爱华网全国水文物探学会学术经验交流会材料
砂岩裂隙水成井条件分析
（一九八八年九月）
目录
一、地层分布与岩性特征……………………………………
二、定井原则与成井实践……………………………………
三、物探在砂岩找水中的应用………………………………
四、结束语……………………………………………………
岩裂隙水成井条件分析
（一九八八年九月）
本文讨论的范围包括二迭系奎山组石英砂岩、凤凰山组紫色石英砂岩和侏罗系坊子组石英砂岩三个含水岩组。地下水类型属砂岩裂隙水，具承压性质。通过野外观察，上述砂岩被切割于沟底时，常有泉水出露，某些大口井凿入砂岩中也有较好水源。石英砂岩属脆性岩石，在构造运动的作用下，有较多的裂隙产生，为地下水的储存和运移提供了空间。降雨入渗及河道潜流是裂隙水的主要补给来源。上述现象和推理给人以启示：如果用岩芯钻机打井，穿透倾伏于地下深处的多个砂岩含水层，将获取较大的水量，而不受季节影响。
我县自七十年代初期开始在砂岩中找水，截至目前已钻砂岩井197眼，成功177眼，占总数的90％以上，现将各岩组砂岩裂隙水的成井条件具体介绍如下，如有不当请予批评指正。
一、地层分布与岩性特征
根据山东省区域地层表记载，二迭系奎山组（P21—2）分布于历城、章丘、淄川、博山、临沂、郯城、峄县等地，厚度75—150米。岩性为微红色或白色粗粒石英砂岩、黄色长石石英砂岩及紫红色页岩及杂色页岩互层，地貌呈典型低山丘陵。该组在本县分布于胶济铁路两侧，厚度90—110米。上部有石英砂岩1—3层，累计厚度约50米，为主要含水层。下部以紫色页岩、杂色页岩为主，夹长石石英砂岩2—3层，亦不同程度含水（图1）
二迭系凤凰山组（P22）分布于章丘、淄川、博山、莱芜、新泰、蒙阴、峄县等地，厚度250—600米。岩性几乎全部为紫色长石石英粉砂岩，含淡绿色斑点，唯下部100余米含紫色、暗紫灰色中粒石英砂岩数层，为主要含水层。底部有紫色砾岩。地面呈丘陵或平原残丘。该组在本县分布胶济铁路以北，厚度约600米（图2）。
侏罗系坊子组（J1）分布于章丘、邹平临池、周村区王村镇及潍坊等地。厚度160—370米。岩性自上而下为黄绿色页岩，长石砂岩、紫色页岩，石英砂岩等，地面呈丘陵或平原残丘。该组分布于本县胶济铁路北侧。含水层主要在下部100米内，有绿色硬砂岩，粗粒石英砂岩、黄色长石石英砂岩等（图3）。
二、定井原则及钻井实践
在奎山、凤凰山、坊子三个岩组中的石英砂岩夹层，厚度由数米至50米不等。其裂隙水主要来源于第四系潜水，而第四系潜水主要来源于山前侧渗，另外来源于河谷两侧的山丘，“两山补给河道”。因此，丘陵边坡的地下水位，应高于河道主流线的水位。在河谷地区钻井，基岩层间承压水头最终与第四系潜水水位持平；在丘陵边坡钻井，水位应高于第四系水位。定井前可以通过民井调查使用万分之一地形图粗略确定水位标高。然后根据山丘岩石露头沿倾向、倾角推算砂岩顶板埋深。考虑成井后抽水降深因素，砂岩顶板（最上一层砂岩的顶板）必须在推断水位以下约10米。当这样的井位确定之后，沿走向均可大量布井，井距以150—200米为宜。当含水层顶板埋藏深度在150米以下时，由于上复其他岩层巨大的重力，砂岩在地运动中形成的张裂隙闭合，呈现裂而无隙状态，地下水的储存和运移将大为减弱。故井孔的最佳地层结构是50米见砂岩含水层，150米数层砂岩全部钻透。最下一个含水层底板最多不要超过200米。通常在钻透最下一个含水层以后，再钻深15—20米终孔，以构成“完整井”。多钻部分虽然无水涌出，但可做沉淀岩粉之用，否则沉淀物将会堵塞含水层。
按以上定井原则，判断正确但成井后仍然无水，原因是钻进中软岩石岩粉造浆作用强，特别含有泥岩的井孔，其岩粉犹如泥浆护壁，堵塞裂隙。为此，成井后必须反复抽水洗井。如洗井无效，应在坚硬砂岩中施行爆破，以震活裂隙充填物，使水流畅通。经过上述处理，到目前我们还没遇到无水废井。
三、物探在砂岩中找水的作用
在第四系大面积覆盖地区利用电测深法确定砂岩层位目前尚有困难，但在弄清砂岩存在及大体埋藏深度的情况下，利用声频大地电场法和甚低频电磁法在水平方向上寻找砂岩中的强破碎带已见成效。具体做法如下：
1、利用声频配 合测深法定井
以省水利设计院驻本县农场为例：经地质分析，定井地点第四系厚度16米，以下为侏罗系坊子组下部地层。根据地质图判断，附近属文祖大断层西侧，有次生平行断裂存在。与大断层垂直方向上测出三条剖面。在Ⅱ剖面第5号点上出现异常点。测线各点△Vs最高50mv,最低20mv，异常值η＝86％(图4)，井位确定在第五点上。
该点电测深曲线为AK型（图5）。曲线分析前50米上升段为土层、砂砾石层页岩等。60米以后视电阻率变低，为砂岩破碎带，裂隙充水。90米以后曲线平缓上升，岩层变化为坊子组底部砂页岩和下伏凤凰山组顶部粉砂岩，不含水。
该孔实钻116米。钻进证明48—84米为粗砾石英砂岩，裂隙发育，涌水量40米3 /时（图5）。
2、利用甚低频电磁法定井
以埠村镇埠东村为例：经地质勘查，定井地点第四系厚度约5米以下为二迭系奎山组石英砂岩。为择优定井，用甚低频波阻抗法进行电场水平分量测量。布极方向E—W，与岩石走向一致，MN＝10米，工作频率为22.3KHz。在第一线6号点呈现低值异常。经复测异常值η＝69％，设计井深150米。成井后5—98米为粗粒石英砂岩，裂隙发育，岩心破碎，涌水量50米3/时（图6）。
3、电测深法在垂直方向上的多解性
上述二例测出了地质体在水平方向上的电性变化，其异常值出现部位为充水裂隙发育带。但在测深方面如何确定砂岩顶、底板埋藏深度，目前仍不能完全解决。例如本县徘徊村1号井与旭升村10号井，野外观察地形条件完全相同，推断地质条件也相同，只是土层覆盖，需用电测深法进一步确定砂岩埋藏深度。经实测二孔的测深曲线类型完全一致（图7），但钻透岩层截然不同，前者为二迭系孝妇河组页岩与长石砂岩互层，岩心极为完整；后者为奎山组石英砂岩夹页岩。砂岩中裂隙发育。二孔深度均150米，前者属判断错误、无水。后者涌水量50方/时。如何区别有无石英砂岩的问题，有待今后积累资料，深入研究。
四、结 束语
由于丘陵河谷地区第四系潜水局限于古河道、洪积扇部位，宜井面积只占耕地面积的三分之一到二分之一。砂岩裂隙水的研究与开发，扩大了宜井面积，为山丘缺水地区的人畜吃水、工农业发展开辟了新的水源地。就我县已开发的177眼砂岩井而言，社会效益和经济效益都十分明显。此外，我们还应邀到淄博市王村、邹平县临池一带定井20余眼，深受当地欢迎。随着山丘缺水地区人们对水的需求，不断探索实践，在不同砂岩地层中找水，仍然具有广阔的前途。
砂岩宜井区地层一般为单斜岩层，地质构造简单。基岩裸露的山丘冲沟和大量人工井揭露的基岩露头，为我们勘查、辨认各个岩组提供了有利条件。在熟悉地层掌握定井原则以后，确定井位并不困难。特别是通过钻井实践确定一两个最佳地层结构的井孔（含水砂岩在50—150米埋藏深度内）以后，可以沿着地层走向、适当拉开井距成批定井；在垂直地层走向上，也可以按岩层倾角、推算砂岩的允许埋藏深度分别层次定井。就像在平原区定砂层井、在岩溶区定大区域水井一样，基本可以做到井井有水。但由于砂岩裂隙水毕竟不同于岩溶水，水量很大是不可能的。砂岩井水量一般在20—50米3/时，多数在30—40米3/时。
在偏离砂岩露头较远、中间有断层存在，第四系覆盖很广泛的地段，把握最佳含水砂岩的埋藏深度确有困难。特别首次钻砂岩井的地方，风险很大。我们在物探方面做了一点工作，但目前尚无成熟经验，有待今后积累资料，继续探索。
参加编写人员：赵延铸 宫克亮张运区 宋光山
