「找水经验」北京昌平某地找水勘探案例

2022-10-13
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地质概况

工作区位于太行山-大兴安岭华夏系与祁吕贺兰山字形构造东翼反射弧的交接地带。

在区域复杂构造应力作用下,构造变动极其复杂,表现为一系列扭动构造型式。存在以下主要构造体系:华夏系构造、沙浴旋券构造、黑熊山旋卷构造及SN向挤压构造,上述的构造体系组合,控制了工作区的基本构造面目,见图1。


区内地层包括:元古宇蓟县系、青白口系、中生代岩浆岩系及第四系。以中生代岩浆岩系分布品广、第四系次之:县系,青白口系织小范围分布干业庄村东具界附近,第四系主要分布于河床两侧,见图1。


岩浆岩均形成于燕山期,中一晚侏罗世到早白垩世。岩性属中酸性过渡岩类,均为侵入岩,可辨岩性分3期侵人。各次侵人岩体的地质特征如下:

早期侵人岩:岩性以中性的闪长岩、黑云母闪长岩类为主,结构以细、中粒为主,分布于慈悲峪村庄周边。

第二次侵人岩,早期以石英正长岩为主,分布于北庄村所在河谷以南,慈悲峪村庄外围至黑熊山之间,南庄村周边:晚期以正长闪长岩为主,宽带状分布于北庄村所在河谷以北区域。

第三次侵人岩,岩性为花岗岩,分布干慈悲峪西黑熊山,早NNE 向长垄状突起,棱状山脊,与周边石英正长岩丘陵地貌形成明显的陡坎接触。


地下水赋存特征

岩浆岩中的地下水主要赋存于各类裂隙中,主要有断层构造裂隙、侵人接触构造裂隙及风化裂隙。风化裂隙受风化深度的控制,主要存在于地表20m以浅;村庄附近岩浆岩多为同期侵入或为脉岩、岩枝,侵人接触构造裂隙不发育:断层构造裂隙在裂隙中占有主导地位,且主要发育于张性、张扭性断层中。


找水方向及技术路线

由于侵人岩风化壳富水性差,采用钻并开采方式无法满足村中人畜饮水要求,而张性构造裂隙是主要的地下水赋存空间。因此,确定构造裂隙地下水为本次勘查工作的主要找水目标。


由于地表岩石风化强烈,地表难以发现构造露头,因此,断裂构造判别以遥感影像解译结合地形分析为基础,物探勘查验证的工作模式。物探方法包括音频大地电场法、音频大地电磁法、高密度电阻率法及激电测深,视具体的工作条件,选择适宜的物探方法。为了提高勘查工作精度,弥补单种手段的不足,尽量选择多种方法的组合测量,相互验证。


找水靶区的确定

在前期踏勘和遥感解译基础上,同时考虑岩性条件和钻机进场问题,物探工作靶区确定在村西北处,工作目的是查证NE向和NW 向断层的存在性和空间发育特征,见图2。


孔位的确定

工作区靠近大秦铁路,电磁干扰严重,电磁法类手段无法开展工作,只能采用直流电法。考虑电气化铁路对直流电法勘查结果的影响,高密度电法采用两种装署开展工作,施伦贝格和偶极-偶极。资料解释时可求同存异,以期提高资料解释的精度。


为了验证 NE、NW 向的断裂构造的存在,布设近垂直的两条高密度测线。分析其结果可知,作区沟谷地带风化壳普遍发育,但发育深度通常小于20m·高密度 II线的勘查结果反映出 NW 向断层的存在。


综合考虑高密度II线不同装号形式的勘查结果(图3、图4)认为,剖面95m处发育近乎直立的、宽约10~15m断层:断层带内埋深15~30m形成明显的低阻圈闭,判断破碎程度较高。根据断层的倾角和宽度,推断断层发育深度较大。


高密度Ⅱ线95m处激电测深结果显示AB/2=20~38m(勘探深度约为AB/2的0.8倍)间视极化率和半衰时曲线迅速下降,低于闪长岩的分布范围和第四系覆盖层的背景值,推测该处破碎严重,以砂为主,富水性好。该结果与高密度勘查结果吻合,见图5。


分析高密度勘查结果和激电结果,井位定于高密度Ⅱ线 95m 处,设计井深120m,预计单井出水10~20m³/h。


钻探过程及结果

钻探工艺采用空气潜孔锤钻进。钻孔深 125m,开孔孔径 Φ325mm,钻进至基岩3m后,变径为Φ220mm,一径到底:十部7m下人井辟管(Ф250mm钢管)管外注水泥浆3m封闭,上部用黏土充填,变径以下裸孔成井。揭露三段破碎段:12~31m,87~97m,109~117m


抽水试验

本次抽水试验持续了10小时,其中抽水试验6小时,水位恢复试验4小时。抽水泵扬程为100m,水泵下至井下72m外,额定出水器为10m³/h,利用光电水位仪进行水位测量,静水位9.67m,最大降深为51.40m;抽水试验2.0小时即达到稳定动水位,停止抽水后1.5小时水位即恢复至距离静水位1m左右。

该示范孔补给条件好,水量丰富,三角堰测量法测得稳定出水量为11.0m³/h,地下水温度为9.5℃,通过计算单井涌水量为0.073L/(s·m)。抽水试验过程曲线如6所示。


工程总结

昌平岩浆岩区找水方向:岩浆岩区地下水主要赋存于断裂构造裂隙中,风化裂隙、侵入接触带裂隙受其发育程度及深度影响,富水性较弱。因此,本区的地下水勘查工作,以寻找NE、NW、近SN向张性、张扭性断裂构造为主要目标。


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