Hidrogeología kárstica y exploración geofísica en las zonas kársticas de Guizhou
1. Introducción a los logros
Los objetivos de trabajo de este proyecto son: cooperar con el estudio geológico hidrogeológico y ambiental de áreas kársticas clave en Guizhou, seleccionar secciones típicas. y utilizar tecnologías geofísicas y de teledetección, identificar las características de distribución espacial de las estructuras kársticas de presencia de aguas subterráneas, llevar a cabo investigaciones de aplicaciones técnicas sobre métodos convencionales e investigaciones experimentales sobre nuevas tecnologías y nuevos métodos, formar un sistema tecnológico de exploración de aguas subterráneas kársticas para diferentes unidades geológicas y diferentes tipos geológicos y proporcionar información para la exploración de aguas subterráneas kársticas en las áreas kársticas de Guizhou. Soporte técnico.
Después de dos años de recopilar y clasificar más de 120 elementos de datos geológicos, geofísicos y de perforación en diferentes unidades hidrogeológicas en el área kárstica de Guizhou, así como de trabajo de campo en 2229 puntos físicos integrales, se obtienen los siguientes resultados se han logrado:
(1) Mediante la aplicación de tecnología de detección remota, se identificaron los patrones de distribución de las estructuras geológicas en el condado de Fenggang y áreas clave, y se delinearon las áreas objetivo de búsqueda de agua. En combinación con el exhaustivo trabajo de exploración geofísica realizado por el equipo del proyecto Guizhou Ershuihe, se determinaron cinco lugares de perforación adecuados. Después de la verificación de la perforación, se descubrió que cuatro pozos producían agua.
(2) A través del análisis de datos de exploración de aguas subterráneas de varios métodos geofísicos en áreas kársticas y la aplicación de investigación experimental y análisis de efectos de la tecnología de exploración geofísica para diferentes tipos de aguas subterráneas kársticas, se estudió la curva del perfil geofísico. Las características de respuesta (método de campo geoeléctrico de audio, método de perfil combinado, método de sondeo eléctrico, método de polarización inducida, método de carga, etc.) se resumen en diferentes estructuras de almacenamiento de agua, como dolomita, piedra caliza y otras litologías ricas en agua, características de respuesta física de la tierra y Las características estructurales proporcionan experiencia técnica para trabajos futuros.
(3) A través de un análisis integral de los datos recopilados y los datos medidos, se resume el modelo integral de tecnología geofísica para diferentes tipos de agua subterránea en Guizhou, que puede proporcionar orientación técnica para la exploración de agua subterránea en áreas similares.
(4) Se estudiaron la tecnología de extracción de parámetros eléctricos inducidos espectralmente para identificar las propiedades de los materiales de relleno de tuberías kársticas, la tecnología de procesamiento de datos para separar el efecto de acoplamiento electromagnético y la tecnología de inversión de parámetros del modelo para utilizar eficazmente el tiempo de relajación t y virtual La resistividad local proporciona una base teórica para estudiar las propiedades de los rellenos kársticos, eliminando los efectos de acoplamiento electromagnético y calculando con precisión los parámetros electrostáticos.
(5) A través de ocho experimentos con muestras artificiales y datos experimentales de tanques de suelo con diferentes composiciones y diferentes relaciones de masa, se analizaron y resumieron las características de respuesta espectral de los componentes de amplitud, fase y resistividad virtual. Mediante el análisis de datos experimentales, se cree que la constante de tiempo T cuando se llena con lodo y agua es mucho mayor que la constante de tiempo cuando se llena T hueco y sólido. En comparación con el llenado de lodo, T es ligeramente mayor que T, M es ligeramente más pequeño. que M, y C es ligeramente más pequeño que C... El componente de resistividad imaginario en el rango de frecuencia de 0,01 ~ 1 Hz es un parámetro eficaz para identificar las propiedades del relleno de tuberías kársticas.
(6) A través de pruebas de campo con agujeros conocidos, resumimos las características del juicio de parámetros mejorado para agua kárstica en tuberías subterráneas en áreas de piedra caliza de Guizhou, es decir, el valor t constante de tiempo es significativamente mayor que el fondo. valor (generalmente dos órdenes de magnitud, es n ~ 10 × n); la tasa de carga m es moderada (aproximadamente 0,05) y el coeficiente de correlación de frecuencia c es pequeño (0,01 ~ 0,04), lo que proporciona un nuevo medio técnico para detectar aguas subterráneas. en tuberías kársticas.
(7) Con base en los datos geológicos existentes y los datos de perforación, a través del análisis de la estructura geológica y las propiedades mecánicas de las formaciones rocosas carbonatadas (pozos de lecho rocoso, especialmente pozos que involucran montañas de rocas kársticas), descubra Se identifican los factores característicos geológicos e hidrogeológicos de ingeniería, como la tensión y la deformación, que afectan el efecto de la fracturación hidráulica, sentando las bases para el análisis y el cálculo de la mecánica de rocas de la fracturación hidráulica, la simulación de la fracturación y el diseño de optimización del proceso de fracturación.
(8) Basado en formaciones rocosas carbonatadas típicas y condiciones de techo y piso, se estableció un modelo matemático de desarrollo de fracturas que es consistente con los cambios en las condiciones reales de la formación durante la fracturación hidráulica. Sobre esta base, utilizando la plataforma interactiva de desarrollo de gráficos y computación científica Visual c y OpenGL, se desarrolló un software de simulación visual casi tridimensional para la fracturación hidráulica de pozos de agua en formaciones de rocas carbonatadas. Puede demostrar dinámicamente la dirección de desarrollo de las fracturas y el desarrollo de la longitud y el ancho de las fracturas en tiempo real, y puede mostrar instantáneamente la longitud y el ancho de las fracturas de fracturación hidráulica en pozos de agua en este momento. Proporciona medios técnicos para la predicción dinámica de fracturas hidráulicas en pozos carbonatados.
(9) A través de una gran cantidad de experimentos en interiores, el fluido de fracturación a base de agua desarrollado con éxito tiene las ventajas de un precio bajo, buen rendimiento, no toxicidad, ausencia de contaminación para el acuífero y una gran operabilidad. y puede satisfacer las necesidades de los pozos de lecho rocoso para fluidos de fracturación hidráulica.
(10) El uso de presión superior de una sola tubería y asientos de sellado de obturador doble puede realizar la fracturación local del pozo y la fracturación en múltiples etapas en un solo pozo, miniaturizando el equipo de fracturación y simplificando el sistema de tuberías. para la popularización y aplicación de la tecnología de fracturación para aumentar el agua en pozos de agua de lecho rocoso.
(11) Por primera vez, la tecnología de estimulación de la producción mediante fracturación hidráulica se ha introducido en el campo de los pozos de lecho de roca con una profundidad de terminación de pozos relativamente poco profunda y una baja inversión. Puede aumentar la producción de pozos pequeños en zonas áridas y semiáridas. -Zonas montañosas áridas de mi país, especialmente en las zonas montañosas de roca kárstica del suroeste. Proporcionar medidas técnicas eficaces. Llena el vacío de investigación sobre fracturación hidráulica de pozos de roca en mi país.
2. Características técnicas
(1) De acuerdo con las características de la prospección geofísica de aguas subterráneas en diferentes unidades hidrogeológicas en el área kárstica de Guizhou, mediante la integración de métodos de prospección geofísica convencionales y nuevas tecnologías, sistemáticamente resumir El plan combinado para la exploración geofísica de aguas subterráneas en unidades geológicas no sólo mejora la eficiencia de la exploración geofísica de aguas subterráneas en la región, sino que también facilita su popularización y aplicación.
(2) En vista de los problemas técnicos existentes en el desarrollo y utilización del agua subterránea en las áreas kársticas de Guizhou, se ha llevado a cabo la investigación y aplicación de nuevas tecnologías como el método de polarización inducida espectral y la fracturación hidráulica de pozos. , lo que ha promovido efectivamente el desarrollo de nuevas tecnologías.
2. Ámbito de aplicación y ejemplos de aplicación
1. Ámbito de aplicación
Este proyecto es un estudio de demostración en la zona kárstica de Guizhou. Hay muchos tipos de áreas kársticas en Guizhou, que pueden representar diferentes tipos de unidades hidrogeológicas kársticas en las áreas kársticas del suroeste. Por tanto, su ámbito de aplicación puede abarcar diferentes tipos de exploración de aguas subterráneas en zonas kársticas del suroeste.
2. Ejemplos de aplicaciones
(1) Prospección geofísica integral de aguas subterráneas de tuberías
La aldea de Dalu, ciudad de Shatu, condado de Jinsha, es un valle de picos, con zonas expuestas. estratos de arriba a abajo Así: ① Capa eluvial cuaternaria (Q): arcilla roja marrón amarillenta con raíces de plantas en la superficie, distribuida en laderas, valles y terrenos planos, con un espesor de 0 ~ 5,0 m... ② Medio Formación Songzikan del Triásico (T2): Distribuida en la parte sur del sitio, es dolomita de espesor medio gris y blanco grisáceo, piedra caliza intercalada con lutita. ③Formación Triásico Inferior Maocaopu (T1m): distribuida en todo el sitio, con litología de calizas microcristalinas de espesor medio gris y gris oscuro y calizas dolomíticas, intercaladas localmente con calizas arcillosas y lutitas de color gris oscuro y gris oscuro.
Los métodos geofísicos seleccionados en esta área de trabajo incluyen el método de resistividad de alta densidad, el método de polarización inducida, el método magnetotelúrico de audiofrecuencia y el método magnetotelúrico de audiofrecuencia. El método del campo geoeléctrico de audio muestra una zona de anomalía de bajo valor en el noreste; la resistividad de alta densidad tiene un cuerpo de baja resistencia a una profundidad de enterramiento de aproximadamente 70 m, que puede ser una tubería kárstica. En el método de polarización inducida, la vida media y la polarizabilidad tienen valores obviamente anormalmente altos en AB/2 = 120 ~ 160, lo que indica que se trata de una estructura que contiene agua. El método magnetotelúrico de audiofrecuencia refleja la existencia de dos tuberías subterráneas, una en una capa poco profunda de unos 20 m y otra en una capa media-profunda de 90 a 115 m. Del análisis litológico, la capa somera está cubierta por arcilla arenosa cuaternaria y tiene baja resistividad. La zona inferior de baja resistividad se compone principalmente de áreas llenas de agua y piedra caliza arcillosa en zonas de fractura estructural o fisuras de tuberías. La zona de alta resistividad se compone principalmente de piedra caliza del Triásico y piedra caliza dolomítica. La resistividad de la piedra caliza dolomítica de espesor medio es mayor que. 1000ω·m
Las anomalías de la tubería de media a profundidad reflejadas en los cuatro resultados de exploración geofísica anteriores son básicamente consistentes con los datos de pozos conocidos. Por lo tanto, se pueden explicar los dos puntos siguientes: Primero, el método seleccionado es efectivo bajo las condiciones geológicas de esta región. En segundo lugar, la vida media y la polarización de los parámetros de polarización inducida tienen valores altos, que deberían ser parámetros efectivos para juzgar las propiedades de los rellenos de tuberías kársticas.
(2) El método eléctrico inducido espectral se utiliza para identificar las propiedades del relleno de tuberías kársticas.
Las figuras 1 y 2 son ejemplos de aplicación del método eléctrico inducido espectral en medios acuosos kársticos llenos de agua y lodo en el área de Bijie en Guizhou.
Figura 1: valores de m, t, c a diferentes profundidades cuando el material de relleno es agua.
Se puede ver en las Figuras 1 y 2 que la constante de tiempo t del parámetro de polarización inducida cambia significativamente cuando el medio acuoso kárstico se llena de agua, y es mayor en la profundidad de los puntos 5 y 6. lo que indica que el coeficiente de permeabilidad es mayor cuanto más fuerte, mayor será la salida de agua.
Cuando el material de relleno es lodo, la constante de tiempo t del parámetro de polarización inducida cambia irregularmente, lo que indica que el coeficiente de permeabilidad es pobre y la salida de agua es pequeña o nula. coherente con la situación real.
Figura 2 Cuando el relleno es barro, los valores m, t y c a diferentes profundidades.
Figura 3 Comparación de niveles de agua en la prueba de bombeo antes y después de la fractura en el pozo de demostración de Yangzhuang en el condado de Tang.
(3) Aplicación de la tecnología de fracturación hidráulica en pozos de agua
La litología del pozo de agua en la aldea de Yangzhuang, ciudad de Gaochang, condado de Tang, es gneis, con una profundidad de pozo de 80 m. un diámetro de pozo de 220 mm y un nivel de agua estático de 9,1 m. Antes de la fractura, la producción diaria de agua del pozo era de sólo 6,26 m3, lo que lo convertía en un pozo seco. Antes de fracturar el pozo, se realiza un registro eléctrico utilizando la herramienta de registro digital MicroLogger 2. Según los resultados del registro, la primera sección de fracturación es de 44,5~54 m, la segunda sección de fracturación es de 19,8~29 m, la presión de apertura de la primera sección de fracturación es de 7,0 MPa y el flujo de entrada de agua es de 9,87 m3: la presión máxima de bombeo del la segunda sección de fracturación es de 5,1 MPa, * * *El volumen de entrada de agua es de 6,6m3. La prueba de bombeo después de la fracturación mostró que la producción diaria de agua del pozo alcanzó 62,4m3, 10 veces más que antes de la fracturación, lo que resolvió el problema del agua a largo plazo. de más de 400 personas en el pueblo. La Figura 3 es una comparación de los niveles de agua en el pozo antes y después de la fractura.
En tercer lugar, promover la transformación de métodos
Intercambios de conferencias, consultas técnicas, formación de personal, servicios in situ, informes publicitarios, etc.
Unidad de soporte técnico: Centro de Estudios Geológicos Hidrogeológicos y Ambientales del Servicio Geológico de China.
Persona de contacto: Wei Yumei y Wu Yi
Dirección postal: No. 1305, Qiyizhong Road, ciudad de Baoding, provincia de Hebei.
Código postal: 071051
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