劉仕娟
(河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)(河北省干熱巖研究中心),河北邢臺(tái) 054000)
甘浚鎮(zhèn)地處甘肅省張掖市甘州區(qū)西南部,地勢(shì)西高東低、南高北低,境內(nèi)最高點(diǎn)海拔1760 m。屬溫帶干旱氣候,多年平均氣溫12.8 ℃。境內(nèi)河道屬黑河水系,黑河西干渠由南而北,貫穿甘浚鎮(zhèn)。
該井所在工作區(qū)張掖盆地由晚更新世和全新世的陸相碎屑堆積物組成,盆地邊緣出露新近系和白堊系。地層垂向分布層序由新到老分別為第四系(Q)、新近系(N)、白堊系(K)及奧陶系(O),地層呈層狀分布,無(wú)斷裂構(gòu)造發(fā)育,地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。根據(jù)鉆孔鉆遇地層情況顯示,該區(qū)域第四系厚度為607 m,新近系厚度為943 m,白堊系厚度為65 m;從1615 m 進(jìn)入奧陶系,為勘查區(qū)中生界盆地基底,巖性為綠泥石化安山巖,局部發(fā)育構(gòu)造裂隙;該井最終深度揭露奧陶系厚度為127.50 m。
本井熱儲(chǔ)層蓋層為第四系(Q)、新近系(N)上部地層。第四系巖性為卵礫石、砂礫石層,以礫石為主,故地層增溫率較小,地層增溫效果較差;新近系1000 m以淺地層,巖性多為中細(xì)砂巖、中粗砂巖、礫巖、泥巖,具有較好的保溫隔熱效果,為該井熱儲(chǔ)蓋層。
該井處在張掖—民樂(lè)盆地中央凹陷一級(jí)構(gòu)造單元的西北部,根據(jù)以往石油鉆探所取得地質(zhì)資料,該處的新近系熱儲(chǔ)層具有分布面積廣、厚度大、儲(chǔ)集性好等特點(diǎn)。新近系白楊河組地層巖性以砂巖為主,是地?zé)崽锏闹饕獰醿?chǔ);白堊系地層有砂巖發(fā)育,具備一定的地?zé)崃黧w儲(chǔ)集條件,是地?zé)崽锏拇我獰醿?chǔ)。可利用熱儲(chǔ)層厚度累計(jì)129.45 m。本次抽水試驗(yàn)的目的層位主要是新近系含水層、白堊系含水層。
由于在鉆進(jìn)過(guò)程中使用了鉆井液護(hù)壁,在保護(hù)井壁的同時(shí)也對(duì)地層的滲水通道形成一定程度的堵塞,影響抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及水文地質(zhì)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果,因此需要對(duì)該井進(jìn)行徹底的清洗。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,本井洗井工作采用替漿洗井、焦磷酸鈉洗井、噴射器洗井、空壓機(jī)振蕩洗井、空壓機(jī)反循環(huán)抽水清渣洗井、拉活塞洗井和潛水泵振蕩洗井聯(lián)合清洗的方式,以達(dá)到徹底去除泥皮疏通水道的目的。
本次抽水試驗(yàn)采用單井穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)[1],進(jìn)行三個(gè)降深抽水,三次涌水量分別為Q1、Q2、Q3,其中Q2=2Q1/3,Q3=Q1/3。三次降深穩(wěn)定持續(xù)時(shí)間分別為72 h、48 h及24 h。每次降深試驗(yàn)后須進(jìn)行水位恢復(fù)觀測(cè),待地?zé)峋换謴?fù)后方可進(jìn)行下一次降深試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)過(guò)程中,要求水溫、流量及水位同步觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)間為抽水開(kāi)始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100、120 min,之后每30 min觀測(cè)一次。
抽水試驗(yàn)孔三次降深與涌水量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,本井以1308.10 m3/d、871.32 m3/d、432.12 m3/d水量抽水時(shí),孔內(nèi)分別出現(xiàn)了穩(wěn)定水位,表明其形成了穩(wěn)定的補(bǔ)給,地下水流動(dòng)狀態(tài)可視為穩(wěn)定流,含水介質(zhì)可概化為無(wú)限延展的含水層。Q-s關(guān)系曲線和q-s關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。
圖1 Q-f(s)、q-f(s)關(guān)系曲線圖Fig.1 Q-f(s) and q-f(s) relationship curves
影響半徑和滲透系數(shù)是計(jì)算和評(píng)價(jià)地下水資源的重要數(shù)據(jù)[2]。滲透系數(shù)反映介質(zhì)的滲透能力,其物理意義是當(dāng)水力坡度等于1時(shí)的滲透速度。影響半徑是降落漏斗的周邊在平面上投影的半徑,與含水層的透水性、抽水延續(xù)時(shí)間、水位降深等因素有關(guān)[3-4]。依據(jù)抽水試驗(yàn)成果,采用穩(wěn)定流承壓完整井Dupuit公式計(jì)算得出含水層的滲透系數(shù)K和影響半徑R[5-7],公式如下:
(1)
(2)
式中:K為滲透系數(shù),m/d;Q為涌水量,采用抽水試驗(yàn)成果表中最大降深出水量1308.10 m3/d;R為影響半徑,m;r0為抽水段孔徑,取值0.241 m;M為含水層厚度,含水層累計(jì)厚度129.45 m;s為水位降深,取值抽水試驗(yàn)成果表中最大降深95.7 m。計(jì)算可得:K=0.134 m/d,R=349.665 m。
按《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)評(píng)價(jià),本井熱水經(jīng)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn),水溫達(dá)到了溫?zé)崴?礦化度達(dá)到了微咸水。按《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)飲用天然礦泉水》(GB 8537—2018)評(píng)價(jià),要求色度≤10度,渾濁度≤1 NTU,具有礦泉水特征性口味,無(wú)異味、無(wú)異嗅,允許有極少量的天然礦物鹽沉淀,無(wú)正常視力可見(jiàn)外來(lái)異物;本井熱水檢測(cè)結(jié)果為色度6度、渾濁度2.6 NTU,因此不能直接作為飲用天然礦泉水。按《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)評(píng)價(jià),要求渾濁度<1 NTU、溶解性總固體<1000 mg/L;本井熱水檢測(cè)結(jié)果渾濁度2.6 NTU、溶解性總固體1084 mg/L,因此不能直接作為生活飲用水。按《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021)評(píng)價(jià),要求pH 5.5~8.5、水溫≤35 ℃;本井水溫41 ℃ 超標(biāo),不能直接用于農(nóng)田灌溉。按《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11607—1989)評(píng)價(jià),本井能直接用作漁業(yè)養(yǎng)殖[8]。
水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)是根據(jù)《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DZ/T 0290—2015)對(duì)每個(gè)指標(biāo)分別評(píng)價(jià),將評(píng)估指標(biāo)的實(shí)際測(cè)量值與相應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。依據(jù)各組分含量高低,將地下水水質(zhì)分為五類:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類,具體見(jiàn)表2,然后在所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果中選擇最高的類別作為水質(zhì)類別[9]。按《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DZ/T 0290—2015)評(píng)價(jià),該井地下水水質(zhì)綜合類別定為Ⅳ類。
表2 地下水質(zhì)量等級(jí)劃分表
通過(guò)單孔抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用裘布依公式計(jì)算了甘肅張掖甘浚鎮(zhèn)含水層水文地質(zhì)參數(shù),承壓含水層滲透系數(shù)0.134 m/d,影響半徑R=349.665 m。
本井水化學(xué)類型為Cl·SO4-Na型水,按礦化度分類屬于微咸水,按酸堿度分類屬堿性水,按硬度分類屬中硬水,按地?zé)豳Y源溫度分級(jí)屬于低溫地?zé)豳Y源溫?zé)崴8鶕?jù)不用用途對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià),按《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)價(jià),該井地下水水質(zhì)綜合類別定為Ⅳ類,水質(zhì)較差,除適用于農(nóng)業(yè)和部分工業(yè)用水外,進(jìn)行適當(dāng)處理后仍可作生活飲用水。