石英岩地层的井位选定方法研究

赵文庆

(河北省涉县水利局，河北 涉县 056400)

1 技术思路

涉县地处河北省西南部太行山东麓，境内峰峦叠嶂，沟壑纵横，因地表出露主要为奥陶系马家沟组灰岩地层，灰岩分布区大部分属于东风湖单元和黑龙洞单元，岩溶水的补给、运移和排泄规律都已掌握。位于东风湖单元和黑龙洞单元之外的村庄，就是干旱村庄分布区，也就是受石英岩含水性制约的区域。

技术思路:以震旦系石英岩为主要含水目的层，进行水文地质资料收集、野外踏勘和水文地质调查分析，选定可能赋水区域，然后采用声频大地测量或激发极化测量等方法进行物探工程布置，结合水文地质调查和物探结果选定井位。

2 技术与工作方案

2.1 资料收集

(1)石英岩地层岩性致密坚硬，其抗变形能力和抗溶蚀能力远远高于灰岩地层，故不易形成统一的水文地质单元，应收集拟建井地区周围5～10km范围的相关资料为宜。

(2)虽然以石英岩为目的含水层，仍应注意收集其它地层的含水和构造情况，并分析他们之间有无水力联系。

(3)了解工作区地形起伏情况，以及和周围地形起伏的联系，尤其是覆盖层较厚的地区，推断有无隐伏断裂，既而为后期物探工作提供依据。

2.2 水文地质调查分析

基本相似于其它含水层的水文地质调查分析，但由于石英岩的构造特殊性，水文地质调查分析也有所不同。

(1)小构造控水能力较强。由于石英岩一般不具备统一的区域赋水性，所以断层、岩脉就能影响其水位。

(2)由于石英岩岩性较硬，导致其岩性产状变化很少，构造一般以裂隙带、断裂、岩脉穿插为主，很少见到褶皱。

(3)由于石英岩的抗风化能力极强，所以构造痕迹在地貌上表现并不明显，很难发现。

(4)利用较容易寻找的断裂构造，即寒武系中下部的断裂构造，引申推断石英岩的地下水含水情况。

(5)通过总结涉县及周边地区的石英岩地层赋水可以分为3种情况。

一是规模较大的构造，其影响带较宽，石英岩地层分布在其中，在地形有利时，可以赋水。如涉县关防～岭底断裂，县境内长19km，断距100～300m，影响带200mm，在此区的石英岩布井，出水量大，成井率高。如某石英砂有限公司水井，水量可达每小时120m3。

二是地表裸露石英岩，有小的构造或岩脉穿插，石英岩呈线状赋水，布井时要做大量的水文地质调查和物探工作，且其水位和当地区域不一致。如涉县污犊村水井，每小时出水量达30m3。

三是石英岩深埋于寒武系灰岩、页岩之下，受构造影响也赋水，但其水量一般较小。如涉县东坡水井，每小时水量20m3。

2.3 选定可能赋水区域

在资料收集和踏勘的基础上，经过水文地质分析，选定赋水区域，一般需注意以下几点。

(1)赋水性区域一般以线状分布，影响带较窄。

(2)赋水受地形、地貌、地层组合情况影响明显。

(3)赋水形成虽然也存在补、径、排关系，其往往是小区域循环，但是和其它含水层一般有水力联系。

2.4 物探工程布置

因为不同类型岩性或不同含水量的岩石之间存在着物理性质上的差异(包括导电性、导热性，热容量、温度、密度、磁性、弹性波传播速度及放射性等)。因此，我们可以借助各种物探测试仪器，测定出岩石或水体的某些物理特征值的变化，从而分析、推断出岩性、构造和岩层含水性能的变化，并与水文地质调查分析结论比较。

(1)对覆盖层较薄地区(10～30m)，可先布置声频大地测量，测量剖面应垂直于线性赋水区域，选定剖面中异常点，然后再进行激发极化垂向测深。

(2)对覆盖层较厚(30m以上)地区，可沿赋水区域垂向布置几条激发极化测深剖面，再选定剖面中含水反映最好的点作为拟定井位。

(3)物探工程布置应因地制宜，根据踏勘和水文地质调查分析为依据，做到事半功倍。

2.5 结合水文地质调查和物探成果选定井位

选定井位是开发石英岩地层水的关键，也是技术的核心，直接关系到成井质量，必须慎之又慎。根据前期水文地质调查和物探工作取得的成果资料，进行综合分析，去伪存真，最后确定井位。在此过程中可能存在分2种情况。

(1)水文地质调查分析的最佳井位区和物探测量的拟定井位相吻合，含水层埋深、区域水位、水量等各项参数相互验证，则就可确定井位。

(2)水文地质调查分析的最佳井位区和物探测量的拟定井位不一致，则应先审查物探测量的影响因素(如地形、接地条件、测量时仪器性能等)，解释是否正确，如一切无误，可再进行二次测量，如果重复性很好，且和水文地质调查分析所确定的井位相关不大，则以物探结果确定井位;如相差较大，则还是以水文地质调查分析作为依据，这是因为所有的物探成果都是以水文地质为基础的。

2.6 凿井开发过程注意事项

确定井位后，根据地层情况、水位埋深和成井技术设计合理的井深结构和成井工艺，在钻凿机井的过程中，要注意施工时岩屑对石英岩含水层的堵塞，成井后加强洗井工作，疏通含水层，成井工艺应注意以下几点。

(1)因石英岩硬度过高，合金钻头和钢粒钻头钻进时较慢，经济成本高，这也是石英岩赋水性开发的一大阻力，而目前较先进的气动潜孔锤钻进能明显提高钻进速度，并且冲洗介质为空气，不易堵塞含水通道，是比较理想的钻进工艺。

(2)石英岩含水层补、径、排范围较小，水位和水量较易受降水和开采量的影响，因此，水位以下孔径应保持足够的下泵段。

(3)石英岩以SiO2为主，化学洗井土酸效果较好，即盐酸和氢氟酸的混合物。

(4)石英岩岩性较硬，成井时，一般不需要下入护壁管，只有极个别破碎段需要下入井管护壁。

3 结语

震旦系石英岩不整合接触于寒武系页岩之下，在水文地质上被认为是相对隔水层和不透水层，但是通过近年来对石英岩分布区的打井成功，突破了对该地层的含水性认识，进一步掌握了该地层的赋水规律，使石英岩区的水源开发有了新的思路。以石英岩为含水目的层的开发，弥补了涉县及磁县、山西省左权、黎城等周边地区以前仅以碳酸盐岩为含水层开发的不足。

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