第三章 水文地質(zhì)鉆探課件

1、第三章第三章 水文地質(zhì)鉆探水文地質(zhì)鉆探 水文地質(zhì)調(diào)查中采用的勘探工程，包括鉆探、坑探、槽探和物探等，但最主要的是水文地質(zhì)鉆探。 水文地質(zhì)鉆探易在水文地質(zhì)測繪和物探的基礎(chǔ)上進(jìn)行。 水文地質(zhì)鉆探工作的重要性： 水文地質(zhì)鉆探是直接探明地下水的一種最重要、最可靠的勘探手段，是進(jìn)行各種水文地質(zhì)試驗的必備工程，也是對水文地質(zhì)測繪、水文地質(zhì)物探成果所作地質(zhì)結(jié)論的檢驗方法。 水文地質(zhì)鉆探，由于其設(shè)備復(fù)雜沉重、成本昂貴、施工技術(shù)復(fù)雜且工期長，對整個勘查的完成、勘查項目的投資均起決定作用。第一節(jié) 水文地質(zhì)鉆探的基本任務(wù)一、水文地質(zhì)鉆探任務(wù) 水文地質(zhì)鉆探工作的任務(wù)，首先決定于勘探目的（供水或疏干），調(diào)查階段（普查或

2、勘探）；其次決定于勘探區(qū)的自然地理和地質(zhì)構(gòu)造，以及水文地質(zhì)特征等。一般的任務(wù)是： （1）揭露地下水，確定含水層位，并查明含水層（體）的巖體、結(jié)構(gòu)及埋藏深度，以及含水層和隔水層在水平和垂直方向上的變化規(guī)律； （2）查明各含水層水位，確定各含水層的初見水位和天然（穩(wěn)定）水位，確定各含水層之間的水力聯(lián)系； （3）進(jìn)行水文地質(zhì)試驗，確定含水層的各種水文地質(zhì)參數(shù)； （4）進(jìn)行地下水動態(tài)觀測，了解地下水的補排條件； （5）采取巖土樣和水樣，確定巖土物理性質(zhì)和水理性質(zhì)，分析地下水水質(zhì)和測定溫度等； （6）結(jié)合開采地下水，施工勘探生產(chǎn)井。 二、鉆孔類型 地質(zhì)孔地質(zhì)孔：主要了解地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的。如地層層序、

3、巖性、厚度，裂隙發(fā)育情況，含水層、隔水層水平和垂向分布。 小口徑水文孔小口徑水文孔：為供水文地質(zhì)觀測（水位）。 大口徑水文孔大口徑水文孔：除取得勘探孔資料以外，還要在孔內(nèi)進(jìn)行多種試驗。所以此類孔的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，口徑要求安裝設(shè)備。 探采結(jié)合孔探采結(jié)合孔：取得水文地質(zhì)資料后，擴成開采井。即為探采結(jié)合孔。此孔要考慮今后水源地位置，口徑等。第二節(jié) 水文地質(zhì)鉆孔設(shè)計要求及布孔原則一、水文地質(zhì)鉆孔的設(shè)計要求 總的要求：從最好的經(jīng)濟效應(yīng)出發(fā)，達(dá)到以最少勘探工程量和最快速度，能獲得質(zhì)量最高的、數(shù)量最多的水文地質(zhì)資料。 具體要求： （1）設(shè)計前充分收集現(xiàn)有地質(zhì)、水文地質(zhì)測繪、水文地質(zhì)勘探和物探資料，在掌握地區(qū)水

4、文地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上設(shè)計鉆孔。把勘探重點放在未查清的地段上。 （2）根據(jù)勘探任務(wù)和勘探階段來設(shè)計鉆孔。區(qū)分供水水文地質(zhì)勘探還是礦床水文地質(zhì)勘探，是哪個勘探階段，了解需要解決的問題是什么：是查明區(qū)域水文地質(zhì)條件，還是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)、尋找富水帶、評價地下水資源或進(jìn)行地下水動態(tài)觀測。任務(wù)不同，方案也有區(qū)別。 （3）按照不同的水文地質(zhì)條件，所要采用的地下水資源評價或礦井涌水量預(yù)測的方法，來設(shè)計和布置相適應(yīng)的水文地質(zhì)勘探鉆孔。 （4）要考慮“一孔多用”，如既是水文地質(zhì)勘探孔，又可保留作為地下水動態(tài)觀測孔；或者既是勘探孔，又可留用為開采井。 （5）無論是查明水文地質(zhì)條件、求取水文地質(zhì)參數(shù)，還是進(jìn)行地

5、下水動態(tài)觀測，在確定其鉆孔位置時，均應(yīng)考慮其代表性和控制意義。 （6）對水文地質(zhì)條件控制孔應(yīng)先疏后密，點線結(jié)合，深淺結(jié)合。二、水文地質(zhì)鉆孔的布置原則 1. 布置原則 （1）勘探孔的布置，應(yīng)能查明勘察區(qū)的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，取得有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)和評價地下水資源所需的資料。 （2）為查明區(qū)域水文地質(zhì)條件，鉆孔一般應(yīng)布置成勘探線的形式。以便能繪制水文地質(zhì)剖面，確定含水層的空間分布及水位、水質(zhì)和富水性的變化規(guī)律。 主要的勘探線應(yīng)沿著區(qū)域水文地質(zhì)條件（含水層類型、巖性結(jié)構(gòu)、埋藏條件、富水性、水化學(xué)特征等）變化最大的方向布置。 （3）主要為地下水資源評價布置的勘探孔，其布置方案必須考慮擬采用的地下水資源評

6、價方法?？碧娇姿峁┑馁Y料應(yīng)滿足建立正確的水文地質(zhì)概念模型、進(jìn)行含水層水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)和控制地下水流場變化特征的要求。 當(dāng)水源地主要依靠地下水的側(cè)向徑流補給時，主要勘探線必須沿著流量計算斷面布置。對于傍河取水水源地，為計算河流側(cè)向補給量，必須布置平行與垂直河流的勘探線。 當(dāng)采用數(shù)值法評價地下水資源時，為正確地進(jìn)行水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)，正確給出預(yù)報時段的邊界水位和流量值，勘探孔布置一般呈網(wǎng)狀形式并能控制住邊界的水位和流量變化。 （4）以供水為勘察目的的勘探孔，按總原則布置鉆孔時，應(yīng)考慮勘探開采結(jié)合，鉆孔一般應(yīng)布置在含水層（帶）富水性最好、成井把握性最大的地段。 2. 松松散散層層地地區(qū)區(qū)勘勘探探線線

7、布布置置 3. 松散層主要類型地區(qū)勘探線、孔距松散層主要類型地區(qū)勘探線、孔距 4. 松散層地區(qū)勘探線布置圖解 （1）山間盆地 主線：山前盆地中心且垂直河流方向； 邊緣勘探孔主要控制邊界條件，特別是松散含水層與基巖含水層的接觸關(guān)系。 盆地內(nèi)部勘探孔主要控制含水層在水平和垂直方向的變化規(guī)律。 在排泄區(qū)布置勘探孔，以了解排泄條件。 （2）山前傾斜平原 主線平行扇軸，以了解含水層在縱向上的變化。 輔線垂直扇軸，以了解含水層在橫向上的變化。 勘探線的密度依據(jù)前表。 （3）河流平原 大型平原網(wǎng)狀布線。 若已知古河道方向，應(yīng)盡量垂直古河道布線，以查明古河道分布規(guī)律。 古河道是平原區(qū)良好的含水層。 （4）濱海

8、平原 主線垂直海岸地貌單元（海灘、沙堤、海成階地等）布線，以了解含水層巖性、巖相、富水性變化。 河流三角洲地區(qū)，應(yīng)垂直或平行河流呈網(wǎng)狀布線。 5. 基巖地區(qū)勘探孔的布置基巖地區(qū)勘探孔的布置 （1）裂隙巖層區(qū) 此類地區(qū)的地下水主要賦存在風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，形成網(wǎng)狀和脈狀水流系統(tǒng)。 為查明風(fēng)化裂隙水埋藏分布規(guī)律，勘探線垂直于分水嶺布線?？咨钚∮?00m，因為風(fēng)化裂隙埋藏發(fā)育不會太深。 為查明層間裂隙含水層及各種富水帶，勘探線應(yīng)垂直于含水層或含水帶走向布置，孔深決定于層間裂隙水的埋深和構(gòu)造富水帶發(fā)育深度，一般為100200m。 （2）巖溶區(qū) 鉆探目的：查明巖溶發(fā)育規(guī)律；尋找強巖溶帶；確定補給邊界和

9、排泄邊界；分析深循環(huán)巖溶水系統(tǒng)。 a. 北方巖溶 主線：由補給區(qū)排泄區(qū)， 孔距：疏密， 孔深：小大。 輔線：在排泄區(qū)可布輔線，因巖溶在排泄區(qū)最發(fā)育。 b.斷裂帶和富水帶 垂直斷層含水帶和巖層走向布線，孔位應(yīng)在上覆巖層，孔深100-200m，以確定裂隙含水層及構(gòu)造富水帶的產(chǎn)狀。 c. 南方巖溶區(qū) 在巖溶盆地，仍需按北方巖溶盆地布線原則，但應(yīng)將重點放在地下暗河位置處（排泄區(qū)），所以要垂直暗河方向布置勘探線。第三節(jié) 水文地質(zhì)鉆孔的技術(shù)要求 水文地質(zhì)鉆孔設(shè)計，一般包括的內(nèi)容：鉆孔孔身結(jié)構(gòu)、止水、沖洗液、鉆孔斜度。一、對鉆孔孔身結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求 孔身結(jié)構(gòu)，包括：孔深、孔徑、井管直徑及其連接方式。 1. 孔

10、深 水文地質(zhì)鉆孔深度，一般要求鉆穿主要含水層。 基巖孔，應(yīng)揭露主要含水段。 巖溶區(qū)，應(yīng)揭穿巖溶發(fā)育帶。 松散孔隙含水層，厚度很大或多層時，應(yīng)根據(jù)開采的目的層或可能開采的深度來確定。 2. 鉆孔結(jié)構(gòu)及孔徑 鉆孔結(jié)構(gòu)： 鉆孔，一般有同徑到底和變徑打孔方式。變徑多在含水層下的隔水層進(jìn)行。 水文地質(zhì)鉆孔的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)地層結(jié)構(gòu)和鉆探任務(wù)確定，一般應(yīng)盡量使孔身結(jié)構(gòu)簡單。 當(dāng)需要取得不同含水層（段）水文地質(zhì)參數(shù)及水質(zhì)、水位、水量資料時，一般是變徑鉆孔。 供水的抽水井和探采結(jié)合孔，多為同徑到底鉆孔。 變徑目的: 減少鉆井施工的難度。 孔徑： 鉆孔孔徑設(shè)計一般是根據(jù)鉆孔任務(wù)先設(shè)計終孔孔徑，然后根據(jù)變徑次數(shù)推算出開

11、孔孔徑，再根據(jù)抽水設(shè)備處的口徑進(jìn)行檢驗，一般鉆孔孔徑應(yīng)比抽水設(shè)備外徑大50mm，當(dāng)需要設(shè)置過濾器時，孔徑還必須滿足過濾器安裝的需要。 孔徑取決于鉆孔類型和過濾器直徑。 勘探孔、觀測孔：口徑小，為130250mm 抽水孔、試驗孔：口徑大，200mm，多數(shù)300500mm，最大可達(dá)1000mm。在松散地層中，多在400mm以上，在基巖層中一般大于200mm。 開孔口徑：主要滿足孔內(nèi)最大一級過濾管和填料厚度要求，下護(hù)壁管和抽水泵體外徑大小。 終孔直徑：基巖區(qū) 130mm 松散巖區(qū) 150mm 3. 過濾器 過濾器：指安裝在鉆孔中含水層（段）的一種帶孔井管。 過濾器作用：（1）保證含水層中地下水順利進(jìn)

12、入井管中；（2）防止井壁坍塌和防止含水層中細(xì)粒物質(zhì)進(jìn)入井中造成水井淤塞。 過濾器直徑：應(yīng)根據(jù)預(yù)計的鉆孔涌水量設(shè)計。 井徑增大，鉆孔的涌水量也增大，但當(dāng)井徑增大到一定值時，涌水量增大的幅度變小。如圖。即口徑為203.2254mm以上時，涌水量增加較少。 如果采用203.2254mm直徑的過濾器，鉆孔直徑設(shè)計應(yīng)為355.6406.4mm，出水效果最好。 過濾器長度：一般情況下應(yīng)與含水層的長度一致。 當(dāng)含水層厚度較大時，對于非完整井，可分為若干段，每段過濾器長度2030為宜。若過濾器太長，強度不足，不能夠有效護(hù)壁。 抽水孔過濾器的下端，應(yīng)設(shè)置管底封閉的沉淀管，其長度宜為24m。 但農(nóng)田供水井常用水泥

13、管，一徑到底，都是花管，一則農(nóng)用機井一般深度不大，二則水泥濾水管也有一定的強度。水文地質(zhì)鉆探水文地質(zhì)鉆探-(8)二、對鉆孔止水要求 1. 概念 止水：將同一鉆孔中各含水層之間的水力聯(lián)系隔開的一種技術(shù)方法。 2. 止水的目的 （1）在多層結(jié)構(gòu)的含水層中，為獲得單個或幾個含水層的水文地質(zhì)參數(shù)； （2）防止某一深度含水層中的劣質(zhì)水進(jìn)入井中； （3）為保證正常鉆進(jìn)，隔離某個強漏水層。 3. 止水部位 應(yīng)選在隔水性能好、厚度較大而穩(wěn)定的巖層中，且孔壁完整。 4. 止水材料 應(yīng)根據(jù)止水要求及孔內(nèi)地質(zhì)條件決定。 常用止水材料對比見下表。 對于水文地質(zhì)勘探孔，常用粘土、海帶、橡膠、牛皮等進(jìn)行暫時性止水；對勘探

14、開采孔或開采孔，永久性動態(tài)觀測孔，需用粘土、水泥、瀝青等材料，進(jìn)行永久性止水。材料材料名稱名稱 適用條件適用條件 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 海帶海帶 1. 松散巖層和基巖鉆孔暫時止水；松散巖層和基巖鉆孔暫時止水；2. 孔斜不大的同徑或異徑止水；孔斜不大的同徑或異徑止水；3. 管徑與孔徑相差二級以上。管徑與孔徑相差二級以上。海帶膨脹強，止水快，效果好，但海帶膨脹強，止水快，效果好，但不能用作永久止水，也不適宜破碎不能用作永久止水，也不適宜破碎帶及裂隙巖層中止水。帶及裂隙巖層中止水。 粘土粘土 1. 水壓和水流不太大，隔水層厚度大水壓和水流不太大，隔水層厚度大于于5m的同、異徑止水；的同、異徑止水；2. 適于

15、裂隙、巖溶和松散巖層止水；適于裂隙、巖溶和松散巖層止水；3. 適于斜孔和長觀孔止水。適于斜孔和長觀孔止水。 方法簡單，操作方便，成本低，效方法簡單，操作方便，成本低，效果好。但被鉆具碰動時，易失去止果好。但被鉆具碰動時，易失去止水效果水效果 水泥水泥 除同粘土止水情況外，還適用于基巖除同粘土止水情況外，還適用于基巖破碎帶的止水破碎帶的止水 。方法簡單，效果好，但成本稍高，方法簡單，效果好，但成本稍高，固結(jié)時間較長，起拔管材困難。固結(jié)時間較長，起拔管材困難。 瀝青瀝青1. 水壓和水流不大的淺孔；水壓和水流不大的淺孔；2. 堅硬巖層止水；堅硬巖層止水；3. 永久性止水。永久性止水。可塑性大，止水處

16、不易被碰動，效可塑性大，止水處不易被碰動，效果好，但手續(xù)麻煩。果好，但手續(xù)麻煩。牛皮牛皮 1. 潛水和高壓的承壓水；潛水和高壓的承壓水；2. 孔壁完整的換徑處及斜孔深孔止水孔壁完整的換徑處及斜孔深孔止水 膨脹性強，效果好，但成本高，不膨脹性強，效果好，但成本高，不適于長期止水適于長期止水 橡膠橡膠 1. 完整基巖鉆孔；完整基巖鉆孔；2. 松散地層可試用松散地層可試用；3. 暫時性止水。暫時性止水?？伤苄詮?，效果好，但成本高，工可塑性強，效果好，但成本高，工序麻煩，只適用于暫時性止水序麻煩，只適用于暫時性止水 5. 止水方法 有同徑止水和異徑止水；管外止水和管內(nèi)止水。 止水方法的選擇，主要取決于

17、鉆孔的類型、結(jié)構(gòu)、地層巖性和鉆探施工方法等多種因素。 一般常用管外異徑止水。優(yōu)點：效果好便于檢查；缺點：鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，各種規(guī)格的管材用量大。 管外同徑止水或管外管內(nèi)同徑聯(lián)合止水。優(yōu)點：鉆孔結(jié)構(gòu)簡單，鉆進(jìn)效率高，管材用量較少。缺點：止水效果差，檢查不便。 6. 止水效果檢查 對止水效果必須檢查，常用的檢查方法是在止水管內(nèi)抽水或注水，觀測其管外水位變化情況，當(dāng)水位無變化，則認(rèn)為止水效果較好，否則應(yīng)檢查原因并進(jìn)行重新止水。對止水段以上的間隙應(yīng)進(jìn)行回填封堵，以保持孔管穩(wěn)定。三、對鉆進(jìn)沖洗液的要求 沖洗液：在鉆進(jìn)過程中所施加的液體（清水、泥漿） 泥漿：水加粘土配置的沖洗液。 沖洗液的作用：冷

18、卻鉆頭，潤滑鉆進(jìn)，去除巖屑，保護(hù)孔壁。 為了不坡壞含水層的孔隙性，最好使用清水鉆進(jìn)。但是，清水鉆進(jìn)，對孔壁雖有壓力護(hù)壁，但無泥漿鉆進(jìn)時的護(hù)壁效果，所以孔壁容易坍塌，故一般情況下還是多采用泥漿鉆進(jìn)，用泥漿作沖洗液，只是泥漿的稠度較稀一些。 水文地質(zhì)勘探孔的鉆進(jìn)和成孔工藝 ，應(yīng)符合下列要求： （1）基巖勘探孔，應(yīng)采用清水鉆進(jìn)。 （2）松散層勘探孔，根據(jù)含水層特性和勘探要求，可采用水壓或泥漿鉆進(jìn)。 （3）沖洗介質(zhì)的質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行的供水管井技術(shù)規(guī)范GB50296的有關(guān)規(guī)定。 （4）在鉆進(jìn)有供水意義的含水層時，嚴(yán)禁采用向孔內(nèi)投放粘土塊代替泥漿護(hù)壁。 （5）在下過濾器和填濾料前，應(yīng)將孔內(nèi)的稠泥漿換為稀

19、泥漿。 （6）抽水孔必須及時洗孔，抽水試驗觀測孔也應(yīng)進(jìn)行洗孔，宜洗至水位變化反映靈敏。 在鉆進(jìn)中，泥漿會糊住孔壁，或進(jìn)入含水層，堵塞水的通道，所以對泥漿的稠度要有嚴(yán)格的控制。 另外，在成井之后要充分洗井，將進(jìn)入含水層空隙中的泥漿清洗出來，以保證含水層的透水性能。 泥漿的稠度（粘度）以秒表征，以稠度計測量。 稠度計是一個裝700L的容器，裝滿泥漿后在下端開口自流流出500L所用的時間（秒數(shù)）。 水文地質(zhì)鉆進(jìn)所用泥漿稠度一般要求為1825，最好是1718，密度1.11.2 g/cm3。洗井：（1）空壓機洗井；（2）活塞式抽拉洗井。四、對鉆孔孔斜的要求 為保證下管順利和抽水設(shè)備安裝及正常運行，應(yīng)對孔

20、斜提出要求。 一般要求孔深小于100m時，孔斜不得超過1度。 當(dāng)孔深大于100m時，每增加100m孔斜不得超過3度。 要求每50m測一次孔斜，以檢查是否符合設(shè)計要求。五、鉆進(jìn)方法及其它技術(shù)要求 鉆進(jìn)方法應(yīng)根據(jù)地層巖性和鉆孔任務(wù)確定。 1.成孔質(zhì)量的要求 （1）孔身各段直徑達(dá)到設(shè)計要求。 （2）孔身在100米深度內(nèi)其孔斜度不大于1.5。 （3）孔深誤差不大于2。 （4）洗孔結(jié)束前的出水含砂量不大于1/20000體積比。 2. 鉆進(jìn)方法的要求 （1）對基巖地層一般采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)； （2）對于松散巖層，當(dāng)不需要取心時，可采用沖擊鉆進(jìn)，當(dāng)需要取心時，應(yīng)采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。 3. 巖心采取率的要求 對巖心采取的

21、要求應(yīng)以能滿足鑒定巖性和分層的需要。 對松散巖層來說，一般23m取一個巖(土)樣，變層時應(yīng)加密取樣。對基巖來說，巖心采取率不得小于70，無巖心長度不得超過2m。第四節(jié) 水文地質(zhì)鉆探過程中的觀測與編錄一、巖心的描述和測量 每次提鉆后立即對巖心進(jìn)行編號、仔細(xì)觀察描述、測量和編錄。 1. 巖心的地質(zhì)描述 描述內(nèi)容：（1）同野外觀察描述的內(nèi)容；（2）對地表見不到的現(xiàn)象進(jìn)行觀察描述。如未風(fēng)化地層的孔隙、裂隙發(fā)育及其充填膠結(jié)情況，地層的厚度，地下水活動的痕跡（巖溶），地表未出露的地層等；（3）區(qū)分鉆進(jìn)所造成的一些假象。 2. 測算巖心采取率 通過巖心采取率，判斷巖石的破碎程度和巖溶的發(fā)育程度，分析巖石的透

22、水性，確定含水層。 回次：一次下鉆到提鉆為一回次。進(jìn)尺：下鉆時的孔深到提鉆時的孔深之差。要測量每一回次的進(jìn)尺、巖心長度及分層巖心長度，并計算每一回次的巖心采取率，并根據(jù)巖心采取率換算地層厚度。 巖心采取率，按下式計算：式中：L0所取巖心的總長度（m）； L本回次進(jìn)尺長度（m）。 要求：在基巖中不得小于70%，在構(gòu)造破碎帶、風(fēng)化帶和裂隙巖溶帶中，不得小于50%。%1000LLku 3. 統(tǒng)計裂隙率及巖溶率 目的是確定裂隙、巖溶發(fā)育程度和位置（深度），從而確定含水層或含水段的位置，指導(dǎo)成井。 用下式計算：式中：biL段內(nèi)在平行巖心軸線上測得的裂隙或巖溶的總寬度（m）；L統(tǒng)計段長度（m）；KuL段內(nèi)

23、的巖心采取率。 裂隙率和巖溶率的統(tǒng)計資料僅供參考，因為，完整巖石裂隙率低，破碎巖石裂隙率又難以統(tǒng)計。 4. 物探測井 一般在終孔后，要進(jìn)行綜合物探測井，準(zhǔn)確劃分含水層（段）。含水層一般電阻率高。 5. 抽水試驗、采集分析、化驗樣品%100%1000LbiyKLbiyu或二、水文地質(zhì)觀測 1. 觀測沖洗液消耗量 沖洗液質(zhì)和量的變化能反映鉆進(jìn)巖層的巖性和透水性，因此鉆進(jìn)過程中要隨時觀測沖洗液的消耗量及顏色、稠度和水溫的變化，并記錄其變化的位置。 沖洗液消耗量的計算： Q = （Q1+Q2）Q3式中：Q1鉆進(jìn)前泥漿槽內(nèi)沖洗液體積（m3）； Q2鉆進(jìn)過程中加入泥漿槽內(nèi)沖洗液體積（m3）； Q3提鉆后泥漿槽內(nèi)沖洗液體積（m3）。 2. 觀測含水層水位 當(dāng)鉆孔揭露新的含水層時，孔內(nèi)的水