紅層地區(qū)埋藏型巖溶鉆井找水實例分析

王瀟 姚海鵬 李旭杰

【摘要】本文在邵東縣大禾塘街道掌和村典型紅層區(qū)埋藏型巖溶地區(qū)，分析區(qū)域水文地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，通過水文地質(zhì)調(diào)查，選定找水布孔目標(biāo)靶區(qū)，并對目標(biāo)靶區(qū)的地下水類型及含水巖組，地下水補、徑、排條件，巖溶發(fā)育規(guī)律等相關(guān)因子進(jìn)行分析，結(jié)合地球物理勘探手段精確布孔，通過水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗成功探尋到單井允許開采量為411.43m3/d的地下水，并對找水成果進(jìn)行總結(jié)分析。

【關(guān)鍵詞】紅層;埋藏型巖溶;鉆井;地下水

1、引言

湖南省邵東縣位于衡邵干旱走廊一線，該地區(qū)為湘中南山丘地區(qū)，由于該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件因素，導(dǎo)致歷來干旱缺水。研究區(qū)位于邵東縣大禾塘街道掌和村，地層上部為紅層，下部為碳酸鹽巖，為典型紅層地區(qū)埋藏型巖溶。目前針對湘中南這一地層結(jié)構(gòu)類型，找水目標(biāo)層主要有三種：第一是紅層與碳酸鹽巖接觸帶;第二為碳酸鹽巖地層;第三為構(gòu)造發(fā)育帶。實現(xiàn)方式多采用物探與鉆探結(jié)合。

2、研究區(qū)概況

邵東縣大禾塘街道掌和村位于邵東縣東北部5km處。研究區(qū)面積3.0平方公里。

1-第四系孔隙水2-基巖裂隙水3-碳酸鹽巖含水巖組（水量極豐富）4-碳酸鹽巖含水巖組（水量豐富）5-碳酸鹽夾非碳酸鹽含水巖組（碳酸鹽占50%以上，水量中等）6-碳酸鹽巖含水巖組（碳酸鹽小于30%，水量貧乏）7-地層代號8-地層界線9-斷層10-地層不整合接觸界線11-村界12-水文地質(zhì)剖面13-研究區(qū)范圍線14-鉆孔及編號15-野外調(diào)查地質(zhì)點16-野外調(diào)查民井17-野外調(diào)查水點

區(qū)內(nèi)地層發(fā)育有：石炭系上統(tǒng)大浦組C2d、下統(tǒng)馬平組P1m、中統(tǒng)棲霞組P2q、小江邊組P2x、中統(tǒng)孤峰組P2g、上統(tǒng)龍?zhí)督MP3l、大隆組P3d、白堊系下統(tǒng)神皇山組K1sh、第四系全系統(tǒng)（Qh）。

區(qū)構(gòu)造發(fā)育徐家鋪—壩上壓扭性斷裂，斷層兩端均出圖幅，區(qū)內(nèi)走向呈波狀彎曲，總方向為北東30°，沿途覆蓋較厚，傾向、傾角無從查明，長約20公里。對本次找水影響較大的為白堊系神皇山組與下伏二疊系及石炭系的地層不整合接觸帶，該條不整合帶在區(qū)內(nèi)呈弧形，走向為由北東到南西，在工作區(qū)西南部出工作區(qū)，于坡頭嶺一帶被徐家鋪—壩上斷裂截斷。

區(qū)內(nèi)地下水含水層主要有松散巖類孔隙水含水層（Qh）、基巖裂隙水（紅層孔隙裂隙水含水層K1sh）、碳酸鹽巖巖溶水含水層（C2d、P1m）。

3、找水勘查示范

3.1 技術(shù)路線

工作方法及流程：資料收集與分析、水文地質(zhì)測繪、地球物理勘探、定孔位、水文地質(zhì)鉆探、抽水試驗。

3.2 找水靶區(qū)及孔位確定

3.2.1靶區(qū)確定

通過收集區(qū)域資料及現(xiàn)場面上調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場地形地貌、地層巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等因素確定目標(biāo)靶區(qū)。

①從研究區(qū)含水層結(jié)構(gòu)分析：白堊系下統(tǒng)神皇山組（K1sh）泥質(zhì)粉砂巖及下部灰質(zhì)礫巖，含基巖裂隙水，富水性貧乏，在研究區(qū)可以劃分為相對隔水層;二是白堊系下伏的石炭系上統(tǒng)大埔組（C2d），二疊系下統(tǒng)馬坪組（P1m）的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，為埋藏型巖溶含水層，該層為本次找水目標(biāo)層位。

②由于白堊系紅層在區(qū)內(nèi)厚度不大，可利用水文地質(zhì)鉆探打穿紅層，尋找下伏巖溶水。

③從構(gòu)造方面：研究區(qū)位于白堊系下統(tǒng)（K1sh）與下伏石炭系上統(tǒng)（C2d）、二疊系下統(tǒng)（P1m）的不整合帶附近。紅層與下伏基巖接觸帶為盆地，為地下水的富集提供了有力場所。所以孔位定在不整合帶附近找水潛力極大。

④在詳細(xì)分析水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，在不整合帶南側(cè)，地勢較低，靠近河流的位置布置物探工作進(jìn)行孔位確定，物探方法選擇高密度電法。

3.2.2孔位確定

①物探根據(jù)高密度電法110線，反演斷面圖顯示：760-800號測點200米深度內(nèi)存在低阻異常，推測該低阻異常為巖溶、裂隙相對發(fā)育帶。布置鉆孔SK01。

②以SK01為基點，平行白堊系與二疊系不整合帶視為異常帶，并在該異常帶地勢較低的河邊低洼處布置SK02孔。孔位布置見圖3。

3.3 鉆探及抽水試驗成果分析

3.3.1 鉆探成果

根據(jù)鉆探結(jié)果，SK01地層結(jié)構(gòu)：0-6.0m為第四系粉質(zhì)粘土夾中粗砂;6.0-45.0m為K1sh粉砂質(zhì)泥巖;45.00-102.80m為K1sh灰質(zhì)礫巖;102.80-191.00m為P1m白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。SK01主要含水段為二疊系馬坪組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r（102.80-191.00m），地下水賦存于巖溶裂隙中。

SK02地層結(jié)構(gòu)：0.00-8.80m為第四系碎石土;8.80-26.70m為 K1sh泥質(zhì)粉砂巖;26.70-104.9m為K1sh灰質(zhì)礫巖;104.90-150.5m為P1m白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。其中104.9-123.6m段白云質(zhì)灰?guī)r硅化現(xiàn)象嚴(yán)重（見照片1），節(jié)理裂隙整體不發(fā)育。其主要含水段為二疊系馬坪組白云質(zhì)灰?guī)r（123.6～150.5m），溶蝕裂隙、溶孔發(fā)育，溶隙多為方解石脈充填，裂隙面可見鐵質(zhì)浸染，溶孔多發(fā)育方解石晶體，巖芯多呈塊狀-短柱狀（見照片2）。

3.3.2 抽水試驗成果分析

根據(jù)抽水試驗結(jié)果：SK01進(jìn)尺191m，水量較小，經(jīng)洗井抽水，進(jìn)行全孔3次抽水，據(jù)抽水試驗結(jié)果，靜止水位1.08m，第一次抽水，水位降深22.28m，涌水量為58.6m3/d，第二次抽水，水位降深15.00m，涌水量為43.89m3/d，第三次抽水水位降深8.40m，涌水量為26.35m3/d。

SK02孔深150.5m，主要富水段為井下123.6m～150.5m，進(jìn)行全孔3次抽水，據(jù)抽水試驗結(jié)果，靜止水位0.0m，第一次抽水，水位降深28.05m，涌水量為234m3/d，第二次抽水，水位降深17.01m，涌水量為142m3/d，第三次抽水水位降深8.20m，涌水量為68.50m3/d。曲線類型為近似直線型（Q=0.097*s），推算的允許最大降深49.09m，允許開采量411.43m3/d。

總結(jié)：

根據(jù)邵東縣掌和村鉆井找水的成功實例分析，針對湘中南紅層地區(qū)埋藏型巖溶找水有以下結(jié)論與建議。

（1）由于該地區(qū)紅層白堊系紅層（K1sh）泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖富水性弱，不作為找水的目標(biāo)層位，應(yīng)以碳酸鹽巖含水層為找水目標(biāo)層;

（2）有斷裂構(gòu)造的區(qū)域，優(yōu)先選擇在斷裂旁布孔較為合適，無斷裂構(gòu)造選擇在紅層與碳酸鹽巖接觸帶附近布孔，這一帶鹽酸鹽巖溶蝕發(fā)育;

（3）布孔位置一般建議在地勢相對較低處，便于地下水匯集;

（4）根據(jù)SK01、SK02兩孔的地層巖性及涌水量對比分析，在SK02的104.9-123.6m段發(fā)育一段硅化帶，鉆探揭穿硅化帶以后，溶蝕裂隙、溶孔發(fā)育，地下水涌至井口。而SK01孔不存在該現(xiàn)象，且涌水量SK01遠(yuǎn)小于SK02。推測這一區(qū)域埋藏型巖溶中出現(xiàn)硅化現(xiàn)象作為一個找水標(biāo)志。

參考文獻(xiàn)：

[1]張貴，周翠瓊，王波滇等東南巖溶區(qū)找水打井經(jīng)驗[J].中國巖溶，2017，（10）：626-632

作者簡介：

王瀟，湖南省長沙人，碩士研究生，主要從事水工環(huán)地質(zhì)專業(yè)工作。