来负面影响。因此，探索适宜的物探方法，准确探测各区域地下水赋存状况，提高机井成孔率，是开发利用地下水资源亟待解决的先决问题。

 

  2综合井位勘测方法及创新点

 

  2.1工作方法

 

  针对区域地貌实际，经过实践摸索，在勘测井位时采取“地质+地面物探+钻探”的综合勘测方法，即在充分调查区域水井、地层、岩性、地形、地貌、地质构造及地下水的储藏、运移规律的基础上，根据水文地质条件布置物探工作。地球物理勘探优化组合了激发极化法和电测深法两种物探技术。激发极化法测量地层的富水性，在面上初选井位，电测深法了解不同地层的岩性，由此确定含水层及埋深，从而达到选定富水井位的目的。钻探根据视电阻率值确定含水层位置及厚度，估计单井出水量，正确指导下管成井。

 

  2.2找水原理

 

  （1）激发极化法：是以岩、矿石的激电效应差异为基础，通过观测和研究地质体在人工电场激发作用下产生的极化电场（又称二次电场）的变化规律，测定地下不同土层或岩层的视电阻率、 极化率、激发比、衰减度、半衰时来研究地层的性质、厚度、富水地段。供电 电极采取等比对称四极布置， AB∶MN=3∶1。

 

  （2）电测深法：根据视电阻率不同了解不同地层的岩性、厚度、地下水质等情况，由此确定含水层及埋深。

 

  （3）井孔电测法：采用底部梯度电极系A2.0M0.25N电测深。供电电极A和测量电极构成电极系，下入井孔中，供电电极B放入泥浆池，由于B极距离MN相当远，可看成无穷远，接通电源后，B电极所形成的电场对MN电极没什么影响，而井中A电极所形成电场，在MN间产生电位差， 即可得视电阻率值。根据视电阻率确定各含水层位置及厚度，划分咸淡水层，估计单井出水量，正确指导下管成井工作。

 

  2.3主要技术创新点

 

  （1）以水文地质调查为基础，地球物理勘探为手段，使井位勘测取得了事半功倍的效果。在每选一处井位之前，首先详细查阅该区的水文、 地质资料及以往成井资料，充分了解该区域地形、地貌、地层、岩性、地质构造及地下水的赋存、运移规律，根据水文地质条件初选成井区域，定量在富水带布置井位物探工作，减少了盲目取点物探的工作量，节省了人力、财力，取得了事半功倍的效果。

 

  （2）采用综合物探方法，提高了物探资料的解释精度和可靠性。由于各种物探方法的应用都依据一定的物理前提，且地质、地球物理条件和边界特征对测试成果具有较大的影响，使得这些方法技术存在一定的条件性和局限性。优化组合激发极化法和电测深法两种物探技术，可以相互佐证，取长补短，提高了物探资料解释精度和可靠性。

 

  （3）辅以钻探方法补充论证，提高了成井率和成井质量。在选定井位上完成第一钻后，即进行井孔电测，绘制电测曲线进行分析，以划分地层，确定含水层和相对隔水层的位置和厚度，估算钻孔涌水量，以确定钻孔是否能下管及测定滤水管的有效长度，正确指导下管成井工作，保证了成井率及成井质量。

 

  3项目实施成果及应用实例

 

  自2002年施测以来，通过应用此方法在岐山地区已成功探测井位72眼，其中农业灌溉井57眼， 人饮解困水源井12眼，工业用井3眼，成孔率达到95.7%，大大降低了废孔损失，也为改善农村基础设施、促进区域经济发展发挥了重要作用。下面就以岐山县青化镇农业综合开发项目涉及的机井井位勘测为例进行分析解释。

 

  3.1项目区水文地质条件及找水规律

 

  岐山县青化镇农业综合开发项目区位于黄土塬与洪积扇交界处，潜水位埋深15m～45m，部分地区有较好的上层滞水，单井出水量30m3/h～60m3/h，地下水主要受大气降水及地表水灌溉回归补给，深部承受上游渭河、千河河流补给，地层描述为砂、砾石、黄土及古土壤，主要含水层为砂、砾石类。

 

  3.2井位勘测

 

  青化镇农业综合开发项目共涉及6个村10个村民小组的12眼机井勘测任务，现选取青化镇南武村中东组机井勘测为例进行分析解释。

 

  3.2.1工作布置

 

  在南武村中东组村东300m处布点进行地面物探，供电电极距AB/2与测量电极距MN/2之间采用三比一温纳尔等比装置，最大供电极距AB/2为180m，在同一供电电极上一次供电30s，测量视电阻率ρs、极化率ηs、激发比Js、衰减度Ds等多项参数。

 

  3.2.2资料解释

 

  根据所测数据绘制各参数曲线，如图1、图2、图3、图4、图5。 由地面物探曲线分析看：潜水18m处，视电阻率ρs曲线有转折，对应的富水曲线极化率ηs、激发比Js、衰减度Ds突变，极化率ηs最大值为1.24，激发比Js最大值为1.08，衰减度Ds最大值为87。110m～150m处，ρs曲线又发生转折，相应的极化率ηs、激发比Js、衰减度Ds也有转折，极化率ηs最大值为1.57，激发比Js最大值为1.22，衰减度Ds最大值为77.7，说明此时地层发生变化。从而表明，该物探点从18m处进入潜水，主要含水层在110m～150m之间，而且富水程度较强，井位选在此处比较合理可靠。

 

  对应的再看井孔电测曲线：从20m开始电测，视电阻率ρs大，表明此处地层岩性颗粒大，有一定含水，但含水量不大，因为曲线没有很大突变，直到110m，地层没有大的变化，说明岩性主要为粘土、结核交替出现，没有主要含水层。但从110m～150m处曲线出现四次大的改变，分析表明主要含水层就在此处，厚度大约为11m。根据掌握的含水层位置，合理排管，以充分利用含水层，达到最佳出水效果。

 

  由以上分析看出，地面物探与井孔电测结论基本吻合，说明此井选址科学合理，技术可靠。

 

  采用“地质+地面物探+钻探”的井位勘测方法，在岐山先后成功探测井位72眼，科学指导钻井成井工作。结合这些新打成的机井，先后建成了青化、益店、凤鸣、北郭等多处高效农业节水灌溉示范园区，发展节水灌溉面积2.5万亩，使高效农业节水技术在县域农业中迅速推广应用，推动了 农业产业结构优化调整。同时， 新增的人饮解困项目水源井，解决了2.73万人的饮水安全问题，为建设新农村、发展区域性集中供水打好了基础，也促进了经济、社会稳定和谐发展。

 

  4技术推广前景

 

  找水是永恒的课题。水资源短缺已成为我国经济社会发展的主要制约因素之一。开发利用地下水是解决水资源短缺的主要途径之一，我国地下水资源可开采量为2900亿立方米，已开采1000多亿立方米，占可开采量的三分之一左右，还有一定的开发潜力。长期以来， 西北地区经济社会发展速度较慢，人民生活相对落后，干旱缺水是主 要原因。西北地区缺水但不少水，地下水的可开采量450亿立方米/a， 开采量仅为128亿立方米/a，在相当长的一个时期，充分合理利用地下水资源，对缓解西北地区水资源供需矛盾有不可替代的作用。“地质+地面物探+钻探”找水方法，主要针对西部地区地形、地貌复杂，山川、沟壑较多的实际探索提出，经过多年实践表明：该方法受地形起伏干扰和围岩电性不均匀的影响较小，对含水层分辨能力强，测井找水准确率高，易于操作，适合在山区乃至整个西部地区大力推广应用。

 

  5结语

 

  本文针对中西部地区地形地貌实际，通过实践探索，在勘测井位时采取“地质+地面物探+钻探”的综合勘测方 法，很大程度地提高了机井成孔率，为合 理开发利用地下水资源提供了依据和保障，值得在今后的地下水利用中大力推广和发扬。