干旱地区找水勘探思路探讨——蒙古国前巴音钼矿水源地勘探实例<br/>

干旱地区找水勘探思路探讨——蒙古国前巴音钼矿水源地勘探实例

2012-09-04王国栋

地下水 2012年6期

王国栋

(华北有色工程勘察院有限公司，河北石家庄 050021)

对前巴音钼矿水源地勘探项目水文地质模型、勘探思路、资源量评价以及最终确定水源地的分析，总结类似干旱地区找水的特点及勘探思路，对干旱、半干旱地区找水有一定的借鉴作用。

干旱地区;地下水资源;勘探思路;袭夺;蒸发量

蒙古国位于东亚内陆的蒙古高原，大部分地区属大陆温带草原性气候，季节变化明显，降水量很少，年平均降水量为120～250 mm，其中70%集中在7、8月份。其地处中亚东西向巨型铜金多金属成矿带中东段，矿产资源丰富，据蒙古矿产资源管理局统计，蒙古国已发现和评价了800多个矿床，4 500多个矿点［1］，但由于水资源的匮乏，大部分矿产资源得不到有效的开发与利用。

1 项目概况

前巴音钼矿位于蒙古国东南的苏赫巴托额省境内，矿山规模较大，资源较丰富，设计生产用水量为6 000 m3/d，然而水资源的匮乏则严重制约了矿山的发展。

1.1 地形地貌

该项目工作区位于中生代断陷盆地的东部边缘地带，地貌类型为低山丘陵，地势南高北地，东西高中部低，海拔750～1 280 m，总体地形坡度为0.4%左右，构成了一个完整的水文地质单元，面积约为3 204.56 km2，单元内沟谷较发育，两条主要沟谷呈北东、北西向延展，在单元中下游汇合后形成一条南北向沟谷，向北延伸到区外(见图1)。

区内历年平均降水量为 241.8 mm，平均蒸发量为(E601)1 032.2 mm，地表水系不发育，多为季节性河流，雨季南部中低山区形成短暂的行洪，顺地势沿沟谷向下游径流，大部分就地蒸发排泄，部分入渗补给地下水，局部见零星泉水出露，地下水垂向交替运动频繁。

1.2 地质构造

该区处于南蒙古巨大弧形构造带南侧，华北陆台与西伯利亚板块之间的古生代造山带内，受华北陆块、古蒙古洋壳和西伯利亚板块多期次俯冲、碰撞和对接作用影响，该区范围内古生代－沉积岩分布广泛，深大断裂带(层)纵横交错［2］，区内地层主要有奥陶系千枚片岩和绿泥片岩、砂岩、粉砂岩;志留－泥盆系泥质和硅质片岩、砂岩、粉砂岩;石炭系的砂岩、粉砂岩和砾岩;侏罗系的酸性喷出岩－石英斑岩、霏细岩;白垩系的泥岩、泥质粉砂岩和泥质页岩;第三系的粘土、砂、砂岩以及第四系的中细砂、粉细砂等;区域上岩浆岩广泛发育，主要表现为晚古生代和中生代的大面积花岗岩。

2 勘探思路

该地区以往仅围绕着矿产资源进行过部分地质工作，未进行过任何水文地质工作的研究，水文地质研究工作为空白区。

图1 蒙古国前巴音钼矿水源地区域地质略图

2.1 宏观研究

根据工作区的实际条件为避免投入工作量的盲目性，勘探工作首先从整体上宏观把握该区域形成水源地的可行性，通过采用物探以及区域水文地质测绘等手段，达到对区域地下水系统的整体认识。

此次工作主要运用四极直流电测深法对区域各地层的导电性差异进行了整体研究与区分，通过对所做物探测深点的测深曲线以及部分钻探资料的对比解译分析，认为其电阻率值一般在15～25Ω·m的地层在区域内分布较广，厚度较大，存在可作为供水水源地的可能性。该地层在水文地质单元的中下部普遍分布，南部局部地区该地层出露地表，自南往北该地层埋藏深度逐渐增大，地下水自南往北径流受阻(见图2)。

图2 南北向测线1视电阻率等值断面图及电学推断地质断面

2.2 模型认识

通过地面物探对区域地层的总体把握，我们对区域地下水系统有了一个整体的认识，区域内为一个完整的水文地质单元，天然状态下地下水的补给来源主要为大气降水，接受补给后大部分地下水经短途运移后就地蒸发排泄，部分则顺地势径流补给至中下游含水层，但下游含水层埋深逐渐加大，地下水径流受阻而呈承压状态，受压力作用地下水垂向越流至地势较低洼的沟谷内第四系含水层，进而通过第四系潜水的蒸发而排泄，少量地下水依然以径流方式排泄至区外，于是在区域上沿沟谷形成了一条南北狭长的地下水排泄通道(见图3)。

图3 水文地质单元内地下水补给径流排泄示意图

天然状态下该单元的地下水排泄量基本上得不到人为的利用，而且由于该地区潜水蒸发强烈在排泄区内形成大量盐碱化土地，由此我们设想能否选择合适的地段将该单元地下水分散蒸发排泄改为集中人工开采，从而降低浅埋区水位，变减少的潜水蒸发量为人工开采量。

3 方法与手段

3.1 群孔抽水试验

为了验证水文地质模型认识的正确性以及袭夺浅埋区潜水蒸发量的可行性，我们通过对工作区的不断摸索与施工，最终确定成井地段并顺利的施工六眼勘探开采井，经过单井试抽水试验每口井的出水量均达到了130 m3/h，出水能力比较理想。

为能更好的暴露地下水系统的内在矛盾以及验证对该模型预想的正确性，在枯水期对六眼勘探开采井进行了为期20 d的群孔抽水试验，抽水量达12 000 m3/d。至抽水试验结束时各勘探开采井的水位已基本趋于稳定，并且水位降深不大(见图4)，说明该地区有着一定的地下水资源量，具备建设水源地的可行性。

图4 前巴音钼矿水源地群孔抽水试验S—t历时曲线

表1 第四系潜水水位变化一览表

在群孔抽水试验过程中对影响范围内的第四系观测孔进行了动态观测，发现第四系潜水含水层的水位分别出现了不同程度的下降(见表1)，说明下部开采层位的承压水与上部潜水含水层地下水存在着一定的水力联系，这也有力的佐证了对该地区水文地质模型分析的正确性。

3.2 资源量评价

利用群孔抽水试验的原始资料通过数值模拟的方法对该地区地下水资源量进行评价，通过对水文地质模型的概化建立相应的数学模型，然后通过数学模型进一步对该地区地下水资源量进行求解。相应的数学模型为:

第四系地下水:

基岩地下水:

式中:H1、H2为第四系、基岩地下水位(m);k1为第四系含水层渗透系数(m/d);D1为第四系含水层底板标高(m);E0为水面蒸发强度(m);Ha为地表标高(m);Smax为最大蒸发深度(m);k'为弱透水层的渗透系数(m/d);M'为弱透水层的厚度(m);ω为降雨入渗补给强度(m/d);T2为导水系数(m2/d)，承压含水层T2=K2M，K2基岩含水层渗透系数，M基岩含水层厚度，潜水或无压含水层T2=K2(H2－D2)，D2基岩含水层底板标高;Qi为地下水开采量(m3/d);H0为初始水位L;Ω为计算区域;μ为潜水或无压含水层给水度，承压含水层贮水系数;qe(x，y，t)为二类边界单宽补给量(m2/d)［3］。

通过三角网格有限差分法对所建模型进行求解，然后利用群孔抽水试验资料调试和识别模型的水文地质参数，通过各种循环量的反复调整，使模型在没有人工排水的情况下运行几十年，仍能基本保持较稳定的地下水流场。对调整后的水文地质单元进行水文地质参数分区，利用不同分区的水文地质参数进而求得单元内的地下水资源量(图5及表2)。

表2 水文地质参数分区表

由此我们可以计算出该水文地质单元内的地下水补给资源量，再通过对当地人文情况、自然环境以及地下水环境的综合分析可以得出，该地区具备建设6 000 m3/d水源地的可行性。

4 结语

类似蒙古高原的干旱半干旱地区在寻找地下水资源方面存在着一些共性的特点，首先，地处干旱半干旱的内陆地区，年降水量较小，蒸发量较大，区域地下水以蒸发排泄为主，且多存在着沿主要沟谷或大型冲沟相对集中的地下水浅埋区排泄区;其次，地势相对平坦，水文地质单元面积相对较大，虽年降水量较小，但由于汇水面积较大，地下水位的微弱波动便可汇集大量的地下水资源量，地下水资源量有着可靠的物质来源。