延吉市三峰勘查區地質特征及礦泉水水源允許開采量評價

鄭龍日,苗萌萌,鄧 華

吉林省有色金屬地質勘查六〇五隊，吉林 延吉 133000

0 引言

勘查區位于吉林省延吉市朝陽川鎮，地理坐標：東經129°22′03″～129°23′03″；北緯42°50′02″～42°52′28″。勘查區面積為3.75 km2，區內布置2個水文地質鉆孔，通過抽水試驗及水質化驗，進一步確定水化學類型為重碳酸鈣型水，礦泉水中鍶的質量濃度為0.68～1.02 mg/L，為鍶型礦泉水。朝陽川鎮工農業發達，交通便利，延吉國際機場坐落在此地，朝陽川鎮是延邊朝鮮族自治州政治、經濟、文化、交通的重鎮。隨著人們健康飲水意識的增強，天然礦泉水的市場需求日益增長，進一步查明勘查區地質特征，確定水源地的合理開發利用量已是迫在眉睫的工作，為合理開發利用天然礦泉水提供依據，以取得最大的經濟、社會和環境效益[1]。

1 區域地質概況

勘查區所處大地構造位置為天山—興蒙造山帶、吉中—延邊晚古生代陸緣構造帶、長白山陸緣火山盆嶺構造帶、延吉盆地[2]南部，延吉盆地基底巖性主要為晚古生代地槽型海相沉積。盆地南北長約40 km，東西寬30～38 km，面積約1 500 km2，為區域內單個面積最大的新生代斷陷盆地。盆地基底最大埋深為2 400 m左右，起伏不平，凸凹間常以斷層相隔，屬斷塊狀結構。華力西旋回以褶皺構造變形為主，燕山旋回受太平洋俯沖作用影響，構造格局與東北地區一致。盆地格局受燕山早期和晚期的南北向和近東西向沉積斷裂控制，北東和北西向斷裂為盆地后期改造斷裂，切穿了盆地沉積蓋層。

2 勘查區地質特征與礦泉水井特征(1)鄭龍日,等.吉林省延吉市朝陽川鎮三峰飲用天然礦泉水勘查報告[R].吉林省有色金屬地質勘查局六〇五隊.2020.

2.1 勘查區地質特征

勘查區出露地層主要為上白堊統龍井組和第四系全新統。上白堊統龍井組巖性為紫色—褐色礫巖，含礫砂巖、砂巖與泥巖互層，第四系全新統為黃—褐色黏土、亞黏土、粉細砂、砂礫。北東向和北西向構造發育，這兩組斷裂為共生壓扭性或張扭性斷裂，這兩組斷裂及其次一級斷層及構造裂隙密級帶，有利于地下水的運移和富集，形成富集富水地段。在工作區南西部零星分布有燕山期輝石安山巖。

2.2 勘查區水文地質鉆探

勘查區內通過地質、水文地質調查結合少量的物探工作，確定了2個鉆孔位置，鉆孔坐標見表1。鉆孔的定位采用實時動態(RTK)測量，使用儀器南方靈銳S86型GPS，鉆進方法分別為：三峰1號井采用筒鉆鉆進，泥漿循環；三峰3號井采用氣動潛孔錘正循環鉆進。

表1 三峰礦泉水鉆孔坐標Table 1 Drilling coordinates of mineral water wells in Sanfeng exploration area

2.3 礦泉水井地質特征

鉆探揭露的地層巖性(以三峰1號井為例)，從上到下為第四系沖洪積、白堊系龍井組，白堊系龍井組地層揭露厚度為100.5 m。圖1為三峰區鉆孔水文地質剖面圖。

圖1 三峰區鉆孔水文地質剖面圖Fig.1 Hydrogeological profile of boreholes in Sanfeng exploration area

3 礦泉水水源允許開采量評價

3.1 允許開采量評價原則和方法

允許開采量應充分考慮礦泉水源開采影響范圍內的其他開采井的影響。抽水試驗采用單孔抽水試驗，進行三個落程。采用Q-s曲線推斷法估算泉水水源井的允許開采量。儲量估算范圍是北距三峰3號井300 m(取三峰3號井影響半徑的2倍)，東距三峰1號井200 m(取三峰1號井影響半徑的2倍)。南距三峰1號井200 m，西距三峰1號井230 m，距三峰3號井300 m。儲量估算區面積為687 824 m2。儲量估算范圍圖如2。

圖2 儲量估算范圍Fig.2 Estimation range of reserves

3.2 抽水試驗

水文地質鉆探結束后，對三峰1號井和三峰3號井進行了單孔三降深穩定流抽水試驗。以三峰1號井相關數值為例。

第一次降深抽水時間86 h，穩定時間48 h，降深37.68 m，堰高8.0 cm，涌水量220.49 m3/d，單位用水量5.85 m3/d·m。

第二次降深抽水時間37 h，穩定時間24 h，降深24.76 m，堰高7.2 cm，涌水量169.43 m3/d，單位用水量6.84 m3/d·m。

第三次降深抽水時間35.5 h，穩定時間16 h，降深16.2 m，堰高6.1 cm，涌水量111.97 m3/d，單位用水量 6.89 m3/d·m。

3.3 水文地質參數計算[3]

公式一：

公式二：

式中：k—含水層滲透系數(m/d)；R—影響半徑(m)；r—井徑(m)；s—水位降深(m)；M—含水層厚度(m)；Q—涌水量(m3/d)。

根據公式一和公式二，以三峰1號井相關數值為例，含水層厚度M=29.50 m,井徑r=0.109 5 m,可以計算出三次降深時的滲透系數和影響半徑分別為：K1=0.23 m/d，R1=182.31 m；K2=0.27 m/d，R2=129.18 m；K3=0.26 m/d，R3=82.44 m。

3.4 允許開采量評價

利用水源井三次降深的穩定流抽水試驗資料，采用Q-s曲線推斷法估算泉水水源井的允許開采量。通過分析得知，三峰1號井含水層類型為潛水-承壓水；三峰3號井含水層類型為承壓水[4]。三峰1號井井深105 m，本次抽水試驗最大降深為37.68 m，由于該水源井含水層頂板地層深度為21 m，故確定水源井設計降深19.40 m，根據Q允許=qS，其中：q=Q2/s2=169.43/24.76=6.84 m3/d·m。所以最終Q允許=6.84×19.40=132.75 m3/d。

三峰3號井井深115 m，本次抽水試驗最大降深為16.80 m，由于該水源井含水層頂板地層深度為39 m，水源井設計降深可最大取26.7 m，大于本次抽水試驗最大降深，故三峰3號井設計降深取，本次抽水試驗最大降深，即16.80 m，根據Q允許=qS，其中：q=Q1/s1=249.09/16.80=14.83 m3/d·m。所以最終Q允許=14.83×16.80=249.09 m3/d。

4 結論

綜上，儲量估算范圍內(三峰1號井和三峰3號井)，總計允許開采量可控制在381.84 m3/d之內即：Q總=132.75 m3/d+249.09 m3/d=381.84 m3/d。按照每年300天計算，年允許開采量Q年=11.46×104m3/a。通過分析，評價區地下水補給主要為大氣降水入滲和深部地下水徑流，大氣降水補給量Q降為35 732 m3/a，徑流補給量Q徑為94 090 m3/a，故評價區補給量Q補=Q降+Q徑=13.0×104m3/a。評價區年允許開采量(以300天計)為11.74×104m3/a，儲量估算范圍內地下水的補給量能夠滿足允許開采量的需求，可保證礦泉水的長久開采，對區域水文地質條件變化影響很小。為確保礦泉水資源的長期開發利用，避免礦泉水水質淡化，禁止過度開采[5]。