用天電法打井找水儀尋找砂層孔隙水的研究
砂層是粉細(xì)砂、中粗砂、礫卵石、沖積碎石等松散含水層的統(tǒng)稱,只要砂層有一定的埋藏深度,它與基巖裂隙水相比,往往單位出水量更大,打井造價(jià)更低,抽水耗能更少,很受群眾歡迎。過(guò)去大多是用電阻率法測(cè)量,選高值點(diǎn)?,F(xiàn)在找水人員更多的是使用天電法打井找水儀,天電法打井找水儀找砂層水大多數(shù)人寄希望找高值,效果不好,于是認(rèn)為找砂層不行。經(jīng)過(guò)我們近幾年的不解努力,現(xiàn)在終于有了一個(gè)比較深刻的認(rèn)識(shí)?,F(xiàn)將我們的思路整理如下。
1、砂層與粘性土層都含有豐富的重力水,極性都很強(qiáng),意欲要把二者在打井找水儀天電圖上直觀的區(qū)分開(kāi)哪是砂層,哪是土層,是很難辦到的。
在古河道的沉積物中,砂層是在汛期大洪水時(shí)的沉積,粘性土是在非汛期流速極為緩慢時(shí)的沉積,二者一般相互成層,粗細(xì)相間,韻律明顯,大多數(shù)沒(méi)有較大的單層厚度,很難分出哪個(gè)點(diǎn)有幾層砂層。
例如附圖一,打井記錄在45~74米砂層多,以下為泥巖,出水量為30方時(shí),是個(gè)好井。但在有砂層的部位一點(diǎn)也看不出砂層在哪里,也不像電法測(cè)井那樣呈現(xiàn)高值反映。這是用天電法打井找水儀測(cè)量砂層的普遍規(guī)律之一,即砂層與土層大多表現(xiàn)為同一個(gè)電性層,可以統(tǒng)稱為第四系松散沉積物。
2、松散沉積物在打井找水儀天電圖上不論砂層有多粗,大多都是低值反映。
在打井找水儀天電圖上由于砂層和粘土層的飽和含水率較接近,而且都很大,一般可達(dá)30~40%,只是粘土的給水度很小,水分排不出來(lái)而已。所以在沒(méi)有咸水的地區(qū),在基巖以上,土層和砂層大多表現(xiàn)為低值層。在山丘地區(qū)和剝蝕準(zhǔn)平原區(qū)的河流階地砂層一般為古河道沉積,顆粒較粗。古河道兩側(cè)基巖較淺。古河道內(nèi)砂層(包括卵石層)的天電值同樣是較低的。
在附圖一中,松散沉積物之下是泥巖,泥巖的天電值一般是較低的,該案例的松散沉積物的數(shù)值還要比泥巖更低得多,甚至出現(xiàn)了較多的0值。
再例如附圖二,在6號(hào)點(diǎn)淺層有4米卵石層,以下為極軟巖,據(jù)鉆機(jī)反映“卵石以下打了100米爛泥,沒(méi)有打透,就生氣不打了”。在原始剖面圖上100米之上的確是深藍(lán)色,說(shuō)明鉆機(jī)所說(shuō)的100米“爛泥”是真實(shí)的,但在處理剖面圖上,卵石層的數(shù)值比所稱的“爛泥”還要小,更加證實(shí)了松散沉積物的數(shù)值確實(shí)是普遍很小的。這是用天電法打井找水儀測(cè)量砂層的又一個(gè)普遍規(guī)律,即松散沉積物的數(shù)值小之又小,大多接近0值。
3、利用低值下傳規(guī)律可以確定古河道中的最佳井位。
在天電剖面圖中低值下傳是一個(gè)普遍規(guī)律。淺表層數(shù)值越小的測(cè)點(diǎn)發(fā)生低值下傳就會(huì)越明顯。古河道的中心松散沉積物厚度最大,數(shù)值最低,這種特低值層數(shù)值下傳的結(jié)果在剖面圖上就會(huì)顯得深藍(lán)區(qū)更厚,更深。利用這個(gè)原理,在淺層古河道的剖面圖中選擇特低值最厚的測(cè)點(diǎn)確定井位就會(huì)是古河道的中心,相應(yīng)的砂層會(huì)更多更粗,水量會(huì)更大。下面我們用三個(gè)典型案例加以說(shuō)明。
案例一:附圖三的9.5號(hào)是萊州市鄒先生在王河左岸的沖積階地上自己打的一眼直徑50公分的水泥管井,井深38米,砂層在20~23米,出水量30方時(shí)。這一帶五百米之內(nèi)還有20多眼井,都有砂層。2000年大旱其他井都水量很少了,只有他這眼井水量依然很好。鄒先生為查明原因,他測(cè)了一個(gè)天電剖面,點(diǎn)距5米,發(fā)現(xiàn)其他測(cè)點(diǎn)淺層的數(shù)值都較大,只有這個(gè)井附近數(shù)值最小,說(shuō)明該井是在古河道的中心處,砂層更深,更厚,而且有低值下傳現(xiàn)象。找砂層水就應(yīng)找這樣的低值點(diǎn)定井。
案例二:附圖四是在濰坊市白浪河右岸階地一個(gè)小區(qū)處測(cè)的一個(gè)天電剖面。這里是寬度達(dá)幾公里的白浪河古河道中心附近,第四系覆蓋層厚度40多米,30米以下有多層粗砂礫石,局部為卵石,水量十分豐富,降深5米的單井出水量達(dá)50到100方時(shí)以上,是濰坊市已建成的地下水源熱泵最好的條件,可以做到全額回灌。以下為水量不好的玄武巖。但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性,再好的條件也是不均勻的,各井點(diǎn)的砂層厚度和顆粒粗細(xì)并不完全一致,井的單位出水量相差1倍以上。為了研究用單頻法測(cè)出的數(shù)值大小能否反映出砂層水的孬好,我們分別用深度30、50、80、120米進(jìn)行測(cè)量,測(cè)出的數(shù)值全都是0.000,直至調(diào)到深度180米才有部分測(cè)點(diǎn)不再是0值,說(shuō)明數(shù)值特小,意欲用單頻法數(shù)值大小去找古河道中心是不成功的。
最后我們改用多頻道儀測(cè)量,復(fù)測(cè)完全一致,在處理圖上反映出該測(cè)線古河道的最佳位置在6、7、8、9、11五個(gè)點(diǎn),與地源熱泵熱源井單位出水量大小的變化規(guī)律是一致的。
案例三:附圖五已知井在10號(hào)點(diǎn),24~26米是粗砂層,靜水位18米,出水量15方時(shí)。在剖面圖上該深度也是一個(gè)低值層位。如果認(rèn)為砂層在打井找水儀天電圖上也是高值層,就會(huì)認(rèn)為砂層沒(méi)有反映出來(lái),天電法打井找水儀找砂層效果不好。本文的認(rèn)識(shí)恰恰相反——第四系淺層松散砂層在打井找水儀天電圖上不是高值層,而是低值層,應(yīng)該找低值下傳更明顯的低值點(diǎn)定井。它與用電阻率法找砂層是找高值是不同的,它們?cè)谖锾皆砩弦彩遣灰恢碌?,二者沒(méi)有可比性。因此,我們認(rèn)為就這條測(cè)線而言,最好的井位應(yīng)該是在1~7號(hào)點(diǎn)而且是越向左砂層越好。
此外,根據(jù)湖南張先生回顧,兩年前他在紅層地區(qū)測(cè)水,在剝蝕準(zhǔn)平原上找到了一個(gè)低值異常點(diǎn),實(shí)打發(fā)現(xiàn)是一層較粗的砂礫石層,日出水量達(dá)1000方,他也認(rèn)為找古河道應(yīng)該找低值異常。
4、應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題。
一是在有深層淡水的地區(qū),因地層厚度大,砂層有一定程度的壓密,孔隙率和含水率變小,砂層有微弱的高值表現(xiàn)是正常的。我國(guó)西北地區(qū)松散地層有的很深厚,二三百米不到巖石,其中的砂層(包括碎石層或卵石層)可能已發(fā)生微弱的膠結(jié)或壓密,砂層也能顯示為比較弱的的高質(zhì)層,可以找相對(duì)高值層層數(shù)多的點(diǎn)定井(需要注意的是,如果用多通道儀器測(cè)水,一定要排除假的水平高值層)。如果在下面的基巖中有高值飛線,它會(huì)使表現(xiàn)為微弱高值的砂層被掩蓋掉,應(yīng)該在電腦上人為的把該高值飛線改小一點(diǎn),砂層就顯示出來(lái)了。
二是找古河道的中心,測(cè)線要盡量長(zhǎng)一些,最好能把古河道的邊緣也反映出來(lái),就像附圖二的右邊,古河道的邊緣很清晰,說(shuō)明卵石層已尖滅,這樣看起來(lái)會(huì)更直觀。
三是由于低值下傳的原因,在原始剖面圖上,松散沉積物的厚度比實(shí)際大了很多,應(yīng)以處理剖面圖中的低值層的厚度作為主要參考。
四是反映松散沉積物的測(cè)量數(shù)值很小,用單通道儀測(cè)量因?yàn)閿?shù)據(jù)隨時(shí)而變,數(shù)值不夠穩(wěn)定,最好用多通道儀測(cè)量。
五是堅(jiān)持由已知到未知。淺層低值下傳的測(cè)圖很多,不可能都是有砂層的松散沉積物。首先要根據(jù)地形地貌分析判斷有沒(méi)有形成古河道的可能。最好要有已知井作為參考。