徐州某园区地下水物探勘查与钻探验证技术探讨_徐豪.pdf

2023 年 2 月Feb.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.01.042徐州某园区地下水物探勘查与钻探验证技术探讨徐豪，罗跃（江苏省地质矿产局第五地质大队，江苏 徐州 221004）摘要 基于掌握徐州园博园区地质、构造、水文等背景，采用 CSAMT 电法勘探，判定在断裂构造附近的相对低阻异常区可能是由破碎带引起的。作为水源井施工位置，通过钻探验证，并利用测井仪复核、抽水试验、水质分析确定园区水源井，确保园区水源井满足旅游用水的需要。关键词 徐州园博园；地下水；水源井；CSAMT 电法；钻探中图分类号TU195文献标识码B文章编号1672-9943（2023）01-0134-040引言第十三届中国（徐州）国际园林博览会，将采取“一个主展园、一个副展园、N 个分展园”的联动模式，坚持生态优先、按照“园林进万家”筹办思路，为淮海经济区中心城市建设注入新动能、新活力。为了提升园博园旅游品质，促进景区多元化发展，园博园区进行地下水勘查，通过找到水源井来发展与地热相关的旅游项目，从而使园区旅游形式多样化。因此，为了寻找到高质量的水源井，基于掌握徐州园博园区地质、构造、水文等背景，采用了CSAMT 电法勘探，对水源井施工位置的断裂构造附近的相对低阻异常区进行了物探勘查，并通过测井仪复核、抽水试验、水质分析等钻探验证，确定了园区水源井的位置，以确保园区水源井满足旅游用水的需要。1地质背景园区地层属“华北地层鲁西分区徐宿小区”，上元古界青白口系土门群是区内最古老地层，下伏基岩地层为震旦系倪园组、震旦系赵圩组、震旦系城山组地层。其中倪园组和赵圩组岩性以灰岩、白云岩、白云质灰岩为主；城山组则以砂岩为主，局部分布侵入岩，岩性为辉绿岩1。园区地质构造上位于潘塘断陷槽东侧一次级背斜（核部为震旦系地层）的北西翼，地层总体上向北西倾斜，走向北东。断裂构造比较发育，以废黄河断裂带为主。2水文地质特征园内地下水主要为碳酸盐岩类裂隙岩溶水和碎屑岩类孔隙-裂隙水，如表 1 所示。岩溶水的补给来源主要是裸岩山体接受大气降水入渗补给，山前地段接受区外岩溶地下水的侧向径流补给，局部地段可接受地表水的渗透补给，岩溶水的径流在丘陵区受地形控制，即由高处流向地处，丘陵区流向平原，在平原区，受人工开采的影响，岩溶水表现为四周流向开采降落漏斗中心的汇流型径流，主要消耗于人工开采。表 1地下水类型及含水岩组划分情况地下水类型含水岩组名称含水层时代含水层名称主要岩性孔隙水孔隙含水岩组Q4全新统孔隙含水层粉土、粉质黏土、粉细砂裂隙岩溶水裂隙岩溶含水岩组Z震旦系裂隙岩溶含水层白云岩、灰岩裂隙水裂隙含水岩组u岩浆岩类裂隙含水层辉绿岩3地下水物探勘查本次采用 CSAMT电法勘探。电法施工仪器选用 GDP-32多功能电法仪，MN=50 m，选择频段在0.1258 192 Hz，收发距 7 km；共布置 9 条测线，测线总长度为 7.7 km。9 条物探剖面解译分析结果如图 1 所示。因 L2、L4 和 L8 3 条测线的断面地层结构、断层、低阻区分布较为清晰，故选取这 3 个测线断面单独分析并推荐为建井位置2。L8、L2、L4 3 条测线电阻率断面如图 2 所示。能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11342023 年 2 月Feb.,2023徐豪，等徐州某园区地下水物探勘查与钻探验证技术探讨（1）L8 线断面地层结构较清晰，电阻率分层明显，发育 F2 断层，明显使地层错断。在 F2 断裂下盘附近存在相对低阻区和明显的下凹区，故推测此异常可能是破碎带，含水可能性较大，且有一定深度和规模。推断井位位于L8线点号8处，命名为“JY01”。该井位相对于北西向 F2 断层，井深 1 000 m，如图2（a）所示。（2）L2 线断面发育 F1 断层，在 F1 断裂下盘附近存在低阻区。推测此异常可能是破碎带，含水可能性较大，且有一定深度和规模，可以成为较好的导水通道。推断井位位于 L2 线点号 10 处，命名为“JY02”。该井位相对于北西向 F1 断层，井深750 m，如图 2（b）所示。（3）L4 线断面发育 F1 断层，在 F1 断裂下盘附近存在低阻区，推测此异常可能是构造局部富水所致。推断井位位于 L4 线点号 12 处，命名为“JY03”。图 1物探测线布置和建议孔位位置图 23 条测线视电阻率断面（a）L8 线视电阻率断面（b）L2 线视电阻率断面（c）L4 线视电阻率断面视电阻率/mJY02750 mJY03450 mJY011 000 mN图例地层界线地层代号断层地表水系地物物探线点位推测断层设计孔位园博会外围控制范围毛山头ZnZnZn井深/m井深/m井深/m点位点位点位1352023 年 2 月Feb.,2023该井位相对于北西向 F1 断层，井深 450 m，如图 2（c）所示。4钻探验证本阶段主要是在前期物探成果分析的基础上，在设计孔位进行钻探工作。通过取芯和孔内成像来判别地层和查明孔壁裂隙发育情况，验证物探资料的有效性。通过对出水的钻孔进行抽水试验、水质化验和水文测井等工作，综合确定钻孔揭露的含水层是否能够满足后期开发用水的需求。共布置3 个探水孔，分别为 JY01、JY02 和 JY03，孔深共计2 200 m。本次施工采用 GXY-8 型和 GXY-6 型钻机，共计完成工作量为岩芯钻探 2 079.68 m，综合测井2 070 m，水文地质扩孔 2 100 m，洗井 74 d，抽水试验 6 次，水样化验 6 组。5综合测井本次采用最新研制的 PSJ-2 型轻便数字测井仪进行电阻率、自然伽玛、自然电位、井径、井斜等测井项目，另根据本地区物性特点补充了声波测井工作。本次测井资料的数据处理采用固体矿产测井数据处理系统（ClogProv2.0）进行预处理，用实测的起算深度、回程差对曲线深度进行校正，使各参数方法曲线深度对齐，并结合考虑各方法间的相互联系编辑丢错码，对屏幕回放曲线进行整形、滤波后计算并解释岩性，按统一原则划分和各自参数的分层方法确定岩性。本次物探复核施工，测线方向南北向或近南北向，电极距定为 5 m，由于电极距较小，从而对岩溶裂隙发育有较为精确的控制，物探成果的可信程度得到了提高。（1）JY01 井：同一测线进行了 2 次量测，测线方向自南而北，测线号分别定为 1-1 测线、1-2 测线。从 2 条测线成果图上可以看出，2 次量测的曲线形态较为吻合，6 号点曲线呈串珠状，是较为理想的成井位置。（2）JY02 井：测线号分别定为 2-1 测线、2-2 测线，2-1 测线方向自南而北，2-2 测线是 2-1 测线的反向量测方向自北而南。从 2 条测线成果图上可以看出，2 次量测的曲线形态基本呈镜相分布，从而曲线形态较为吻合；2-1 测线的 14 号点与 2-2 测线的5 号点为同一位置，曲线均呈串珠状，是较为理想的成井位置；2-1 测线的 4 号点与 2-2 测线的 15 号点为原设计的 JY02 井位置。综合比较 2 处位置的物探成果曲线形态，明显可以看出，选择 2-1 测线的 14 号点（即 2-2 测线的 5 号点）成井更为理想。（3）JY03 井：同一测线进行了 2 次量测，测线方向自北而南，测线号分别定为 4-1 测线、4-2 测线。从 2 条测线成果图上可以看出，2 次量测的曲线形态较为吻合，8 号点曲线呈串珠状，是较为理想的成井位置。而 4 号点是原出水量不理想的 JY04 井，2 处位置相比较，选择 8 号点成井更为理想。6抽水试验本次 3 口水井的抽水试验方法均采用单孔稳定流抽水3，计算公式如下：K=Q2MSLnRrR=10SK式中：K 为含水层渗透系数，m/d；Q 为出水量，m3/d；M 为承压含水层厚度，m；S 为水位降深，m；R为抽水影响半径，m；r为抽水孔加权半径，m。本次完成单孔稳定流抽水试验 6 组，每个钻孔分别 2 组。JY01 水文地质钻孔抽水试验开始于 2021 年6 月 4 日，历时 3 d；水文地质扩孔抽水开始于 2021年 7 月 7 日，历时 5 d。共计 8 d。计算结果如表 2 所示。表 2JY01 渗透系数及影响半径计算数据结果JY02 水文地质钻孔抽水试验开始于 2021 年 4月14 日，历时 3 d；水文地质扩孔抽水开始于 2021年 6 月 12 日，历时 4 d。共计 7 d。计算结果如表 3所示。落程含水层厚度/m抽水孔半径/mm水位降深/m出水量/（m3/d）抽水影响半径/m渗透系数/（m/d）导水系数/（m2/d）D40.039.540.0564.5689.130.051.98D130.012618.16496.08186.811.0631.74D230.012611.86368.40126.581.1434.17D330.01266.10218.6466.611.1935.77注：表中落程 D 指每次独立的抽水试验，根据抽水试验过程中水位降深降序排序，要求是最大降升一般为疏干或者生产需要的水量。能 源 技 术 与 管 理EnergyTechnologyand Management2023 年第 48 卷第 1 期Vol.48 No.11362023 年 2 月Feb.,2023（上接第 73 页）4结语采用掘巷法可以较好地解决综采工作面过火成岩侵入带问题，避免了工作面内大规模的钻眼爆破，减少了切眼扩刷、拆除、安装等环节，大幅提高了工作面的安全可靠程度；同时保证了工作面的推进度和连续生产，避免了资源浪费，大幅降低了工人的劳动强度，实现了安全高效生产，也为综采工作面过断层、变薄区、冲刷带等其他类似条件提供了借鉴。参考文献1郭金刚.火成岩侵入特厚煤层巷道支护技术研究 J.河南理工大学学报（自然科学版），2017，36（3）：15-20.2郭军.火成岩层状侵入区特厚煤层综放采场覆岩结构演化及支架围岩协同作用机理 D.太原：太原理工大学，2018.3何满潮，袁和生，靖洪文，等.中国煤矿锚杆支护理论与实践 M .北京：科学出版社，2004.4柏建彪，侯朝炯，杜木民，等.复合顶板极软煤层巷道锚杆支护技术研究 J.岩石力学与工程学报，2001，20（1）：53-56.5陆占金，曹建军，李思乾.厚硬火成岩诱发冲击矿压的原因研究 J.能源技术与管理，2015，40（4）：10-12.作者简介陈尚（1982-），男，工程师，毕业于中国矿业大学采矿工程专业，长期从事采矿安全技术管理工作。收稿日期：2022-08-16表 3JY02 渗透系数及影响半径计算数据结果7结论（1）本次地下水勘查采用物探先行，钻探验证的方法，物探方法得当，钻孔设计位置合理，完成的3 口深水井的单井出水量均大于 480 m3/d，满足园区的生产生活需求，3 口水井的抽水试验均采用单孔稳定流。（2）JY02 和 JY03 的水源主要来源于较小的含泥质岩性中，水质的浑浊度较差。已经安装净水设备，净化后水质合格，符合设计预期。JY01 水质较为清澈，不需要进行水质净化处理。对于细菌可能存在的多种情况，作为饮用水时进行消毒处理。（3）施工期间 JY01 地下水水位埋深 4.25 m（标高 32.95 m），地下水温度 20，为冷水。JY02地下水水位埋深 14.05 m（标高 34.41 m），地下水温度 20，为冷水。JY03 地下水水位埋深 14.79 m（标高 32.44 m），地下水温度 17.5，为冷水。参考文献1江苏省地质矿产局.江苏省及上海市区域地质志 M .北京：地质出版社，1984.2徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司.园博园地下水探采结合井勘查技术方案 R.徐州：徐州中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，2021.3王大纯，张人权，史毅虹，等.水文地质学基础 M .北京：地质出版社，1986.作者简介徐豪（1990-），男，工程师，毕业于长江大学水文与水资源工程，主要从事工程地质、水