青州市玄武岩地区地下水特征和管井设计要点探究

王念理，王公远，杨尚朴

（1.青州市水利局，山东 青州 262500；2.青州市抗旱服务站，山东 青州 262500）

1 青州市玄武岩地区地下水利用现状

山东省青州市水文地质条件相对比较复杂，青州市西南部是典型的石灰岩低山丘陵区，水资源贫乏，地下水类型属于石灰岩裂隙岩溶水；市区北部的广大地区属山前平原或河谷平原，地面平坦，土地肥沃，地下水丰富，地下水类型属于第四系松散层孔隙水；青州市东南部广泛分布着新近系玄武岩地层，该地区地下水以玄武岩裂隙、孔隙水类型和玄武岩地层间或玄武岩与新近系粘土岩之间砂砾层中的孔隙水为主。

青州市玄武岩地层区域内，地表水缺乏，除了纵贯南北的弥河之外，其他河流多属雨源型季节性河流，汛期雨量集中，径流量较大、枯水期河流干涸，供水管井提水是当前区域内农田水利灌溉和人畜吃水的主要取水方式。由于前期对供水管井的建设缺乏管理，对供水管井的设计没有严格要求，大部分打井队特别是个体打井队，不能严格按照机井施工规范和设计要求施工，常常出现水量小、涌砂、井口塌陷、封井不力，致使井水甚至区域内的地下水污染等一系列问题。

为了提高成井率和成井质量，保证饮水安全，多年来，我们对青州市区域内的不同地下水类型的供水管井设计做了一些研究工作，本文仅就青州市玄武岩地区地下水的特点和供水管井设计做些探讨。

2 玄武岩地区地下水特征

2.1 玄武岩地层的岩性特征

青州市东南部的玄武岩丘陵区广泛分布着新近系玄武岩，该区域的玄武岩由新近系上新统尧山组和中新统山旺组、牛山组构成。尧山组：岩性主要为褐黑色橄榄玄武岩，厚层状、块状及板状构造，致密坚硬；山旺组：岩性主要为灰、深灰色气孔状玄武岩、橄榄玄武岩夹少量褐黄色泥岩；牛山组：岩性主要是气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩、黑灰色橄榄玄武岩。

2.2 玄武岩地区地下水的特征

青州市玄武岩地区的地下水主要有两种存在形式，一是玄武岩地层中的裂隙、孔隙水，二是玄武岩地层间或玄武岩和新近系粘土岩之间砂砾层中的孔隙水。

2.2.1 玄武岩地层裂隙、孔隙水特征及分布情况

玄武岩地层裂隙、孔隙水主要指新近系玄武岩地层中赋存于玄武岩气孔状构造、节理构造、岩石裂隙中的地下水。具气孔状构造，柱状节理、蜂窝状孔洞及裂隙较发育的玄武岩，风化后连通性好，富水性强。富水性与玄武岩气孔状构造、成岩裂隙等相关，同时受构造、地貌等因素控制，动态变化明显。一般地形低洼，气孔状构造、成岩裂隙、风化裂隙构造发育地段富水性较强。这种类型的地下水，埋深不大，含水层厚度不大，出水量较小，一般在10m3/h左右，但较稳定，水质较好。

这种类型的地下水主要分布在青州市谭坊镇东南部的郑母村—赵坡村一线以北，张家羊村—宋池村—高家村一线以南地区。该区域地表第四系地层很薄，部分玄武岩地层裸露地表，区内分布有玄武岩丘陵，与昌乐县大面积分布的玄武岩丘陵区紧密相连。

2.2.2 玄武岩地层间砂砾层中的孔隙水特征及分布情况

玄武岩地层间砂砾层中的孔隙水是指玄武岩喷发旋回及玄武岩和下腹粘土岩地层间砂砾层中的地下水。砂砾层厚度1～6m，埋深一般在70～140m，区域分布受古河道控制比较明显，部分区域有湖湘沉积的特点。这种类型的地下水出水量较大，一般在20～40m3/h，且水质好，是区域内人畜吃水和农业灌溉用水的主要取水水源。

这种类型的地下水主要分布在青州市东南部的黄楼街道办事处、谭坊镇、东夏镇南部和弥河镇东部的平原地区。区内玄武岩属新近系基性喷出岩，玄武岩地层的下部是新近系的粘土岩地层，玄武岩和粘土岩地层普遍被第四系地层覆盖，覆盖层厚度一般在20～70m不等。

第四系覆盖层属冲、洪积松散类地层，覆盖层普遍含有砂层和砂砾层，受到大气降水和弥河水的侧向补给，水量丰富，但是，弥河沿线第四系砂层和砾石层中的地下水都曾受到弥河水的污染，水质较差，可以作为农业灌溉用水，不能作为生活饮用水。

3 玄武岩地层供水管井设计要点

青州市玄武岩地区地貌、地质、水文地质等自然环境不同，地下水的类型及分布也有较大差异，所以，不同自然环境下，供水管井设计的重点也就不同。根据青州市玄武岩地区地下水类型特点，玄武岩裂隙、孔隙水供水管井设计应以孔深和过滤器的滤水管材质、开口率、滤料的规格为重点；玄武岩地层间砂砾层地下水的供水管井设计应以过滤器的形式，滤料的规格、配级及厚度，特别是终孔的深度和止水、封井位置为重点。

（1）钻井深度：井深由目的含水层底板埋藏深度加沉淀孔的深度决定，沉淀孔的长度一般为孔深的5%～10%。

玄武岩裂隙、孔隙水类型供水管井，设计深度一般在70～90m，因为这种类型的地下水主要分布在玄武岩表层的强风化和中风化带中，风化岩深度一般30～50m，下部微风化玄武岩结构致密，是相对隔水层，施工过程中，见到致密块状玄武岩即可终孔。

玄武岩地层间砂砾层地下水类型的供水管井，设计深度受到覆盖层厚度和玄武岩地层厚度的控制，一般90～160m 不等。钻井施工过程中，穿透覆盖层、玄武岩地层和含水砂层，进入下腹新近系粘土岩地层5～10m终孔。

（2）井身结构（施工直径）：施工直径应满足井壁管外部直径+滤料厚度的要求，滤料的厚度一般控制在100～150mm。

（3）井壁管：一般采用钢管作为井壁管（浅井也可以使用PVC、PE 管或水泥管）。井壁管的直径取决于抽水设备的规格，采用200QJ系列潜水泵时，套管内径应不低于250mm。采用250QJ 系列潜水泵时，套管内径一般控制在300mm以上。

（4）过滤器：是滤水管和不同规格滤料及填砾厚度的组合。

滤水管：玄武岩裂隙、孔隙水类型的供水井，可以使用钻孔、割缝等形式的普通滤水管，滤水管的开孔率一般不低于30%；玄武岩地层间砂砾层地下水类型的供水井，建议采用桥式滤水管。滤水管的位置应和含水层埋深的位置对应，滤水管位置和井壁管的底部应安装扶正器，保证井壁管和滤水管处于钻孔的中心位置。滤水管的长度根据含水地层厚度确定，总长度不低于含水层厚度。

滤料的规格和厚度：滤料的规格用滤料的平均直径D50和含水砂砾层中砂砾的平均粒径d50的比值D50/d50来确定。

玄武岩裂隙、孔隙水类型的供水井，因为地层不含砂或含砂很少，所以滤料通长采用粒径10～20mm的砾石（或碎石）；玄武岩地层间砂砾层地下水类型的供水井，按照中—细砂地层D50/d50=10～20来选择滤料的粒径，根据多年供水管井施工经验，在青州市玄武岩地区，滤料规格宜使用5～8mm的砂砾。滤料的厚度一般控制在100～150mm，厚度过小，也会出现井内涌砂现象，厚度过大也会影响机井的出水量，实际施工过程中控制在100～150mm为宜。

无论是中细砂含水层还是砂砾石含水层都不建议采用包网过滤器，因为包网会造成过滤器有效孔隙率变小，进水阻力加大，并且细小颗粒容易堵塞网孔，造成供水井的出水量减小，机井使用寿命缩短。

（5）止水和封井：是防止供水井水质受到污染，保障取水安全的必要手段。

玄武岩裂隙、孔隙水类型供水井，这种类型的地下水一般分布在玄武岩丘陵区，区内没有工业污染，封井的位置应选在壤土下部2m到井口位置为宜，目的是为了防止地表水和土壤水从井口周边渗入井内，封井材料宜选用质纯的粘土或粘土球；玄武岩层间砂砾层地下水类型的供水井，由于区内，特别是弥河沿线，第四系砂砾层孔隙水曾经普遍受到弥河水的污染，部分地区污染严重，所以封井位置应选在第四系地层以下的完整玄武岩孔段，封井段长度应不少于5m，封井材料宜选用质纯的粘土球，封井段以上到井口孔段采用普通粘土填实。

（6）沉淀孔的长度：按孔深的5%～10%确定，一般为5～10m 为宜，使用沉淀管时，其下端要安装到井底。玄武岩裂隙、孔隙水类型供水井，沉淀孔的深度一般控制在5m以内；玄武岩层间砂砾层地下水类型的供水井，沉淀孔的深度一般不低于10m。

（7）洗井和抽水试验：洗井和抽水试验是成井工艺中的重要环节，抽水试验数据也是配套提水设备的重要依据。

一般情况下采用活塞洗井、空压机洗井、潜水泵抽水的方法就能达到比较好的洗井效果。对于以上方法效果不好的情况下，可以采用加多磷酸盐溶液清除泥皮和二氧化碳洗井的办法。

4 结束语

综上所述，地下水类型不同，含水层的岩性和粒径大小不同，供水管井的设计深度、使用滤水管的开口宽度、滤料的粒径和填砾的厚度也不尽相同，要具体问题具体分析。

弥河沿线第四系地层孔隙水和下伏玄武岩地层间砂砾层地下水都比较丰富，但是，第四系地层孔隙水曾经普遍受到污染，水质相对较差。下伏玄武岩地层间砂砾地层的地下水水质很好，是该区域良好的饮用水水源。灌溉用供水井的设计，应当以第四系供水管井为主，设计深度应严格控制在见到玄武岩即终孔。人畜吃水井应按照基岩供水管井设计，并严格将第四系孔隙水封闭。否则，区域内的每一眼供水井都会成为连接第四系孔隙水和玄武岩层间地下水的通道，不仅造成单个供水井水质的污染，更严重的是会造成区域内玄武岩地层间地下水的污染。

水管部门应对区内特别是弥河沿线，加强对供水管井设计和供水管井施工的指导和管理，确保地下水水质的安全。

合理做好供水管井设计，对合理开发利于地下水，提高成井率和管井使用寿命，确保人畜吃水安全，具有重要的现实意义。