贵州岩溶地区岩溶水文地质地球物理勘查
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发布时间：2022-05-06 03:29
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时间：2022-06-28 14:29
一、内容概述
1.成果简介
该项目的工作目标是：配合贵州重点岩溶地区水文地质环境地质调查工作，选择典型地段，利用遥感、物探技术，查明岩溶地下水赋存构造空间分布特征；开展常规方法技术应用研究与新技术新方法试验研究，形成不同地质单元、不同类型岩溶地下水勘查技术方法体系，为贵州岩溶地区岩溶地下水勘查提供技术支撑。
经过收集、整理贵州岩溶地区不同水文地质单元的地质、物探、钻探等资料120余份以及两年2229个综合物理点的野外工作，取得了以下成果：
（1）通过遥感技术的应用查明了凤冈县以及重点地区地质构造分布规律，圈定了找水靶区。并结合贵州二水以及本项目组开展的综合物探工作，确定宜井孔位5处，经钻探验证，出水4眼。
（2）通过对各种物探方法在岩溶地区勘查地下水资料分析以及不同类型岩溶地下水地球物理勘查技术的应用试验研究和有效性分析，总结出地球物理剖面曲线（音频大地电场法、联合剖面法、电测深法、激电法、充电法等）在不同储水构造体上的反应特征，白云岩、灰岩等岩性富水性以及地球物理反应特征以及构造特征，为以后工作提供技术经验。
（3）通过对收集资料的综合分析，结合实测资料，总结出贵州裂隙型构造水、溶洞型地下水、地下河和管道型地下水等不同类型地下水综合物探勘查技术模式，为类似地区地下水勘查提供技术指导。
（4）研究了谱激电参数判别岩溶管道充填物性质的提取谱激电参数技术、分离电磁耦合效应的数据处理技术以及模型参数的反演技术，为有效利用松弛时间t、虚分量电阻率进行岩溶充填物性质，消除电磁耦合效应，准确求取激电参数提供了理论依据。
（5）通过八个不同成分、质量比的人工标本试验和土槽实验数据，分析总结出振幅、相位以及虚电阻率分量的频谱响应特征。通过对实验数据处理分析认为：充泥和充水时的时间常数t远比空洞和实心的t 大得多，充泥和充水时的相比，t充水略微大于t充泥，m充水略微小于m充泥，c充水略微小于c充泥。频段范围在0.01～1 Hz的虚电阻率分量是区分岩溶管道充填物性质的有效参数。
（6）通过野外已知孔试验，总结出了在贵州省灰岩区判断地下管道岩溶水的激化参数的特征，即：相对背景值而言，时间常数t值明显增大（一般两个数量级，大小：n～10×n）；充电率m值中等（0.05 左右），频率相关系数c值较小（0.01～0.04），为探测岩溶管道型地下水提供了一种新的技术手段。
（7）结合已有地质资料和钻探数据，通过碳酸盐岩地层（基岩水井特别是岩溶石山地区水井所涉及的地层基本为碳酸盐岩地层）地质构造和岩石力学物理性质分析，找出影响水力压裂效果的应力、应变等工程地质与水文地质特征因素，为水力压裂岩石力学分析计算和裂缝模拟以及压裂工艺优化设计奠定了基础。
（8）针对典型的碳酸盐岩地层及顶、底板状况，建立了水力压裂时与实际地层状况变化相符的裂缝发展数学模型，在此基础上，运用Visual C+ +与OpenGL交互的科学计算与图形开发平台，开发出了面向碳酸盐岩地层水井水力压裂裂缝的拟三维可视化模拟软件。能够实时动态演示裂缝的发展方向和缝长缝宽发育情况，能即时显示出该时刻的水井水力压裂裂缝的缝长缝宽值。为碳酸盐岩水井水力压裂裂缝动态预测提供了技术手段。
（9）通过大量室内实验，开发成功的水基压裂液具有价廉、性能好、无毒无害、不污染含水层、可操作性强等优点，可满足基岩水井水力压裂对压裂液的要求。
（10）采用单管顶压、双封隔器封隔座封，可以实现单井局部孔段压裂和多段压裂，使压裂设备小型化、管路系统简单化，为基岩水井压裂增水技术的推广应用创造了条件。
（11）首次将水力压裂增产技术引入到成井深度相对较浅、投资较少的基岩水井领域，可为我国干旱、半干旱缺水山区特别是西南岩溶石山地区小水量井的增产提供了一种有效的技术措施。填补国内水力压裂用于基岩水井增产的研究空白。
2.技术特点
（1）针对贵州岩溶地区不同水文地质单元地下水地球物理勘查特点，综合常规物探方法和新技术新方法，系统总结出不同水文地质单元地下水地球物理勘查组合方案，既提高该区域地下水地球物理勘查效率，又便于推广应用。
（2）针对贵州岩溶地区开发利用地下水存在的技术难题，开展了谱激电法以及水井水力压裂新技术的研究与应用，有效地推进了新技术的发展。
二、应用范围及应用实例
1.应用范围
本项目是在贵州岩溶地区开展示范研究，贵州岩溶地区类型较多，可以代表西南岩溶地区不同类型的岩溶水文地质单元，因此，其应用范围可以覆盖西南岩溶地区不同地下水类型勘查。
2.应用实例
（1）管道型地下水综合物探勘查地下水
金沙县沙土镇大路村为峰丛谷地，出露地层由上至下分别为：①第四系残坡积层（Q）：黄褐色红黏土，表面含植物根系，分布于斜面坡、谷地及地势平坦带，厚0～5.0m ±。②中三叠统松子坎组（T2s）：分布于场区南部，岩性为灰、灰白色中至厚层白云岩，灰岩夹泥岩。③下三叠统茅草铺组（T1m）：分布于整个场区，岩性为灰、深灰色中至厚层微晶灰岩、白云质灰岩，局部夹深灰色、灰黑色泥质灰岩、泥岩。
在该工作区选择的物探方法包括高密度电阻率法、激发极化法、音频大地电场和音频大地电磁法四种。音频大地电场法呈北东向低值异常带；高密度电阻率在埋深70m左右存在一低阻体，推断可能为岩溶管道；激发极化法中的半衰时、极化率在AB/2=120～160均有明显的高值异常反映，说明其为含水构造；音频大地电磁法反映出两条地下管道的存在，其一为浅层20m左右，其二为中深层90～115m。从岩性方面分析，浅层均有第四系砂质黏土覆盖，其电阻率相对较低；下部低电阻率区域主要为构造破碎带充水或管道裂隙充水区和泥质灰岩组成区域，其中高电阻率区域主要为三叠系灰岩和白云质灰岩，中厚层白云质灰岩电阻率超过1000Ω·m。
上述四种物探勘查结果反映的中深层管道异常均与已知井资料基本一致。因此可以说明以下两点：一是所选方法在该地区地质条件下均有效。二是激发极化参数中的半衰时、极化率均显示为高值，应是判别岩溶管道充填物性质的有效参数。
（2）谱激电法判别岩溶管道充填物性质
图1、图2分别为贵州毕节地区岩溶含水介质充填水和泥的谱激电法应用实例。
图1 充填物为水时不同深度的m，t，c 值图件
由图1和图2可见，岩溶含水介质充填水时激发极化参数时间常数t有明显的趋势变化，且在5号和6号点的各深度处都较大，表明渗透系数越强，出水量大。充填物为泥时，激发极化参数时间常数t变化无规律，表明渗透系数较差，出水量小或无。与实际情况相符。
图2 充填物为泥时不同深度的m，t，c 值图件
图3 唐县山阳庄示范孔压裂前后抽水试验水位对比图
（3）水井水力压裂技术应用
唐县高昌镇山阳庄村水井岩性为片麻岩，成井深度80m，孔径220mm，静水位9.1m。压裂前水井日出水量仅有6.26m3，属干孔。对该井实施压裂前采用MicroLogger 2 数字测井仪进行了电测井。根据测井结果，安排第一压裂孔段为44.5～54m，第二压裂孔段为19.8～29m，第一压裂段开启压力7.0 MPa，共压入水量9.87m3；第二压裂段最大泵压5.1 MPa，共压入水量6.6m3。压裂后经抽水试验，该井日出水量达到62.4m3，为压裂前水量的10倍，解决了该村400余人长期吃水难题。图3 为该孔压裂前后水位对比图。
三、推广转化方式
会议交流、技术咨询、人员培训、现场服务、宣传报道等。
技术依托单位：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心
联系人：魏玉梅 武毅
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