玉苗村小黄塘抗旱找水失败原因分析

王旭东 刘 海 吴泊人

2009年9月以来，我国西南地区遭遇百年不遇的旱灾，农田干裂、库塘干枯，农作物绝收，部分地区人、畜饮水困难。云南省玉溪市红塔区小石桥乡是旱情比较严重的地区之一，该处地势海拔高，地形地质条件复杂。长期以来遭受水资源短缺的困苦，为响应国家号召，支援西部建设，笔者以及同事通过2个多月的努力，共施工51口水井，其中在玉溪市施工11口深井;在红河州施工了38口浅井，2口深井。累计钻进深度5281.7 m，总出水量9548 m3/d，取得了良好的社会和经济效益。但位于小石桥乡玉苗村小黄塘的某口井出水量不大，而且在施工过程中钻孔位置多次变更，钻探成效低下。钻探工作出现前所未有的困难，而且找水工作以失败告终。本文通过对小黄塘地区水文地质资料的收集，在资料收集的基础上深入分析其水文地质条件，同时施以物化探解译分析以及研究区地质、物探及钻探技术等综合分析在该区找水失败的原因。并提出更适合该地区水文地质条件的施工钻探技术方法，对同类地区的找水工作起到有效的指导作用。

1 研究区水文地质条件

研究区水文地质条件比较复杂，各种含水层均有分布，地下水类型齐全。碳酸盐岩亦分布较广，富含岩溶水。测区地下水化学类型简单。碳酸盐岩类在研究区内广布，根据岩石物质成分和岩性组合关系划分为纯碳酸盐岩岩溶水和碳酸盐岩与非碳酸盐岩呈夹层型的岩溶水两类。纯碳酸盐岩岩溶水主要由暗河、溶洞强烈发育的含水层组成，为深灰～灰白色中厚层状隐晶微粒灰岩及含藻灰岩，下部夹绢云母板岩，中部夹白云岩，上部夹泥灰岩。水质良好，为HCO3-Ca型淡水;碳酸盐岩与非碳酸盐岩呈夹层型的岩溶水主要分布在玉溪、江川、通海、峨山及北部温水营等地，为灰白色白云岩夹石英砂岩，涌水量600 t/d～800 t/d，为HCO3-Ca.Mg型淡水。

施工找水井位位于地表分水岭南侧，属地下水径流区，主要接受大气降水补给，垂直断面上位于隔水层1与隔水层2之间，大气降水补给被隔水层1隔断，虽隔水层1局部被正断层F1导通，但在隔水层1下部有一个弱的透水层，大气降水补给再次被隔断;隔水层2又受逆断层F2等控制，理论上，该孔位在隔水层1与弱透水层之间有个含水层，但水量不大，受大气降水影响很大，若大气降水量较大时(也就是雨季时)，地下水位抬升，该孔位可能见水，若为枯水期，大气降水少，地下水位降低，该孔位可能就见不到水;还有一个含水层可能位于隔水层2与逆断层F2之间，也就是说该孔位必须揭穿隔水层2才可能见到含水层。

2 研究区现场物探情况

为更好的指导找水工作以及钻探位置的确定，在钻探施工前，对该区布置了两条测线，剖面长度0.41 km，测点21个。具体布置图见图1。

图1 小石桥测线位置示意图

图2 原1号线、2号线EH4电阻率X剖面图

从图2可以看出，虽边缘地段受干扰很大，但在垂向仍然存在两个高低电阻率接触带，一个位于35 m处，另一个结合原2号线X剖面，得知位于210 m处，这两个高低电阻率接触带，均可能为断层构造，也可能为破碎带或溶洞充填物等，因为这两处电阻率等值线密集，表征着地质体结构复杂。推测第四系覆盖层厚度在钻孔位置深度不大于10 m，电阻率剖面图上，钻孔处存在一高低电阻率接触带，但深度很浅，不能说明其是断层构造。

3 两次失败钻探情况介绍

3.1 第一次钻探情况

2010年4月7日1号井开始施工，该井表层仅见薄层土层，其下为岩溶发育的灰岩，见多层溶洞，37.49 m处揭露的溶洞较大，洞中充填物较多，成分复杂，有泥岩、砂岩、灰岩和砂、土等。由于溶洞洞底露石较多且岩面起伏不平，钻进中也没采用导向装置，钻进至49 m下护壁套管时发现，该井井斜过大，护壁套管无法下入，随即机组人员决定终孔移位，重新施工。

3.2 第二次钻探情况

由于在第一次钻探失败后，工作组补充了物探工作，在距离原1号线平行的位置布置了两条平行的新2号线，新2号线距离原1号线约30 m～40 m，目的是看是否能找到更好的孔位，其物探解析如下:

从图3可以看出，有一处电阻率等值线密集，与原1号线X剖面相似，基本可以推断在孔位垂向35 m左右，有一个结构复杂地质体。综合4条剖面，可以发现在第二个高低电阻率接触带外围存在一个电阻率值均为900的统一值，说明该地区总的地层结构序列基本相同。

图3 新1号线、2号线EH4电阻率X剖面图

2009年4月16日，在第一次钻探失败井的北侧2.9 m处重新施工2号井，井深施工至89.55 m由于孔底漏水严重，潜孔锤无法继续施工，决定终孔。具体该井揭露的地层情况为:0 m～0.7 m为亚粘土，呈褐红色，稍湿～干燥，硬塑～坚硬状态，顶部0.3 m含植物根茎;0.7 m～27 m为白云质灰岩，灰白色，坚硬，岩芯呈柱状，岩溶发育，均为褐红色亚粘土充填，充填密实，溶洞直径0.3 m～0.8 m不等，发育深度在5.0 m以下;27 m～47 m为灰岩，坚硬～半坚硬，岩芯呈柱状，岩溶弱发育，见少量1 cm～3 cm溶蚀裂隙。充填物为褐红色亚粘土，充填较紧密～密实状态;47 m～74 m为充填溶洞，充填物为松软状态的褐红色亚粘土夹0.5 cm～5 cm的碎石，碎石为白云质灰岩、灰岩、泥岩等，碎石含量约25%，空压机漏风严重，该段为富水性弱的岩溶含水层，47 m～76.5 m为泥岩，灰白色，弱高岭土化，软弱～半坚硬的岩石，遇水易软化;76.5 m～89.55 m为硅化灰岩，灰白色，坚硬，裂隙发育，岩石呈碎块状，块径1.0 cm～5.0 cm不等，裂隙面见有铁质浸染，孔内水位降至孔底，潜孔锤无法继续钻进，随即停止钻进。

4月20日采用5 m3/h泵进行试抽水，共抽水3次，均掉泵，持续时间分别为22 min，20 min，12 min，该地区找水失败。

4 钻探找水失败原因分析

4.1 从研究区水文地质条件分析

研究区小石桥乡玉苗村小黄塘从地表调查情况看为震旦系灰岩，地表溶沟、溶槽、落水洞发育，具有良好的富水性，含水层主要为碳酸盐岩岩溶水，水化学类型为HCO3-Ca.Mg型。该点位于分水岭南侧，属地下水径流区，主要接受大气降水补给，排泄以泉水为主，人工开采和蒸发为辅。地面标高较大，在该点西侧发育泉点，地面标高1800 m，泉点与孔位(孔位高程2091 m)相对高差为291 m，水平距离约3.5 km，理论上具备水源地的条件，但仔细分析玉溪市红塔区小石桥乡综合水文地质图结合现场钻探揭露的地层看，该孔位出水条件受隔水层、断层构造、气象气候等因素控制。

该孔位地下水类型从岩性上讲，符合区域地质背景中地下水类型为碳酸盐岩岩溶水，进一步由钻探具体分层(0 m～0.7 m为亚粘土;0.7 m～27 m为白云质灰岩;27 m～47 m为灰岩;47 m～74 m为充填溶洞;47 m～76.5 m为泥岩;76.5 m～89.55 m为硅化灰岩)表征特征情况可以得知该孔位地下水类型为纯碳酸盐岩岩溶水。

比较综合水文地质图中隔水层2与弱透水层可能对应着钻孔施工层位，从47 m～74 m为充填溶洞，充填物为松软状态的褐红色亚粘土夹0.5 cm～5 cm的碎石，碎石为白云质灰岩、灰岩、泥岩等，碎石含量为25%左右，可以判断该段为富水性弱的岩溶含水层。

当钻孔施工至89.55 m，钻孔可能揭穿了隔水层2，局部范围内可以认为47 m～76.5 m泥岩为隔水层2，如果继续钻进至一定深度肯定能遇到构造断层F2，一定会遇到一个含水量较大的含水层，该含水层也是该点西侧泉点水源的源头所在，如果我们能收集该地区历年的气象资料，根据泉点每年不同时期的出水量变化情况与小石桥地区地表径流、地下水位、降水漏斗变化情况，建立一个空间、时间上的四维模型，在曲线上一定能得出该地区的一个含水层水头位置所在，同时可以得出孔位出水量大小受气候、离泉点的距离等变化关系等。

4.2 从研究区水文地质条件、物探及钻探做进一步综合分析

综合以上研究区的水文地质条件分析，物探揭露地层情况分析，结合现场钻探情况，我们可以看出对一个供水靶区的确定应综合考虑区域水文地质条件、靶区水文地质条件、物探解译等情况。就该孔位来说，从区域大的水文地质条件来看，该区为震旦系灰岩，结合地表调查进一步可得出该区地下水类型为纯碳酸盐岩岩溶水，孔位西南侧出露的泉点，可初步确定该孔位地区含水层位置，根据该地区历年的气象资料，泉点每年不同时期的出水量变化情况与小石桥地区地表径流、地下水位、降水漏斗变化情况，可以得出该孔位水位变化情况;从物探揭露地层情况看，该孔位地区地层结构序列基本相同，初步推测在该孔垂向35 m及210 m处存在两个复杂结构地质体，结合综合水文地质条件可以推测出垂向35 m处的复杂地质结构体为溶洞充填物，原因是该地质体离地表较近，为断层的可能性不大，在210 m处的复杂地质结构体可推断为断层破碎带，因为在该深度极可能对应着F2断层的位置;从后来两次钻探结果看，分别在37.49 m与47 m处揭露溶洞充填物，溶洞充填物碎石含量达25%，这基本上与推测该孔位垂向35 m处存在复杂结构地质体相吻合。

4.3 对现场钻探技术做进一步分析

1)施工人员初到云南施工，从思想认识上他们对云南地层认识不足，由于遇到了云南严重破碎的地层及复杂的水文地质条件，施工技术难度和进度都超出了原先的设想。

2)在构造发育，基岩地层严重破碎的条件下使用潜孔锤钻进，风压进入裂隙、溶洞，施工过程中孔内压力不足，岩粉不能正常吹出孔外，经常造成埋钻;而在破碎孔段工作时间稍有增长，便会出现掉块，卡钻等现象。潜孔锤设备特长发挥不出来，施工进度落后于传统钻进方法，是找水失败的主要原因。

5 结语

通过对云南省玉溪市红塔区小石桥乡玉苗村小黄塘村地区的水文地质条件，物探揭露地层情况等综合分析，笔者认为，该供水靶区在垂向210 m左右存在一个含水层，该含水层水位，受断层及气象气候等控制，该区域找水失败原因主要在施工钻探。该孔地下水位水量与泉点水位水量及大气降水存在一定水力联系;采用潜孔锤钻进的方法，在红层地区效果较好，在岩溶发育地区就显得力不从心，结合本研究区情况，对于类似小石桥区域地质背景条件的施工钻探应从以下几个方面加以改进:

1)观察施工状况，反复调整施工技术参数和处理手段，通过调整风压、分段挺进等技术措施，克服了地层破碎等施工难题。

2)采用潜孔锤与牙轮钻进交替作业的方式，使施工效率进一步提高，同时也降低了施工成本。

3)针对潜孔锤施工过程中掉块、卡钻、埋钻严重，无法正常钻进和牙轮钻进，冲洗液消耗严重，钻渣返不上来等情况，在保证工程质量和设计要求，又不影响出水量前提下，井队可发扬“蚂蚁啃骨头”的精神，采用取粉管跟管钻进的方式，钻进一个回次，捞一次岩粉，缓慢跟进，揭穿一个含水层后，立即下一套护孔管，该种方法虽然速度慢，工人劳动强度大，成井成本高，但效果较好。

[1]云南省地质局第二区测大队.1∶20万玉溪幅地质图[Z].1973.

[2]中国人民解放军建字733部队测制.1∶20万综合水文地质图玉溪幅6-48-[31][Z].1973.

[3]中国人民解放军建字733部队测制.1∶20万玉溪幅水文地质报告[R].1973.

[4]安徽省物化探院.玉溪市红塔区小石桥乡玉苗村物探成果资料[Z].2010.

[5]安徽省地矿局322地质队.玉溪市红塔区小石桥乡玉苗村AYS02水井编录[Z].2010.

[6]安徽地矿局第一水文勘探队.安徽地矿局第一水文勘探队云南抗旱打井技术总结[Z].2010.