贵州西北高原台地威宁县地下水机井工程成井条件及维护建议

汤自华

贵州西北高原台地威宁县地下水机井工程成井条件及维护建议

汤自华1，2

（1.贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州 遵义 563000；2.贵州浅层地温能开发有限公司，贵阳 550000）

结合贵州威宁县地下水机井施工，针对地下水机井工程成井水文地质条件、施工工艺、成井结构及下管人为操作等进行重点分析。探讨对地下水机井进行修筑井台、避免地下水污染、定期检查、经常清洗等日常维护。地下水开发利用应注意：科学合理开采、地下水动态观测、建立机井回访制度、水井保护等。

地下水；机井；成井条件

1 工程概况

威宁县位于贵州西北部的高原台地，海拔1185～2880m，最高点在西南部海拉乡平箐梁子，海拔2880m，最低点于北部石门乡洛泽河出省界处，海拔1185m，高差1695m。幺站-秀水-迤那一线北东面为长江水系；南西面为珠江水系。境内以溶蚀峰丛洼地、峰丛沟谷为主，县城周边为缓丘谷地，海拔2230m左右，为典型的贵州高原台地，高原湖泊草海处于台地中部平缓低洼地带 (图1)。

2014年在威宁县施工机井10口，成井９口，干孔１口。其中石炭系下统上司组（C1sh）石灰岩、白云质灰岩夹白云岩６口；摆佐组（Cb）白云岩夹灰岩2口；石炭系下统旧司组（C1j）泥灰岩夹炭质泥岩、薄层煤及中统黄龙组（C2h）石灰岩各1口。上司组（C1sh）分布区机井全成井；机井F752为干孔，分布于摆佐组（Cb）白云岩夹灰岩区，地下水形成管道流，钻孔未揭露到地下水主径流带；其余含水岩组中机井均成井（表1）。

表1 地下水机井数据统计一览表

2 机井工程技术路线

施工使用SPJ-300型磨盘钻机为主，XY-4、XY-5型钻机为辅，配备英格索兰XHP1070WCAT型空压机，深井潜水泵等。使用φ280mm钻头开孔，深10m，下入φ273mm无缝钢管固井止水（管底嵌入完整岩石3～5m）；成井段口径φ225mm，深50m，下入φ219mm筛管（滤水管）保护孔壁；沉沙段口径φ175 mm（深100m）～150mm（深150m），若孔壁岩石完整则不需下管护壁（图2）。水质分析项目为全分析、特殊分析、氰酚分析及细菌分析。观测静止水位稳定后，做三次降深抽水试验。根据抽水设备能力确定最大降深，后两次分别取最大降深值的2/3、1/3（中国地质调查局，2012）。抽水试验三次降深稳定延续时间分别为24h、16h、8h，试验完成后，进行水位恢复观测，观测至接近静止水位。

3 地下水机井成井条件

3.1 水文地质条件

工作区以溶蚀缓丘洼地、缓丘谷地、峰丛沟谷及峰丛洼地为主，地下水总体由南西至北东径流。

图1 威宁县2014年地下水机井工程水文地质略图

1.剖面线及编号；2.地下水机井（左上：机井编号,左下:孔深m；右上：实抽涌水量m3/d，右下：降深m-静止水位m）；3.下降泉：左-编号，右-流量L/s；4.落水洞；5.岩溶洼地；6.河流及流向；7.地下河管道；8.地下水流向；9.水库；10.断层编号及倾向（数字为倾角）；11.推测断层；12.背、向斜轴；13.岩层产状（数字为倾角）；14.高程点（数字为标高m）；15.地层分界线及地层代号；16.村寨；17.公路

图2 钻孔井身结构

含水岩组分布及埋藏特征：上、中部以石灰岩及白云岩为主，地下水丰富，埋深较浅，利于机井开采利用；底部为泥岩、页岩及泥质灰岩，为隔水层。地下水易于储存在石灰岩及白云岩形成的宽缓、低洼谷地中，形成地下水富集区。区内地下水类型：上司组（C1）石灰岩夹白云岩及摆佐组（C1）白云岩夹灰岩赋存溶洞-裂隙水，富水性局部均匀；马平组（C2）、黄龙组（C2）及汤粑沟组（C1）为裂隙-溶洞水，富水性极不均匀；旧司组（C1）底部泥岩及祥摆组（C1）页岩富水性弱，为相对隔水层（韩至均，金占省，1996）（图3）。

图3 地下水机井工程A-A'水文地质剖面图

1.二叠系乐平统龙潭组；2.二叠系阳新统峨嵋山玄武岩组；3.二叠系阳新统栖霞、茅口组；4.二叠系阳新统梁山组；5.石炭系上统马平组；6.石炭系上统黄龙组；7.石炭系下统摆佐组；8.石炭系下统上司组；9.石炭系下统旧司组；10.石炭系下统祥摆组；11.石炭系下统汤粑沟组；12.地下水机井：Q:涌水量（m3/d），S:降深（m）底为孔深（m）；13.上：机井编号；下：井口高程（m）14.断层及编号；15.泥岩；16.粉砂岩；17.玄武岩；18.石灰岩；19.泥灰岩；20.含泥质灰岩；21.含燧石灰岩；22.白云岩

选取典型性机井的成井条件作进一步探讨分析：

F716机井：位于峰丛沟谷靠山脚，4m以上为粘土层，4.0～48.6m为上司组（C1）灰岩夹白云岩，48.6～150.6m为旧司组（C1）泥灰岩及黑色炭质泥岩。裂隙段为47.0～47.3m（主要含水段）、102.0～102.2m。下管前机井涌水量296.0m3/d，不慎将Ф219mm实管下入46.81～50.50m段，阻挡含水裂隙段47.0～47.3m的主要来水，机井涌水量明显变小为52.7 m3/d（表1、图3），施工中失误教训深刻。

F622及F709机井：位于草海河右岸，F709处于下游，两机井井口高差60m，均属溶蚀缓丘河谷地貌。F622机井：揭露粘土层厚4.10m，4.10～156.32m黄龙组（C2）灰岩，处于F2及F3断层交汇处，裂隙较发育，孔深15.0～15.25m、23.10～24.30m（溶洞段见表1）、 34.10～34.30m及107.40～107.50m为裂隙、溶洞段，地下水丰富；地下水埋深4.5 m，降深3.8m，涌水量达392.1 m3/d。F709机井揭露11.0m以上为粘土层，11.0～169.67m上司组（C1）灰岩、白云质灰岩夹白云岩，30.20～39.70m为间断性溶蚀裂隙，富含裂隙水；机井处在缓斜坡一带，距草海河谷150m，高出河床20m，受F1、F4断裂阻水作用，形成地下水独立富集区；地下水埋深8.7m，降深41.7m，涌水量126.23m3/d。两口机井地下水均受断裂构造控制明显，断裂带具阻水性，两条断裂交汇组合形成地下水阻水边界，在阻水边界上游区易形成地下水集中富水块段，富水块段内地下水丰富。

KH090井：位于“大坪子”背斜北西翼，相互平行的F5与F6断层间，断层为南西-北东走向。井位靠近于F6断层带，浅表岩溶较发育，揭露18.60～20.50m、26.3～28.50m为裂隙、溶洞段；2011年8月作抽水试验，地下水埋深22.0m，降深28.9m，涌水量554.34 m3/d。枯季抽水试验，地下水埋深55.6m，下入深井潜水泵至110m抽水，抽15分钟后断流。丰、枯季地下水水位埋深及涌水量变化极大。2014年9月在位于KH090干孔南侧约800m处尖山口子又施工机井F710，处于“大坪子”背斜倾伏端，裂隙较发育，揭露7.2～156.3m为上司组（C1）灰岩、白云质灰岩夹白云岩，15.0～30.6m、41.3～60.7m为间断性溶蚀裂隙。孔内水位埋深0.7m，降深1.2m，出水量628.99 m3/d；枯季地下水水位下降至33.0 m，枯季抽水试验：降深25.6 m，涌水量仅220.49 m3/d。

通过KH090、F710两钻孔在丰、枯季的涌水量及水位变化情况，说明断裂构造及褶皱构造对地下水控制作用明显，构造部位不同，地下水富集程度差异明显，在浅表岩溶强烈发育区地下水动态变幅极大。

F635、F636及F694三井：均位于溶蚀缓丘谷地，地形相对开阔平坦。F635、F636含水岩组为上司组（C1）灰岩夹白云岩，F694为摆佐组（C1）白云岩夹灰岩。受下伏岩层旧司组（C1）泥岩、炭质泥岩（厚400余米）阻隔作用（贵州省地质矿产局，1987），地下水储存、运移于隔水层之上的碳酸盐岩裂隙中（图3）。F635、F636及F694地下水埋深分别为0.20m、2.20m、6.80m，降深分别为5.70m、1.20m、4.50m时，各机井涌水量均达542.51m3/d（6.279L/s）,流量及水位稳定延续时间均超过24小时。在平缓谷地，受地层岩性及地形控制，地下水相当丰富，水位埋藏较浅，利于机井开采地下水开发利用（表1、图1）。

一年级结束之后，二年级的语文教学就要求老师教学生查字典，在语文教材的“语文园地二”中，就提及部首查字法。这是教学生怎样使用工具书，算得上二年级上半学期的教学重点之一。在二年级下册的语文教材中，并没有提到查字典的另外一种方法——音序查字法。在这种情况下，老师就可以利用微课给学生展示音序查字法，让学生获得更多知识。

F752机井处于溶蚀峰丛洼地靠山脚一带，井口海拔2210m，侵蚀基准面高程1960m与F752孔口高差250m，使孔位区地下水埋深较大，钻孔揭露1.20～152.74m摆佐组（Cb）白云岩夹灰岩,未揭露到溶隙、溶洞段，为干孔。F694机井与F752比较：地下水除受地层岩性控制外，还受地形地貌控制明显（图1）。

3.2 施工工艺

采用空气潜孔锤钻进，气举正、反循环钻进工艺。工艺特点：工期短，效益高；缺点：松软土层或较厚的软岩地段，容易产生孔壁垮塌、卡钻及埋钻等事故；机井钻进深度受空气压缩机的空气压力大小限制。另孔内水柱压力及孔内涌水量大小亦影响孔内排渣，排渣能力的大小直接影响和控制机井钻进深度（贾玉川，2016）。

3.3 成井结构及下管人为操作

在机井成井段0～50m通常下入Ф219mm滤水管；钻探施工中，钻探班报表必须标明孔内裂隙、溶洞段发育的具体孔深段，为孔内下入滤水管或无缝实管提供详细准确的数据，特别注意：在孔内出水裂隙段或溶洞段，必须下入滤水管，吸取下入无缝实管造成F716号机井涌水量明显变小的深刻教训。

4 地下水机井的使用和维护

4.1 修筑井台

井台可以使用砂石混凝土浇筑，井台形状通常为等腰梯形，上底0.4m，下底0.5m，四个梯形面围合成一个上小下大的井台，井台高度0.3m，井台顶、底面为正方形，边长分别为等腰梯形的上、下底长度值；修筑井台是加固及保护井口管，为下入深井潜水泵及泵管提供井口平台。

4.2 避免地下水污染

防止人类活动对地下水造成污染，将机井作为中心，20m半径内，不能设有厕所、粪堆、垃圾堆和污水池等。

4.3 定期检查

检查井台是否完好，井管是否畅通。对于输水管、电缆线以及电源控制开关等进行检查，查看是否完好，观察是否存在漏水、漏电等。

4.4 经常清洗

当机井使用1～2年后，需要对机井通孔捞砂及清洗一次，采用常规回转钻进设备及配备空气压缩机可达到孔内排渣、清洗目的。

5 地下水开发利用应注意的问题

1）科学合理开发利用。地下水资源不能超量开采，必须做好规划，分区、分时段控制开采量，做到科学合理开发利用。

2）动态长期观测。机井开采利用期间，需进行地下水长期动态观测，为地下水的合理开采提供资料依据。

3）建立机井回访制度。机井施工单位，需建立机井使用回访制度，充分了解机井使用情况，有利于今后机井施工工艺和施工程序作出进一步的改进。

4）水井保护。合理设置机井地下水保护带。

6 结论

通过威宁县多口机井水文地质条件相互比较分析得出：地下水机井涌水量大小及水位埋深情况受地形地貌、地层岩性及断裂、褶皱构造控制明显；机井出水裂隙段出水能力受裂隙发育规模及连通性影响外，还与施工人为操作在井内下入滤水管或实管关系密切，出水裂隙段误下入实管造成机井涌水量明显变小的深刻教训。通过对机井成井条件及富水规律分析，为今后在水文地质条件相似区寻找地下水有一定的参考借鉴意义。

中国地质调查局．2012．水文地质手册[M]．北京：地质出版社，445-460．

韩至均，金占省．1996.贵州省水文地质志[M]．北京：地震出版社，58-220．

贵州省地质矿产局．1987．贵州省区域地质志[M]．北京：地质出版社，196-228．

贾玉川．2016．贵州岩溶地区地下水成井中针对溶洞的钻进技术对策[J]．资源信息与工程，31（3）:51-52．

Well Completion Condition andMaintenance of Motor-Pumped Well Engineering in Weining, NorthwestGuizhou (Plateau Platform)

TANG Zi-hua1,2

(1-The 114th Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Exploration and Exploitation of Mineral Resources, Zunyi, Guizhou 563000; 2- Guizhou Shallow Geothermal Energy Development Co. , Ltd., Guiyang 550000)

This paper deals with hydrogeologiocal conditions, construction technique and completion structure and artificial operation of downhole pipe of motor-pumped well engineering construction of wells, groundwater pollution protection, check and clean regularly, scientific and rational exploitation and dynamic observation of groundwater, well return visit system and well protection in Weining, northwest Guizhou (plateau platform).

groundwater; motor-pumped well; well completion condition; Weining, Guizhou

2020-01-04

汤自华（1976-），男，贵州贵阳市人，工程师，现从事水文地质、工程地质、环境地质及地热资源勘查开发工作

P641.8

A

1006-0995（2021）01-0082-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.016