甘肃张掖甘浚镇水文地质参数计算及地下水水质评价

刘仕娟

(河北省煤田地质局第二地质队(河北省干热岩研究中心),河北邢台 054000)

1 区域地质概况

甘浚镇地处甘肃省张掖市甘州区西南部,地势西高东低、南高北低,境内最高点海拔1760 m。属温带干旱气候,多年平均气温12.8 ℃。境内河道属黑河水系,黑河西干渠由南而北,贯穿甘浚镇。

该井所在工作区张掖盆地由晚更新世和全新世的陆相碎屑堆积物组成,盆地边缘出露新近系和白垩系。地层垂向分布层序由新到老分别为第四系(Q)、新近系(N)、白垩系(K)及奥陶系(O),地层呈层状分布,无断裂构造发育,地质条件简单。根据钻孔钻遇地层情况显示,该区域第四系厚度为607 m,新近系厚度为943 m,白垩系厚度为65 m;从1615 m 进入奥陶系,为勘查区中生界盆地基底,岩性为绿泥石化安山岩,局部发育构造裂隙;该井最终深度揭露奥陶系厚度为127.50 m。

2 水文地质概况

本井热储层盖层为第四系(Q)、新近系(N)上部地层。第四系岩性为卵砾石、砂砾石层,以砾石为主,故地层增温率较小,地层增温效果较差;新近系1000 m以浅地层,岩性多为中细砂岩、中粗砂岩、砾岩、泥岩,具有较好的保温隔热效果,为该井热储盖层。

该井处在张掖—民乐盆地中央凹陷一级构造单元的西北部,根据以往石油钻探所取得地质资料,该处的新近系热储层具有分布面积广、厚度大、储集性好等特点。新近系白杨河组地层岩性以砂岩为主,是地热田的主要热储;白垩系地层有砂岩发育,具备一定的地热流体储集条件,是地热田的次要热储。可利用热储层厚度累计129.45 m。本次抽水试验的目的层位主要是新近系含水层、白垩系含水层。

3 洗井、抽水试验及水文地质参数的计算

3.1 洗井

由于在钻进过程中使用了钻井液护壁,在保护井壁的同时也对地层的渗水通道形成一定程度的堵塞,影响抽水试验数据以及水文地质参数的计算结果,因此需要对该井进行彻底的清洗。根据现场实际情况,本井洗井工作采用替浆洗井、焦磷酸钠洗井、喷射器洗井、空压机振荡洗井、空压机反循环抽水清渣洗井、拉活塞洗井和潜水泵振荡洗井联合清洗的方式,以达到彻底去除泥皮疏通水道的目的。

3.2 抽水试验

本次抽水试验采用单井稳定流抽水试验[1],进行三个降深抽水,三次涌水量分别为Q1、Q2、Q3,其中Q2=2Q1/3,Q3=Q1/3。三次降深稳定持续时间分别为72 h、48 h及24 h。每次降深试验后须进行水位恢复观测,待地热井水位恢复后方可进行下一次降深试验。抽水试验过程中,要求水温、流量及水位同步观测。观测时间为抽水开始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100、120 min,之后每30 min观测一次。

抽水试验孔三次降深与涌水量数据见表1,本井以1308.10 m3/d、871.32 m3/d、432.12 m3/d水量抽水时,孔内分别出现了稳定水位,表明其形成了稳定的补给,地下水流动状态可视为稳定流,含水介质可概化为无限延展的含水层。Q-s关系曲线和q-s关系曲线见图1。

图1 Q-f(s)、q-f(s)关系曲线图Fig.1 Q-f(s) and q-f(s) relationship curves

3.3 水文地质参数计算

影响半径和渗透系数是计算和评价地下水资源的重要数据[2]。渗透系数反映介质的渗透能力,其物理意义是当水力坡度等于1时的渗透速度。影响半径是降落漏斗的周边在平面上投影的半径,与含水层的透水性、抽水延续时间、水位降深等因素有关[3-4]。依据抽水试验成果,采用稳定流承压完整井Dupuit公式计算得出含水层的渗透系数K和影响半径R[5-7],公式如下:

(1)

(2)

式中:K为渗透系数,m/d;Q为涌水量,采用抽水试验成果表中最大降深出水量1308.10 m3/d;R为影响半径,m;r0为抽水段孔径,取值0.241 m;M为含水层厚度,含水层累计厚度129.45 m;s为水位降深,取值抽水试验成果表中最大降深95.7 m。计算可得:K=0.134 m/d,R=349.665 m。

4 地下水水质评价

4.1 水质特征

4.2 地下水用途评价

按《地热资源地质勘查规范》(GB/T 11615—2010)评价,本井热水经对比标准,水温达到了温热水,矿化度达到了微咸水。按《食品安全国家标准饮用天然矿泉水》(GB 8537—2018)评价,要求色度≤10度,浑浊度≤1 NTU,具有矿泉水特征性口味,无异味、无异嗅,允许有极少量的天然矿物盐沉淀,无正常视力可见外来异物;本井热水检测结果为色度6度、浑浊度2.6 NTU,因此不能直接作为饮用天然矿泉水。按《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)评价,要求浑浊度<1 NTU、溶解性总固体<1000 mg/L;本井热水检测结果浑浊度2.6 NTU、溶解性总固体1084 mg/L,因此不能直接作为生活饮用水。按《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)评价,要求pH 5.5～8.5、水温≤35 ℃;本井水温41 ℃ 超标,不能直接用于农田灌溉。按《渔业水质标准》(GB 11607—1989)评价,本井能直接用作渔业养殖[8]。

水质综合评价是根据《地下水水质标准》(DZ/T 0290—2015)对每个指标分别评价,将评估指标的实际测量值与相应的评估标准值进行比较。依据各组分含量高低,将地下水水质分为五类:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类,具体见表2,然后在所有评价指标的评价结果中选择最高的类别作为水质类别[9]。按《地下水水质标准》(DZ/T 0290—2015)评价,该井地下水水质综合类别定为Ⅳ类。

表2 地下水质量等级划分表

5 结论

通过单孔抽水试验数据,采用裘布依公式计算了甘肃张掖甘浚镇含水层水文地质参数,承压含水层渗透系数0.134 m/d,影响半径R=349.665 m。

本井水化学类型为Cl·SO4-Na型水,按矿化度分类属于微咸水,按酸碱度分类属碱性水,按硬度分类属中硬水,按地热资源温度分级属于低温地热资源温热水。根据不用用途对地下水水质进行了评价,按《地下水水质标准》评价,该井地下水水质综合类别定为Ⅳ类,水质较差,除适用于农业和部分工业用水外,进行适当处理后仍可作生活饮用水。