摘要： 地下水流过稀疏、狭窄裂隙的区域，含水和不含水钻井位置常常相距仅在几十米。在这些区域的钻井成功率很低，因为有水的钻井位置很少被发现，而且很难识别。利用映象和表面地球物理学 的结合在钻井位置选择上的应用 ，钻井成功率有很大的提高。用这种方法 对诸多的选址方法进行了经济 利益评价，证明了地球表面物理学和航空摄影在这些区域的应用是成功的，减少了近2倍的钻井成本，提高了钻井成功率，那是因为狭窄裂隙带上覆盖了好几米厚的风化土和植被被形象地刻画出来。在井址选择中起到了重要的指导作用，并收到了一定的社会 效益和经济效益。
关键词： 裂隙 含水层井址 选择方法 经济分析
１ 前言
在西非的许多地区，地下水非常贫乏，为寻找地下水就必须依靠地质单元，因地下水的储存和流动均限制在非渗漏岩床上的狭小裂隙里。该区域的钻井成功率很低，枯井占很大的百分比。因此，利用了映象（卫星航拍）和地球物理学方法确定钻井位置，提高了钻井成功率。但是不知道能否降低钻井成本。在这篇论文 里，我们对几种钻井位置选择方法进行了对比和经济效益分析。
２ 区域概况和工作方法
在加纳的ATEBUBU行政区每年的降雨量接近140cm，70%的降雨来自长达5个月的雨季（ATEBUBU农业局1996）。旱季期间，地表水从聚集地到使用地通常要搬运几千米。由于污染家庭用的地表水是疾病的主要来源。地下水的应用能够改善社区的健康状况，用水更加方便。开采地下裂隙水是唯一的途径。但是这些地区被一层腐泥土覆盖着，而且腐泥土由数米厚的肥沃风化物质组成。腐泥土覆盖着古新世年代的长石砂岩和砂岩，除了断层区外它的渗透性很差。通过稀少的露出地面的岩层里，我们观测到很少破裂面超出5度顶角的裂隙。而且，表面裂隙没有储水条件，在众多区域里，两位置钻到同样的深度要小于40m（一般的距离小于70m）。 一口井的出水量也不过10升/分多，就认为是丰水井了。造成这种情况的原因之一是岩体完整，二是干旱的结果。但是在肥沃的泥土风化层厚度通常是在2m到5m之间。在破裂带上，深厚的风化带深度可达到20m左右，对井位的确定难度较大。
利用1973年收集的黑白立体航空照片，和1993年收集的人造卫星定位及跟踪映象，联合分析可以看出。线性黑暗地貌是灌木茂盛的绿色植被与浅薄的线性地形在映象上被识别。这些面部轮廓被看成一个可能存在岩床裂隙带的暗示，有孔性和渗透性比周围的区域要更大。茂密的植被可能是出自于一个深厚的风化层，使得地下水的存储的形成量要比邻近的完整区域更大一些（SANDER等人，1997）。从地貌上看是水汇集排泄的区域。
观测地貌、植被和地表水不用映象或地球物理学也能知道地形起伏。但观察的低洼地形不足1m。传统上利用植被喜水性作为找水指示，包括daniella(daniella olivieri) 、 kapok (ceiba pentandra),和 babao (adansonia digitata )等地方，尽管我们认为这些种类被看作是有利的指示，没有办法用数量来评价这一假设。大多数的棕榈树认为是不重要，因为他们经常是被种植供养以达到农艺目的。在旱季期间不能干涸的表面水或者浅的人工凿井是有利的指示。在旱季干涸的表面水或者浅的人工凿井重要性不大，因为他们通常是低水量。 再者深颜色的泥土覆盖层，也不可能得到深水的指示。反而白蚁垛被显示成与之关联的潮湿土壤或深厚的风化层(gustafsson 1993)因此被认为是有利的指示。 甚至在注意这些表面特征、回顾这些照片和 SPOT人造卫星定位及跟踪映象后，也只能在100m的直径区域内来鉴别众多嫌疑破裂带。
破裂带常与厚的风化层有关系，并在深处增强水的容量。频率畴电磁的方法 (hazel et al .1992;boeckh 1992)用作更精确识别破裂带特定范围，因为它在电特性里，随着风化厚度和湿度的增加而敏感度较好。对于大多数地点，浅层电的传导性(标准以20m水平距和垂直距)比深层电的传导性大(标准以 20m的范围)。 这是因为在数m厚的覆盖层中的湿土壤比在干而少缝隙的地方电导率要好。电导率随深度而增加的区域是在具有较深风化层的洼地，深处电性测量对潮湿的覆盖层灵敏而对基石不灵敏，而且常受到饱和断裂区的风化层的厚度的影响 ，这个仪表的研究 深度对这种情况是足够的。电导测量是在沿横切面每10m或20m在垂直和水平方向进行，断裂带由航空图片和SPOT印象来识别的。
最后位置的选择基于人造卫星定位和跟踪映象、航空摄影、地球物理学、植被和地形学联合考虑。实际上，地球物理学在决定什莫地方为最后的位置中起着主要的作用最强大的角色（一般以10m长为一个地球物理学的横断面）。在对于风化层厚度超过5倍裂隙带,这里用来解释电磁学的方法不太有效。因为解释方法的空间分辨率将不能充分识别破碎带的位置。这种方法对地下水面的深度不是特别敏感,因为此解释方法是寻找对地下水面以上的裂隙迹象认为是有效的，即使地下水面的深度比电磁学研究的深度还要深。裂隙被浸透是很重要的，这是因为破碎横断排水区域的选择是很重要的。只要肥沃的泥土风化层在裂隙带里形成，这种方法将也适用于广泛的岩床岩石学而工作。当完整区域上面风化层厚度比电磁学调查研究深度大时这种方法将不能启用。
图２ ＴＩＮＴＡＲＩ区实例。在ＴＩＮＴＡＲＩ电磁外形的频率畴和钻孔位置。传导性随深度增加的范围用黑色阴影表示，成直线的外部轮廊与地球物理学连线都是用细点线表示的。
在tintari的工程位置选择是一个典型例子。社区以西1km处季节性的排水区域有几条水道分支，那些水道分支在人造卫星定位和跟及航空摄影都是可见的。航空摄影能精细的刻画出面部轮廓形成在低压表面附近,并测量出穿过排水区域的偏移量。形态学的偏移量不能呈现出一致的溪流弯曲，但是能更多的提示出结合处的十字交叉点。精确的偏移量是很难在地面上被识别，因为植被比较茂盛。两个电磁横断面（距离40m）近似的与溪流平行被测出，且穿过并垂直于面部轮廓。用三个导电极能增加深度（图2中细线和黑色阴影区）面部轮廓。并能定位相似通过路线偏移量的地貌特征。如一个3m高的白蚁土墩被定位在这些特征的附近。在电导随深度而增加附近钻出的一口井，通过空压机抽水达9升/分，离开此井20m以外电导随深度的增加而降低。为了检验电导随深度增加而降低的依据,在钻孔外开凿了三对附加的钻孔井。对于每一对钻孔地点，一个钻孔地点是传导性增加深度保持不变，另一个钻孔地点40m的距离，测得此区域导电性随深度减少而减小（图3）。导电性随深度增加而降低或是保持不变的钻孔地点是有水井（相对丰水井），导电性随深度减小的钻孔是枯水井，不能用于抽吸井。这些成对的干湿井地点在有利区域开凿是通过映象识别的。无论如何，因为是在钻井地点的附近（小于40m），映象和表面特征不能辨别哪个地点可能是丰水的。在凿井之前，为了鉴别在每一对钻孔中哪一个有可能是有水井，这就要求电磁测量具有较高的鉴别能力。
图３电磁测量实例。两个位置在三个社区的钻孔，传导性增加或者随深度增加保持不变（阴影区域），传导性随深度增加而减少。
３ 社会 效益
安装一台水泵用空压机抽水在10分钟内出水量为9-10升/分。这样的钻孔位置被认为是成功的。尽管这是很拙劣的测试井出水量的一种方法 ，在干涸的井内是不能实现的。但是用这种测试方法所取得的钻井成功率的也是不准确的，但对每一种选井方法提出了一个成功率的范围。成功率范围是通过假定各级别的附加孔被开凿计算 而来的。要计算低成功率范围这个预设井址被假定成干孔。要计算高成功率范围，预设井址被假定为成功的。这两个数值定义为两种可能的成功率，如果另一个井址被开凿而且提出了成功率范围的不确定量，由这两个数值可以计算出来。成功率不确定性的数值量的大小是凿井数量的函数，而与开井位置的选择方法无关。
Atebubu区域成功率呈现在图4中。仅用表面观察没有映象或者地球物理学 的方法，钻孔位置的选择，有着很低的成功率，一般在22%到33%。利用航空摄影和人造卫星定位及跟踪映象进行选择的位置加上位置选择程序（17 地点），成功率稍有改进，在33%到38%。有时侯，最有利的水文位置在2km的社区（乡镇）内不能选择，原因是社会问题 。选择在社区中600m的范围之内的水文位置是不十分有利的，这是政府对社区到井址最大的距离要求。用空中摄影和（或）人造卫星定位及跟踪映象与地球物理学在位置选择方面，重要的是井位置要放在社区的附近，即使位置比在社区2km内的其他位置不是很有利（9个位置），成功率在30%到40%。 利用空中摄影和（或）人造卫星定位及跟踪映象和地球物理学选择位置，最好的位置在社区2km内被选择（11个位置），成功率急剧增长达到58%到66%。
当映象单独的应用 到选择位置的时候，成功率增加幅度小。尽管映象具有几米的空间分辨率，稠密的植被仅仅使它在映象上确定外形，在地面100m直径的区域内。在地面上识别的范围比裂隙带宽度（可能仅有20m）更大，映象单独应用不能在成功率方面带来更大的增长，原因是裂隙带的大小与能被映象鉴别的相关连区域之间有差异。在具有清楚特征植被稀疏的区域，这个局限性的影响 并不重要。电磁测量的应用带来的巨大利益 来自于沿横断面精确到近10m的范围内定位。如果没有映象的应用，电磁学选择位置成功率很低，因为越过电磁学横断面测量范围，将很难识别有利的特征。当映象和电磁学被应用到选择政府规定的从井到社区600m距离内的最好位置时候，成功率增加是微小的，因为在社区600m范围内经常没有一个有利的定位。在社区附近钻孔或者更远一些但有利的水文位置附近钻孔这两者之间应作出权衡考虑。
４ 经济 效益
由于用更先进的井址选择方法而降低了钻井成本，但因为使用这种先进方法而增加的成本这两者相互抵消。使用先进方法是否具有经济效益要通过对用与不用两者的价格比来做出判定，当这个比率小于1的时候，利用这种高级方法是没有经济效益的。当先进的选井方法被选用时，比1大的比率就是一个多重井工程成本降低的倍数（因子）。钻一口井的成本包括在寻找成功井位置之前钻干孔的费用。因此，钻一口成功井的成本是钻一个井的成本除以选井方法应用到选择成功井的区域的成功率费用比率，用下面的等式算出：价格比=（钻一口井的费用/没用映象和物理学的成功率）/［（钻一口井的费用/用映象 和物理学的成功率） 映象和地球物理学的附加费用］
例如，1997年钻井在加纳World Vision附近完成，每口井的费用是2000到4000美元。 加纳全体职员能利用航空摄影和地球物理学选择井址，每口井比没有应用摄影和地球物理学时多花费了250到450美元，这些费用包括摄影费用和地球物理学器材设备的折旧。加纳的全体职员利用航空摄影选择井址每井址花费比航空摄影未利用时多100到150美元。
费用比率范围是通过选择来确定最高的和最低的比率。预先给定的费用范围和成功率范围所计算出的利用电磁学和航空摄影费用比率范围是2.9到1.6。 这意味着，当这些方法被应用的时候，在类似地质和经济学领域里的巨大钻井计划的成本被大大的降低。 当考虑井的位置定位在距社区600m的范围里，社会需求时利用电磁学和航空摄影的费用比率减少到0.9-1.8之间。一般的利用航空摄影选择井址的费用比率在1.7-1.0之间。由于钻孔费用和成功率范围，大范围的费用比率出现了。因为很难接近井址，也招致了很高的钻井费用，这些费用比率也偏高。如果钻孔设备容易接近井址，反而费用比率偏低。
５ 结论
尽管这些结果来自特定的区域和组织， 有些概念能被应用到其他领域。在地质类似的区域里，应用电磁学和航空摄影选择井址，计划可以减少众多钻进项目一半成本。映象和电磁学应用是获取这些利益的最简单的手段。如果使用一个更精密和更昂贵的手段，凿井的成本或在钻井成功率方面的改进。这就更加证明了更先进方法的较大花费是正当的，这里提出成本划分方法可对于一个特定的经济情况，在井址选择使用更加先进方法而导致成本的花费与钻井成功率的改进是正当的。在地面上，由于缺少清晰的特征外貌而难确定钻井位置的区域，单独使用影像法远不如联合使用影像法和电磁法更为有利。然而当社会考虑限制了井址选择到600m范围内时，这两种技术的联合优势大大降低了。常常是，是否使用影像法和地球物理法是根据项目人员的个人经验。尽管这是一个有价值的起点，这里提出的分析 方法可以应用到项目的结果中，以确定什么选井方法对项目的地质条件和经济条件是最为价格合理的方法。
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