贵州岩溶地区岩溶水文地质地球物理勘探
1.成就简介
该项目的工作目标是:配合贵州重点岩溶地区水文地质环境地质调查，选择典型剖面，利用遥感和地球物理技术，查明岩溶地下水赋存构造的空间分布特征；开展常规方法技术应用研究和新技术新方法试验研究，形成不同地质单元、不同地质类型的岩溶地下水勘查技术体系，为贵州岩溶地区岩溶地下水勘查提供技术支撑。
经过两年收集整理贵州喀斯特地区不同水文地质单元的地质、物探、钻探资料120余项，以及2229个综合物理点的野外工作，取得了以下成果:
(1)通过遥感技术的应用，查明了凤冈县及重点地区地质构造的分布规律，圈定了找水靶区。结合贵州二水和项目组开展的综合地球物理勘探工作，确定了5个合适的钻孔位置，经钻探验证发现4口井有出水。
(2)通过对各种地球物理方法在岩溶地区地下水勘查资料的分析和对不同类型岩溶地下水的地球物理勘查技术的应用实验研究和效果分析，研究了地球物理剖面曲线的响应特征(音频地电场法、组合剖面法、电测深法、激发极化法、充电法等。)在不同的蓄水构造上，总结出白云岩、灰岩等富水岩性、地球物理响应特征和构造特征，为今后工作提供技术经验。
(3)通过对采集数据和实测数据的综合分析，总结出贵州不同类型地下水的综合物探技术模式，可为类似地区地下水勘查提供技术指导。
(4)研究了判别岩溶管道充填物性质的频谱激电参数提取技术、分离电磁耦合效应的数据处理技术和模型参数反演技术，为有效利用弛豫时间t和虚部电阻率研究岩溶充填物性质、消除电磁耦合效应和准确计算激电参数提供了理论依据。
(5)通过8个人工试件实验和不同成分、不同质量比的土槽实验数据，分析总结了振幅、相位和虚拟电阻率分量的频谱响应特征。通过对实验数据的分析，认为填充泥浆和水时的时间常数T远大于填充空心和实心T时的时间常数，与填充泥浆时相比，T略大于T，M略小于M，C略小于C..0.01 ~ 1 Hz频率范围内的虚电阻率分量是判别岩溶管道填充物性质的有效参数。
(6)通过野外已知孔试验，总结出贵州石灰岩地区地下管道岩溶水强化参数判断的特点，即时间常数t值较背景值明显增大(一般两个数量级，大小为n ~ 10×n)；充电率m适中(约0.05)，频率相关系数c较小(0.01 ~ 0.04)，为探测岩溶管道地下水提供了新的技术手段。
(7)以现有地质资料和钻井资料为基础，通过对碳酸盐岩地层(基岩井，特别是涉及岩溶石山的井)地质构造和岩石力学物性的分析，找出影响水力压裂效果的应力、应变等工程地质和水文地质特征因素，为水力压裂岩石力学分析计算、压裂模拟和压裂工艺优化设计奠定基础。
(8)根据典型的碳酸盐岩地层、顶底板条件，建立了与水力压裂过程中实际地层条件变化相一致的裂缝发育数学模型。在此基础上，利用Visual c++和OpenGL交互的科学计算和图形开发平台，开发了碳酸盐岩地层水井水力压裂准三维可视化仿真软件。可以实时动态演示裂缝的发育方向和裂缝长度、宽度的发育情况，可以即时显示此时水井水力压裂裂缝的裂缝长度和宽度。为碳酸盐岩水井水力压裂裂缝的动态预测提供了技术手段。
(9)通过大量室内实验，研制成功的水基压裂液具有价格低、性能好、无毒、对含水层无污染、可操作性强等优点，能够满足基岩水井对水力压裂液的要求。
(10)采用单管顶压和双封隔器密封座，可实现单井局部井眼压裂和多级压裂，使压裂设备小型化和管路系统简化，为基岩水井压裂增水技术的推广应用创造了条件。
(11)首次将水力压裂增产技术引入完井深度相对较浅、投资较少的基岩井领域，可为我国干旱半干旱山区，特别是西南岩溶石山区小水井增产提供有效的技术措施。填补了我国基岩井水力压裂增产的研究空白。
2.技术特征
(1)根据贵州喀斯特地区不同水文地质单元地下水物探的特点，通过整合常规物探方法和新技术新方法，系统总结出不同水文地质单元地下水物探的组合方案，不仅提高了该地区地下水物探的效率，而且便于推广应用。
(2)针对贵州岩溶地区地下水开发利用中存在的技术难题，开展了光谱激发极化法和水井水力压裂新技术的研究与应用，有力地推动了新技术的发展。
二、适用范围及应用实例
1.适用范围
本项目是贵州喀斯特地区的一项示范研究。贵州岩溶区类型众多，可以代表西南岩溶区不同类型的岩溶水文地质单元。因此，其应用范围可以涵盖西南岩溶地区不同类型的地下水勘查。
2.应用示例
(1)管道地下水综合物探
金沙县沙土镇大路村为峰丛谷地，出露地层自上而下如下:①第四系残积层(Q):黄褐色红粘土，表面有植物根系，分布于山坡、山谷及地势平坦处，厚度0 ~ 5.0m..②中三叠统松子坎组(T2s):分布于场地南部，为灰色、灰白色中厚层白云岩、灰岩夹泥岩。③下三叠统茅草铺组(T1m):分布于整个场地，岩性为灰色、深灰色中厚层微晶灰岩、白云质灰岩，局部夹深灰色、深灰色泥质灰岩、泥岩。
本工区选用的物探方法有高密度电阻率法、激发极化法、音频大地电磁法和音频大地电磁法。音频地电场法显示一条东北低值异常带；高密度电阻率在埋深70m左右有一个低阻体，可能是岩溶管道。激发极化法中，半衰期和极化率在AB/2 = 120 ~ 160有明显的异常高值，表明是含水构造。音频大地电磁法反映存在两条地下管线，一条在浅层20m左右，一条在中深层90 ~ 115m。从岩性分析，浅层被第四系砂质粘土覆盖，电阻率较低。下部低阻区主要由构造破碎带或管道裂隙中的充水区和泥质灰岩组成，其中高阻区主要为三叠系灰岩和白云质灰岩，中厚层白云质灰岩电阻率超过1000ω·m
上述四项物探成果反映的中深层管道异常与已知井资料基本一致。所以可以说明以下两点:第一，所选方法在本地区地质条件下是有效的。第二，激发极化参数的半衰期和极化率都有较高的值，应该是判断岩溶管道填充物性质的有效参数。
(2)频谱激电法用于识别岩溶管道填充物的性质。
图1和图2是贵州毕节地区岩溶含水介质充水充泥的频谱激电法应用实例。
图1充填物为水时不同深度的m、t、c值。
从图1和图2可以看出，岩溶含水介质充水时激发极化参数的时间常数t变化明显，在点5和点6的深度处较大，说明渗透系数越强，出水量越大。当充填物为泥浆时，激发极化参数时间常数t无规律变化，表明渗透系数差，出水量小或为零。与实际情况相符。
图2当填料为泥浆时，不同深度的m、t和c值图。
图3唐县山羊庄示范孔压裂前后抽水试验水位对比图。
(3)水力压裂技术在水井中的应用
唐县高场镇山羊庄村水井岩性为片麻岩，成井深度80m，井径220mm，静水位9.1m。压裂前，该井日出水量仅为6.26m3，为干井。在压裂油井之前，使用MicroLogger 2数字测井工具进行电测井。根据测井结果，第一压裂井段44.5~54m，第二压裂井段19.8 ~ 29m，第一压裂井段开启压力7.0 MPa，涌水量9.87m3:第二压裂段最大泵压5.1 MPa，* * *涌水量6.6m3，压裂后抽水试验表明，该井日出水量达到62.4m3，是压裂前的10倍，解决了该村400余人的长期吃水问题。图3是压裂前后的孔内水位对比图。
第三，促进转变方式
会议交流、技术咨询、人员培训、现场服务、宣传报道等。
技术支持单位:中国地质调查局水文地质环境地质调查中心。
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