延吉市三峰勘查区地质特征及矿泉水水源允许开采量评价

郑龙日,苗萌萌,邓 华

吉林省有色金属地质勘查六〇五队，吉林 延吉 133000

0 引言

勘查区位于吉林省延吉市朝阳川镇，地理坐标：东经129°22′03″～129°23′03″；北纬42°50′02″～42°52′28″。勘查区面积为3.75 km2，区内布置2个水文地质钻孔，通过抽水试验及水质化验，进一步确定水化学类型为重碳酸钙型水，矿泉水中锶的质量浓度为0.68～1.02 mg/L，为锶型矿泉水。朝阳川镇工农业发达，交通便利，延吉国际机场坐落在此地，朝阳川镇是延边朝鲜族自治州政治、经济、文化、交通的重镇。随着人们健康饮水意识的增强，天然矿泉水的市场需求日益增长，进一步查明勘查区地质特征，确定水源地的合理开发利用量已是迫在眉睫的工作，为合理开发利用天然矿泉水提供依据，以取得最大的经济、社会和环境效益[1]。

1 区域地质概况

勘查区所处大地构造位置为天山—兴蒙造山带、吉中—延边晚古生代陆缘构造带、长白山陆缘火山盆岭构造带、延吉盆地[2]南部，延吉盆地基底岩性主要为晚古生代地槽型海相沉积。盆地南北长约40 km，东西宽30～38 km，面积约1 500 km2，为区域内单个面积最大的新生代断陷盆地。盆地基底最大埋深为2 400 m左右，起伏不平，凸凹间常以断层相隔，属断块状结构。华力西旋回以褶皱构造变形为主，燕山旋回受太平洋俯冲作用影响，构造格局与东北地区一致。盆地格局受燕山早期和晚期的南北向和近东西向沉积断裂控制，北东和北西向断裂为盆地后期改造断裂，切穿了盆地沉积盖层。

2 勘查区地质特征与矿泉水井特征(1)郑龙日,等.吉林省延吉市朝阳川镇三峰饮用天然矿泉水勘查报告[R].吉林省有色金属地质勘查局六〇五队.2020.

2.1 勘查区地质特征

勘查区出露地层主要为上白垩统龙井组和第四系全新统。上白垩统龙井组岩性为紫色—褐色砾岩，含砾砂岩、砂岩与泥岩互层，第四系全新统为黄—褐色黏土、亚黏土、粉细砂、砂砾。北东向和北西向构造发育，这两组断裂为共生压扭性或张扭性断裂，这两组断裂及其次一级断层及构造裂隙密级带，有利于地下水的运移和富集，形成富集富水地段。在工作区南西部零星分布有燕山期辉石安山岩。

2.2 勘查区水文地质钻探

勘查区内通过地质、水文地质调查结合少量的物探工作，确定了2个钻孔位置，钻孔坐标见表1。钻孔的定位采用实时动态(RTK)测量，使用仪器南方灵锐S86型GPS，钻进方法分别为：三峰1号井采用筒钻钻进，泥浆循环；三峰3号井采用气动潜孔锤正循环钻进。

表1 三峰矿泉水钻孔坐标Table 1 Drilling coordinates of mineral water wells in Sanfeng exploration area

2.3 矿泉水井地质特征

钻探揭露的地层岩性(以三峰1号井为例)，从上到下为第四系冲洪积、白垩系龙井组，白垩系龙井组地层揭露厚度为100.5 m。图1为三峰区钻孔水文地质剖面图。

图1 三峰区钻孔水文地质剖面图Fig.1 Hydrogeological profile of boreholes in Sanfeng exploration area

3 矿泉水水源允许开采量评价

3.1 允许开采量评价原则和方法

允许开采量应充分考虑矿泉水源开采影响范围内的其他开采井的影响。抽水试验采用单孔抽水试验，进行三个落程。采用Q-s曲线推断法估算泉水水源井的允许开采量。储量估算范围是北距三峰3号井300 m(取三峰3号井影响半径的2倍)，东距三峰1号井200 m(取三峰1号井影响半径的2倍)。南距三峰1号井200 m，西距三峰1号井230 m，距三峰3号井300 m。储量估算区面积为687 824 m2。储量估算范围图如2。

图2 储量估算范围Fig.2 Estimation range of reserves

3.2 抽水试验

水文地质钻探结束后，对三峰1号井和三峰3号井进行了单孔三降深稳定流抽水试验。以三峰1号井相关数值为例。

第一次降深抽水时间86 h，稳定时间48 h，降深37.68 m，堰高8.0 cm，涌水量220.49 m3/d，单位用水量5.85 m3/d·m。

第二次降深抽水时间37 h，稳定时间24 h，降深24.76 m，堰高7.2 cm，涌水量169.43 m3/d，单位用水量6.84 m3/d·m。

第三次降深抽水时间35.5 h，稳定时间16 h，降深16.2 m，堰高6.1 cm，涌水量111.97 m3/d，单位用水量 6.89 m3/d·m。

3.3 水文地质参数计算[3]

公式一：

公式二：

式中：k—含水层渗透系数(m/d)；R—影响半径(m)；r—井径(m)；s—水位降深(m)；M—含水层厚度(m)；Q—涌水量(m3/d)。

根据公式一和公式二，以三峰1号井相关数值为例，含水层厚度M=29.50 m,井径r=0.109 5 m,可以计算出三次降深时的渗透系数和影响半径分别为：K1=0.23 m/d，R1=182.31 m；K2=0.27 m/d，R2=129.18 m；K3=0.26 m/d，R3=82.44 m。

3.4 允许开采量评价

利用水源井三次降深的稳定流抽水试验资料，采用Q-s曲线推断法估算泉水水源井的允许开采量。通过分析得知，三峰1号井含水层类型为潜水-承压水；三峰3号井含水层类型为承压水[4]。三峰1号井井深105 m，本次抽水试验最大降深为37.68 m，由于该水源井含水层顶板地层深度为21 m，故确定水源井设计降深19.40 m，根据Q允许=qS，其中：q=Q2/s2=169.43/24.76=6.84 m3/d·m。所以最终Q允许=6.84×19.40=132.75 m3/d。

三峰3号井井深115 m，本次抽水试验最大降深为16.80 m，由于该水源井含水层顶板地层深度为39 m，水源井设计降深可最大取26.7 m，大于本次抽水试验最大降深，故三峰3号井设计降深取，本次抽水试验最大降深，即16.80 m，根据Q允许=qS，其中：q=Q1/s1=249.09/16.80=14.83 m3/d·m。所以最终Q允许=14.83×16.80=249.09 m3/d。

4 结论

综上，储量估算范围内(三峰1号井和三峰3号井)，总计允许开采量可控制在381.84 m3/d之内即：Q总=132.75 m3/d+249.09 m3/d=381.84 m3/d。按照每年300天计算，年允许开采量Q年=11.46×104m3/a。通过分析，评价区地下水补给主要为大气降水入渗和深部地下水径流，大气降水补给量Q降为35 732 m3/a，径流补给量Q径为94 090 m3/a，故评价区补给量Q补=Q降+Q径=13.0×104m3/a。评价区年允许开采量(以300天计)为11.74×104m3/a，储量估算范围内地下水的补给量能够满足允许开采量的需求，可保证矿泉水的长久开采，对区域水文地质条件变化影响很小。为确保矿泉水资源的长期开发利用，避免矿泉水水质淡化，禁止过度开采[5]。