1概述

 

  機井工程是開發(fā)利用地下水資源的主要構(gòu)筑物，水井鉆探是開發(fā)利用地下水資源所采取的一項技術(shù)手段，在干旱半干旱的中西部地區(qū)，機井工程不僅是農(nóng)田灌溉的主要水利設(shè)施，也是城鄉(xiāng)供水的主體水源工程。 自20世紀(jì)六、七十年代始，西部地區(qū)結(jié)合人飲解困、節(jié)水灌溉等工程項目打鑿機井，積極開發(fā)利用地下水資源，取得了一定的成效。但在實施過程中，由于缺乏科學(xué)的找水方法，僅憑經(jīng)驗盲目選擇井址，成孔率差，易打干孔 廢孔，造成很大的人力、財力浪費，也使一些項目無法按計劃實施，給區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高帶來負(fù)面影響。因此，探索適宜的物探方法，準(zhǔn)確探測各區(qū)域地下水賦存狀況，提高機井成孔率，是開發(fā)利用地下水資源亟待解決的先決問題。

 

  2綜合井位勘測方法及創(chuàng)新點

 

  2.1工作方法

 

  針對區(qū)域地貌實際，經(jīng)過實踐摸索，在勘測井位時采取“地質(zhì)+地面物探+鉆探”的綜合勘測方法，即在充分調(diào)查區(qū)域水井、地層、巖性、地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造及地下水的儲藏、運移規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)水文地質(zhì)條件布置物探工作。地球物理勘探優(yōu)化組合了激發(fā)極化法和電測深法兩種物探技術(shù)。激發(fā)極化法測量地層的富水性，在面上初選井位，電測深法了解不同地層的巖性，由此確定含水層及埋深，從而達到選定富水井位的目的。鉆探根據(jù)視電阻率值確定含水層位置及厚度，估計單井出水量，正確指導(dǎo)下管成井。

 

  2.2找水原理

 

  （1）激發(fā)極化法：是以巖、礦石的激電效應(yīng)差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究地質(zhì)體在人工電場激發(fā)作用下產(chǎn)生的極化電場（又稱二次電場）的變化規(guī)律，測定地下不同土層或巖層的視電阻率、 極化率、激發(fā)比、衰減度、半衰時來研究地層的性質(zhì)、厚度、富水地段。供電 電極采取等比對稱四極布置， AB∶MN=3∶1。

 

  （2）電測深法：根據(jù)視電阻率不同了解不同地層的巖性、厚度、地下水質(zhì)等情況，由此確定含水層及埋深。

 

  （3）井孔電測法：采用底部梯度電極系A(chǔ)2.0M0.25N電測深。供電電極A和測量電極構(gòu)成電極系，下入井孔中，供電電極B放入泥漿池，由于B極距離MN相當(dāng)遠(yuǎn)，可看成無窮遠(yuǎn)，接通電源后，B電極所形成的電場對MN電極沒什么影響，而井中A電極所形成電場，在MN間產(chǎn)生電位差， 即可得視電阻率值。根據(jù)視電阻率確定各含水層位置及厚度，劃分咸淡水層，估計單井出水量，正確指導(dǎo)下管成井工作。

 

  2.3主要技術(shù)創(chuàng)新點

 

  （1）以水文地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，地球物理勘探為手段，使井位勘測取得了事半功倍的效果。在每選一處井位之前，首先詳細(xì)查閱該區(qū)的水文、 地質(zhì)資料及以往成井資料，充分了解該區(qū)域地形、地貌、地層、巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水的賦存、運移規(guī)律，根據(jù)水文地質(zhì)條件初選成井區(qū)域，定量在富水帶布置井位物探工作，減少了盲目取點物探的工作量，節(jié)省了人力、財力，取得了事半功倍的效果。

 

  （2）采用綜合物探方法，提高了物探資料的解釋精度和可靠性。由于各種物探方法的應(yīng)用都依據(jù)一定的物理前提，且地質(zhì)、地球物理條件和邊界特征對測試成果具有較大的影響，使得這些方法技術(shù)存在一定的條件性和局限性。優(yōu)化組合激發(fā)極化法和電測深法兩種物探技術(shù)，可以相互佐證，取長補短，提高了物探資料解釋精度和可靠性。

 

  （3）輔以鉆探方法補充論證，提高了成井率和成井質(zhì)量。在選定井位上完成第一鉆后，即進行井孔電測，繪制電測曲線進行分析，以劃分地層，確定含水層和相對隔水層的位置和厚度，估算鉆孔涌水量，以確定鉆孔是否能下管及測定濾水管的有效長度，正確指導(dǎo)下管成井工作，保證了成井率及成井質(zhì)量。

 

  3項目實施成果及應(yīng)用實例

 

  自2002年施測以來，通過應(yīng)用此方法在岐山地區(qū)已成功探測井位72眼，其中農(nóng)業(yè)灌溉井57眼， 人飲解困水源井12眼，工業(yè)用井3眼，成孔率達到95.7%，大大降低了廢孔損失，也為改善農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施、促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了重要作用。下面就以岐山縣青化鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目涉及的機井井位勘測為例進行分析解釋。

 

  3.1項目區(qū)水文地質(zhì)條件及找水規(guī)律

 

  岐山縣青化鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目區(qū)位于黃土塬與洪積扇交界處，潛水位埋深15m～45m，部分地區(qū)有較好的上層滯水，單井出水量30m3/h～60m3/h，地下水主要受大氣降水及地表水灌溉回歸補給，深部承受上游渭河、千河河流補給，地層描述為砂、礫石、黃土及古土壤，主要含水層為砂、礫石類。

 

  3.2井位勘測

 

  青化鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項目共涉及6個村10個村民小組的12眼機井勘測任務(wù)，現(xiàn)選取青化鎮(zhèn)南武村中東組機井勘測為例進行分析解釋。

 

  3.2.1工作布置

 

  在南武村中東組村東300m處布點進行地面物探，供電電極距AB/2與測量電極距MN/2之間采用三比一溫納爾等比裝置，最大供電極距AB/2為180m，在同一供電電極上一次供電30s，測量視電阻率ρs、極化率ηs、激發(fā)比Js、衰減度Ds等多項參數(shù)。

 

  3.2.2資料解釋

 

  根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪制各參數(shù)曲線，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5。 由地面物探曲線分析看：潛水18m處，視電阻率ρs曲線有轉(zhuǎn)折，對應(yīng)的富水曲線極化率ηs、激發(fā)比Js、衰減度Ds突變，極化率ηs最大值為1.24，激發(fā)比Js最大值為1.08，衰減度Ds最大值為87。110m～150m處，ρs曲線又發(fā)生轉(zhuǎn)折，相應(yīng)的極化率ηs、激發(fā)比Js、衰減度Ds也有轉(zhuǎn)折，極化率ηs最大值為1.57，激發(fā)比Js最大值為1.22，衰減度Ds最大值為77.7，說明此時地層發(fā)生變化。從而表明，該物探點從18m處進入潛水，主要含水層在110m～150m之間，而且富水程度較強，井位選在此處比較合理可靠。

 

  對應(yīng)的再看井孔電測曲線：從20m開始電測，視電阻率ρs大，表明此處地層巖性顆粒大，有一定含水，但含水量不大，因為曲線沒有很大突變，直到110m，地層沒有大的變化，說明巖性主要為粘土、結(jié)核交替出現(xiàn)，沒有主要含水層。但從110m～150m處曲線出現(xiàn)四次大的改變，分析表明主要含水層就在此處，厚度大約為11m。根據(jù)掌握的含水層位置，合理排管，以充分利用含水層，達到最佳出水效果。

 

  由以上分析看出，地面物探與井孔電測結(jié)論基本吻合，說明此井選址科學(xué)合理，技術(shù)可靠。

 

  采用“地質(zhì)+地面物探+鉆探”的井位勘測方法，在岐山先后成功探測井位72眼，科學(xué)指導(dǎo)鉆井成井工作。結(jié)合這些新打成的機井，先后建成了青化、益店、鳳鳴、北郭等多處高效農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉示范園區(qū)，發(fā)展節(jié)水灌溉面積2.5萬畝，使高效農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)在縣域農(nóng)業(yè)中迅速推廣應(yīng)用，推動了 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。同時， 新增的人飲解困項目水源井，解決了2.73萬人的飲水安全問題，為建設(shè)新農(nóng)村、發(fā)展區(qū)域性集中供水打好了基礎(chǔ)，也促進了經(jīng)濟、社會穩(wěn)定和諧發(fā)展。

 

  4技術(shù)推廣前景

 

  找水是永恒的課題。水資源短缺已成為我國經(jīng)濟社會發(fā)展的主要制約因素之一。開發(fā)利用地下水是解決水資源短缺的主要途徑之一，我國地下水資源可開采量為2900億立方米，已開采1000多億立方米，占可開采量的三分之一左右，還有一定的開發(fā)潛力。長期以來， 西北地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展速度較慢，人民生活相對落后，干旱缺水是主 要原因。西北地區(qū)缺水但不少水，地下水的可開采量450億立方米/a， 開采量僅為128億立方米/a，在相當(dāng)長的一個時期，充分合理利用地下水資源，對緩解西北地區(qū)水資源供需矛盾有不可替代的作用。“地質(zhì)+地面物探+鉆探”找水方法，主要針對西部地區(qū)地形、地貌復(fù)雜，山川、溝壑較多的實際探索提出，經(jīng)過多年實踐表明：該方法受地形起伏干擾和圍巖電性不均勻的影響較小，對含水層分辨能力強，測井找水準(zhǔn)確率高，易于操作，適合在山區(qū)乃至整個西部地區(qū)大力推廣應(yīng)用。

 

  5結(jié)語

 

  本文針對中西部地區(qū)地形地貌實際，通過實踐探索，在勘測井位時采取“地質(zhì)+地面物探+鉆探”的綜合勘測方 法，很大程度地提高了機井成孔率，為合 理開發(fā)利用地下水資源提供了依據(jù)和保障，值得在今后的地下水利用中大力推廣和發(fā)揚。