青州市玄武巖地區地下水特征和管井設計要點探究

王念理，王公遠，楊尚樸

（1.青州市水利局，山東 青州 262500；2.青州市抗旱服務站，山東 青州 262500）

1 青州市玄武巖地區地下水利用現狀

山東省青州市水文地質條件相對比較復雜，青州市西南部是典型的石灰巖低山丘陵區，水資源貧乏，地下水類型屬于石灰巖裂隙巖溶水；市區北部的廣大地區屬山前平原或河谷平原，地面平坦，土地肥沃，地下水豐富，地下水類型屬于第四系松散層孔隙水；青州市東南部廣泛分布著新近系玄武巖地層，該地區地下水以玄武巖裂隙、孔隙水類型和玄武巖地層間或玄武巖與新近系粘土巖之間砂礫層中的孔隙水為主。

青州市玄武巖地層區域內，地表水缺乏，除了縱貫南北的彌河之外，其他河流多屬雨源型季節性河流，汛期雨量集中，徑流量較大、枯水期河流干涸，供水管井提水是當前區域內農田水利灌溉和人畜吃水的主要取水方式。由于前期對供水管井的建設缺乏管理，對供水管井的設計沒有嚴格要求，大部分打井隊特別是個體打井隊，不能嚴格按照機井施工規范和設計要求施工，常常出現水量小、涌砂、井口塌陷、封井不力，致使井水甚至區域內的地下水污染等一系列問題。

為了提高成井率和成井質量，保證飲水安全，多年來，我們對青州市區域內的不同地下水類型的供水管井設計做了一些研究工作，本文僅就青州市玄武巖地區地下水的特點和供水管井設計做些探討。

2 玄武巖地區地下水特征

2.1 玄武巖地層的巖性特征

青州市東南部的玄武巖丘陵區廣泛分布著新近系玄武巖，該區域的玄武巖由新近系上新統堯山組和中新統山旺組、牛山組構成。堯山組：巖性主要為褐黑色橄欖玄武巖，厚層狀、塊狀及板狀構造，致密堅硬；山旺組：巖性主要為灰、深灰色氣孔狀玄武巖、橄欖玄武巖夾少量褐黃色泥巖；牛山組：巖性主要是氣孔狀玄武巖、杏仁狀玄武巖、黑灰色橄欖玄武巖。

2.2 玄武巖地區地下水的特征

青州市玄武巖地區的地下水主要有兩種存在形式，一是玄武巖地層中的裂隙、孔隙水，二是玄武巖地層間或玄武巖和新近系粘土巖之間砂礫層中的孔隙水。

2.2.1 玄武巖地層裂隙、孔隙水特征及分布情況

玄武巖地層裂隙、孔隙水主要指新近系玄武巖地層中賦存于玄武巖氣孔狀構造、節理構造、巖石裂隙中的地下水。具氣孔狀構造，柱狀節理、蜂窩狀孔洞及裂隙較發育的玄武巖，風化后連通性好，富水性強。富水性與玄武巖氣孔狀構造、成巖裂隙等相關，同時受構造、地貌等因素控制，動態變化明顯。一般地形低洼，氣孔狀構造、成巖裂隙、風化裂隙構造發育地段富水性較強。這種類型的地下水，埋深不大，含水層厚度不大，出水量較小，一般在10m3/h左右，但較穩定，水質較好。

這種類型的地下水主要分布在青州市譚坊鎮東南部的鄭母村—趙坡村一線以北，張家羊村—宋池村—高家村一線以南地區。該區域地表第四系地層很薄，部分玄武巖地層裸露地表，區內分布有玄武巖丘陵，與昌樂縣大面積分布的玄武巖丘陵區緊密相連。

2.2.2 玄武巖地層間砂礫層中的孔隙水特征及分布情況

玄武巖地層間砂礫層中的孔隙水是指玄武巖噴發旋回及玄武巖和下腹粘土巖地層間砂礫層中的地下水。砂礫層厚度1～6m，埋深一般在70～140m，區域分布受古河道控制比較明顯，部分區域有湖湘沉積的特點。這種類型的地下水出水量較大，一般在20～40m3/h，且水質好，是區域內人畜吃水和農業灌溉用水的主要取水水源。

這種類型的地下水主要分布在青州市東南部的黃樓街道辦事處、譚坊鎮、東夏鎮南部和彌河鎮東部的平原地區。區內玄武巖屬新近系基性噴出巖，玄武巖地層的下部是新近系的粘土巖地層，玄武巖和粘土巖地層普遍被第四系地層覆蓋，覆蓋層厚度一般在20～70m不等。

第四系覆蓋層屬沖、洪積松散類地層，覆蓋層普遍含有砂層和砂礫層，受到大氣降水和彌河水的側向補給，水量豐富，但是，彌河沿線第四系砂層和礫石層中的地下水都曾受到彌河水的污染，水質較差，可以作為農業灌溉用水，不能作為生活飲用水。

3 玄武巖地層供水管井設計要點

青州市玄武巖地區地貌、地質、水文地質等自然環境不同，地下水的類型及分布也有較大差異，所以，不同自然環境下，供水管井設計的重點也就不同。根據青州市玄武巖地區地下水類型特點，玄武巖裂隙、孔隙水供水管井設計應以孔深和過濾器的濾水管材質、開口率、濾料的規格為重點；玄武巖地層間砂礫層地下水的供水管井設計應以過濾器的形式，濾料的規格、配級及厚度，特別是終孔的深度和止水、封井位置為重點。

（1）鉆井深度：井深由目的含水層底板埋藏深度加沉淀孔的深度決定，沉淀孔的長度一般為孔深的5%～10%。

玄武巖裂隙、孔隙水類型供水管井，設計深度一般在70～90m，因為這種類型的地下水主要分布在玄武巖表層的強風化和中風化帶中，風化巖深度一般30～50m，下部微風化玄武巖結構致密，是相對隔水層，施工過程中，見到致密塊狀玄武巖即可終孔。

玄武巖地層間砂礫層地下水類型的供水管井，設計深度受到覆蓋層厚度和玄武巖地層厚度的控制，一般90～160m 不等。鉆井施工過程中，穿透覆蓋層、玄武巖地層和含水砂層，進入下腹新近系粘土巖地層5～10m終孔。

（2）井身結構（施工直徑）：施工直徑應滿足井壁管外部直徑+濾料厚度的要求，濾料的厚度一般控制在100～150mm。

（3）井壁管：一般采用鋼管作為井壁管（淺井也可以使用PVC、PE 管或水泥管）。井壁管的直徑取決于抽水設備的規格，采用200QJ系列潛水泵時，套管內徑應不低于250mm。采用250QJ 系列潛水泵時，套管內徑一般控制在300mm以上。

（4）過濾器：是濾水管和不同規格濾料及填礫厚度的組合。

濾水管：玄武巖裂隙、孔隙水類型的供水井，可以使用鉆孔、割縫等形式的普通濾水管，濾水管的開孔率一般不低于30%；玄武巖地層間砂礫層地下水類型的供水井，建議采用橋式濾水管。濾水管的位置應和含水層埋深的位置對應，濾水管位置和井壁管的底部應安裝扶正器，保證井壁管和濾水管處于鉆孔的中心位置。濾水管的長度根據含水地層厚度確定，總長度不低于含水層厚度。

濾料的規格和厚度：濾料的規格用濾料的平均直徑D50和含水砂礫層中砂礫的平均粒徑d50的比值D50/d50來確定。

玄武巖裂隙、孔隙水類型的供水井，因為地層不含砂或含砂很少，所以濾料通長采用粒徑10～20mm的礫石（或碎石）；玄武巖地層間砂礫層地下水類型的供水井，按照中—細砂地層D50/d50=10～20來選擇濾料的粒徑，根據多年供水管井施工經驗，在青州市玄武巖地區，濾料規格宜使用5～8mm的砂礫。濾料的厚度一般控制在100～150mm，厚度過小，也會出現井內涌砂現象，厚度過大也會影響機井的出水量，實際施工過程中控制在100～150mm為宜。

無論是中細砂含水層還是砂礫石含水層都不建議采用包網過濾器，因為包網會造成過濾器有效孔隙率變小，進水阻力加大，并且細小顆粒容易堵塞網孔，造成供水井的出水量減小，機井使用壽命縮短。

（5）止水和封井：是防止供水井水質受到污染，保障取水安全的必要手段。

玄武巖裂隙、孔隙水類型供水井，這種類型的地下水一般分布在玄武巖丘陵區，區內沒有工業污染，封井的位置應選在壤土下部2m到井口位置為宜，目的是為了防止地表水和土壤水從井口周邊滲入井內，封井材料宜選用質純的粘土或粘土球；玄武巖層間砂礫層地下水類型的供水井，由于區內，特別是彌河沿線，第四系砂礫層孔隙水曾經普遍受到彌河水的污染，部分地區污染嚴重，所以封井位置應選在第四系地層以下的完整玄武巖孔段，封井段長度應不少于5m，封井材料宜選用質純的粘土球，封井段以上到井口孔段采用普通粘土填實。

（6）沉淀孔的長度：按孔深的5%～10%確定，一般為5～10m 為宜，使用沉淀管時，其下端要安裝到井底。玄武巖裂隙、孔隙水類型供水井，沉淀孔的深度一般控制在5m以內；玄武巖層間砂礫層地下水類型的供水井，沉淀孔的深度一般不低于10m。

（7）洗井和抽水試驗：洗井和抽水試驗是成井工藝中的重要環節，抽水試驗數據也是配套提水設備的重要依據。

一般情況下采用活塞洗井、空壓機洗井、潛水泵抽水的方法就能達到比較好的洗井效果。對于以上方法效果不好的情況下，可以采用加多磷酸鹽溶液清除泥皮和二氧化碳洗井的辦法。

4 結束語

綜上所述，地下水類型不同，含水層的巖性和粒徑大小不同，供水管井的設計深度、使用濾水管的開口寬度、濾料的粒徑和填礫的厚度也不盡相同，要具體問題具體分析。

彌河沿線第四系地層孔隙水和下伏玄武巖地層間砂礫層地下水都比較豐富，但是，第四系地層孔隙水曾經普遍受到污染，水質相對較差。下伏玄武巖地層間砂礫地層的地下水水質很好，是該區域良好的飲用水水源。灌溉用供水井的設計，應當以第四系供水管井為主，設計深度應嚴格控制在見到玄武巖即終孔。人畜吃水井應按照基巖供水管井設計，并嚴格將第四系孔隙水封閉。否則，區域內的每一眼供水井都會成為連接第四系孔隙水和玄武巖層間地下水的通道，不僅造成單個供水井水質的污染，更嚴重的是會造成區域內玄武巖地層間地下水的污染。

水管部門應對區內特別是彌河沿線，加強對供水管井設計和供水管井施工的指導和管理，確保地下水水質的安全。

合理做好供水管井設計，對合理開發利于地下水，提高成井率和管井使用壽命，確保人畜吃水安全，具有重要的現實意義。