综合勘查技术方法在苦咸水地区的应用

武军锋， 王航洲

(陕西省一三九煤田地质水文地质有限公司，陕西渭南 714000)

西安市临潼区雨金镇及以北地区地下水水质差，影响当地农村居民生活用水安全[1-2]。为改善该区“苦咸水”现状，解决该区当前较为严峻的农村居民生活用水问题，拟在雨金一带寻找水质相对良好的地下水源，建设供水工程供当地约5万人生活用水，需水量大约为5 000m3/d。为基本查明该区地下水资源赋存规律，结合该区现阶段水文地质研究程度，决定运用综合勘查技术方法开展工作[3]。

1 地质及水文地质

1.1 地形地貌

该区地貌属于渭河冲积平原的一部分，位于渭河北岸，地面标高344～361m，总体地势为西北高而东南低。区内发育渭河河漫滩及一级阶地。河漫滩高出河水面1～2m，与渭河一级阶地以陡坎过渡，常遭洪水威胁，系不稳定地段[4-6]。一级阶地阶面平坦连续，高出河水面1.5～5m，土质肥沃，地下水资源丰富，是农业生产的良好基地。

1.2 地质

第四系在区内广泛分布，按照由老至新的次序划分为4段：①下更新统三门组(Q1s)，岩性为含砾粉质黏土、黏土层，沉积厚度200～300m。②中更新统(Q2)，岩性为中细砂夹粉质黏土，厚度100～175m。③上更新统(Q3)，岩性为中细砂夹粉质黏土，厚度30～84m。④全新统(Q4)，按照成因分为全新统冲积层(Q4al)，分布于渭河河床及漫滩地带，厚度0～101m，岩性以黄色亚砂土为主，该层底部岩性为砂砾石层；全新统洪积层(Q4pl)，分布在渭河一级阶地，为全新统不同时间堆积层，岩性为中细砂、粉细砂及粉质黏土层，厚度0～58m。

根据区域地质构造资料，推测工作区无断层存在。

1.3 水文地质

1.3.1 含水层类型划分

依据地下水的水力特征，本区域可划分为第四系松散岩类孔隙潜水和承压水两类地下水。按含水介质的埋藏条件又可划分为潜水、浅-中层承压水和深层承压水三个含水层。

1.3.1.1 潜水含水层

分布于渭河一级阶地及漫滩，含水层由第四系全新统冲洪积物组成，含水层底板埋深58m左右。水位埋深1～6.3m，含水岩性为细砂薄层及细中砂组成[7-8]。下伏隔水层由砂质黏土及黏土组成。水源井以20～40m灌溉井居多，水量在20～35m3/h。地下水有机物指标多数超标，水质偏碱性，氯化物、硫酸盐、铝、锰、溶解性总固体等多项地下水参数超标，不符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)要求。

1.3.1.2 浅—中层承压水含水层

1.3.1.3 深层承压水含水层

本次将深层承压水，根据单井出水量划分为两个富水性区域。分界线位于胡门—贺家—念杨一线。分界线以北为富水性差的区域，预测井深为400m时，单井出水量为30～40m3/h，分界线以南为富水性好的区域，预测井深为400m时，单井出水量为40～60m3/h。

1.3.2 地下水补给、径流、排泄

1.3.2.1 潜水

主要接受大气降水补给，其次为灌溉回归入渗和地下水侧向径流补给，另外，渭河漫滩区还接受渭河侧渗补给。区内潜水的整体径流方向与地形基本一致，受水位势能控制由渭河阶地向渭河漫滩径流，流向为北向南及西北向东南。潜水的排泄方式主要为农业灌溉开采；局部河流有利地段补给河水；越流下渗补给承压水；在渭河漫滩及局部水位埋深小于2～3m的地带存在日照蒸发排泄[9-10]。

1.3.2.2 承压水

承压水的补给主要来自北及西北的侧向径流补给，河水不对其形成补给，其次是来自上覆潜水及各承压含水层之间的越流补给。区内承压水总体径流方向和潜水径流方向一致，承压水的排泄主要为供水开采、越流排泄及径流出境，其中供水开采和向下游径流是区内承压水的主要排泄途径。

2 综合勘查技术

综合勘查方法即在研究现阶段区域水文地质成果资料的基础上，以水文地质调查为主，依据调查井成果在重点区进行电测深勘探，确定井位并施工探采结合井；采用测井解释成果划定分段抽水层位，进行分层抽水试验并采集水质检测样品；通过水质检测成果进一步确定分层水质情况，将电测深参数与探采结合井井旁测深参数类比，推测未知区域地下水水质与水量，最终完成钻探施工成井。

2.1 水文地质调查

本次调查以1∶2万地形图作为工作底图。调查方法采用穿越法与追索法相结合，同时对地质点、水文点进行了调查、记录。调查水源井63眼。调查以走访、询问等形式开展工作，详细了解区内机民井分布、井深、开采层位、水量及水资源开发利用情况。

2.2 电测深勘探

本次物探共布置3条剖面，剖面方向垂直或平行于河谷阶地，为探测不同方向上地层岩性沉积情况，2条剖面垂直于河谷阶地近似北西向布置，1条剖面平行于河谷阶地近似北东向布置，剖面线总长5.9km，完成测点8个。

选取一条垂直于河谷的典型剖面说明物探资料解释方法，以及运用电测深初步划分咸水等级[11-12]。如图1所示， D1～D3点在纵向上电阻率等值线大体表现为先平缓下降，而后平缓上升形态的H型曲线。D1～D3点横向上视电阻率变化形态，体现了西北至东南向由渭河一二级阶地到渭河北岸地层变化情况，北部的D1点浅部呈现低阻的微咸水，中等微咸水层厚度较大，弱微咸水层较深，D2与D3点浅部为相对中阻值的中等微咸水，其它各层特征与D1相反。D2深部出现高阻凸起的形态，分析为深部地下水矿化度降低而引起。依据钻孔地层资料，本次物探资料解释采用地层校正系数为0.6～0.9。参照收集地质与水源井测井资料以及地层水矿化等级，根据电阻率ρs值变化规律，将地层剖面自上而下可划分为4段，依次为中等微咸水(ρs值12～14Ω·m)、微咸水(ρs值7～12Ω·m)、弱微咸水(ρs值14～24Ω·m)。

图1 视电阻率等值线及咸水等级界线Figure 1 Isogram of apparent resistivities and salt waterlevel lines

井位选择本区含水层厚度大且深层地下水溶解性固体小于1 500mg/L取水段为深层弱微咸水的区域。

2.3 探采结合井施工

根据电测深成果，结合区内地质及水文地质情况，在任陈村东靠近渭河北岸布置探采结合井。施工探采结合井目的为验证电测深成果的准确性程度，以及在该区施工水源井开采水质相对较好的弱微咸水的可行性。依据《供水管井技术规范》(GB50296—2014)进行探采结合井施工，采取分级扩径成井法成井，第四系及新近系松散层段采取低固相化学钻井液护壁无心钻进，钻进过程中定时捞取岩屑样并判层，并做好简易水文观测，一开钻进采用Φ311mm牙轮钻头钻进井深至360m，完成井段0～360.0m的测井工作；根据测井成果初步判断322～360 m段存在深部弱微咸水，最后用Φ550mm带导向的牙轮钻头完成扩孔，下入Φ325mm×8mm的套管并止水，随后依次完成填砾、洗井、分层抽水试验等工作。探采结合井施工历时32d，完成钻探进尺360m。止水深度325m，取水层段325～360m。单井出水量15 m3/h，静水位2.1m，动水位130m。

2.4 电测井分析

测井剖面岩性解释以视电阻率曲线为主，自然电位曲线为辅。据地层资料，该区黏土层具有良好的隔水作用，以黏土层为特征层，划分出5段不同埋深的含水层(图2)。58m以浅地下水矿化度相对较高为中等微咸水，对应的视电阻率曲线幅度低，而自然电位呈现较高异常；从总体上看，视电阻率曲线在纵向上幅值逐渐变高，而自然电位则相反，符合高矿化度地区测井曲线特征。58～322m段曲线形态为中等微咸水特征；初步判断322～360m段存在深部弱微咸水。

2.5 抽水试验

根据测井资料和该区的实际情况，本次抽水试验选择了5个含水层段进行分段分层抽水工作。按照从上至下的抽水方法进行抽水，抽至水清砂净时，采取水样进行检验(表1)。

按照《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)检验了总大肠杆菌、耐热大肠菌群等32项指标。根据地层岩性、物探解译成果及溶解性总固体含量，将该井划分为三个含水层段， 第一层为微咸水，含水层埋深0～58m，溶解性总固体含量在2 156～3 265mg/L；第二层为中等微咸水，含水层埋深58～322m，溶解性固体含量较高，为1 514～2 296mg/L；第三层为弱微咸水，含水层埋深322～360m，溶解性固体含量为1 123mg/L[13-16]。

3 水质分布规律

根据《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)，水质TDS值在1 000～3 000mg/L为微咸水，工作区水质复杂，而且该区地下水TDS基本都大于1 000mg/L，结合本区实际，本次工作将TDS在1 000～1 500mg/L，

表1 不同深度水质分析

图2 探采结合井测井解释成果Figure 2 Exploration and mining combination well logginginterpreted results

作为弱微咸水；TDS在1 500～2 500mg/L作为中等微咸水；TDS大于2 500mg/L，作为微咸水。依据野外调查及取样检测结果，并参考物探解译资料和滩张供水站水源井资料综合分析得出以下结论：

在垂向上，自上而下分为微咸水、中等微咸水、弱微咸水三层，微咸水为15～58m以浅地下水，TDS值在2 156～3 265mg/L；中等微咸水为埋深15～322m，TDS值在1 514～2 296mg/L；弱微咸水为埋深180～450m地下水，TDS值在1 123～1 240mg/L。

在平面上，工作区滩张—任陈村一线的中部区域深层水TDS小于1 500mg/L，水质相对较好。南部的胡门村—汉张村、北部的安李—念杨深层水TDS大于1 500mg/L，水质相对较差。

4 钻探施工成井

按照探采结合井施工技术要求进行水源井施工[17]，工程一期建成水源井3眼，井深400m，开采深层弱微咸水，出水量40～50m3/h。水质偏碱性，主要超标离子SO42-含量在319～376mg/L、TDS含量在1 123～1 240mg/L、总硬度在456～550；氨氮含量在1.03～1.15mg/L；Mn+在0.18～0.25mg/L。

钻探验证了物探成果的可靠性较高。

5 结论

1)通过本次综合勘查，基本查明了区内的地层特征、地下水赋存、运移规律及不同含水层段的水质特征，钻探验证了在该区施工水源井取深层弱微咸水是可行的。

2)根据电测深工作，布置拟建水源井3眼，建成后的水源井水量、水质达到预期的参数标准，井水经过净化处理达标后可并网供给，解决了当地居民的生活用水问题。

综上所述，本次综合勘查以水文地质调查成果为基础，以水质较好的水井作为参数井，为电测深提供了可以类比的参数，进而推测未知区域地下水的水质与水量，最终在重点地段布置

井位并施工水源井，效果良好。综合勘查技术方法在本区得到了卓有成效的运用，为类似地区改善苦咸水问题提供了借鉴。