水文地质钻探.pptx

第四章 水文地质钻探1水文地质钻探的基本任务及特点 一、水文地质钻探的基本任务 1、探明地层剖面及含水层岩性、厚度、埋藏深度和水头(位)；2、采取岩土样和水样，确定含水层的水质、水温及测定岩土物理性质和水理性质；3、进行各种水文地质试验，确定含水层的富水性及各种水文地质参数；4、利用钻孔监测地下水动态或直接作为开采井。第1页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 从上述水文地质钻探任务来看，水文地质钻探不仅要获取岩心、探明地层剖面，还要进行各种水文地质试验，查明含水层的水理性质和富水性，有时还要将井(孔)保留下来作为开采井或长期观测孔。因此水文地质钻探比地质钻探获取的资料要多，它具有自己的一些特点：第2页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 1、钻孔的孔径大 一般地质钻孔主要是获取岩芯，确定地层剖面，故口径较小(一般小于130mm)。水文地质钻孔还要满足抽水试验或出水量的要求，因此钻孔口径必须要满足安装抽水设备的要求。当钻孔孔壁不稳定时，还要能满足安装护壁管或过滤器的要求。因此水文地质钻孔口径比地质钻孔口径大得多。目前水文地质钻孔或井的口径一般为300-500 mm，最大可达1000 mm。第3页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 2、钻孔结构复杂，类型多样 (1)(1)结构复杂 水文地质钻探的目的是要查明各个含水层的水位、水质、水量及水文地质参数的资料，因此需要进行分层止水来隔离各含水层的水力联系。要进行止水就必须变径下管(图27)。因此水文地质钻孔结构比较复杂。第4页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 2、钻孔结构复杂，类型多样 第5页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 2、钻孔结构复杂，类型多样 (2)(2)类型多样 水文地质钻孔类型：（1）勘探孔主要了解地质、水文地质条件；（2）试验孔完成前者任务外，尚需进行水文地质试验；（3）观测孔主要供水文地质观测和取样；（4）开采孔取得水文地质资料，开发地下水资源。第6页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 3、对冲洗液有特殊要求 在地质钻孔施工过程中都使用泥浆作为冲洗液，起到冷却钻头、冲出岩粉和防止孔壁坍塌的作用，但泥浆也会堵塞含水层孔隙，影响井(孔)出水量。因此在水文地质钻孔施工时一般不允许使用泥浆作为冲洗液，而使用清水作为冲洗液。但有时孔壁不太完整情况下必须使用泥浆时，一定要控制泥浆的粘度和密度。在钻进结束后进行彻底地洗井工作。第7页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 4、钻探工序复杂、观测项目多 水文地质钻探除获取岩心外，还要进行止水、洗孔和抽水试验等工作，因此钻探工序比较复杂。观测项目多。除观察描述岩心外，还要观测孔内水位、水温、冲洗液消耗量以及进尺快慢等，所以水文地质钻探人员应技术全面，责任心强，必须按规定进行各种观测工作，保证将各项资料收集全，数据可靠。第8页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 二、水文地质钻探的特点 小结1、钻孔的孔径大 2、钻孔结构复杂，类型多样 3、对冲洗液有特殊要求 4、钻探工序复杂、观测项目多 第9页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 2水文地质钻孔的布置原则 3 水文地质钻孔设计与技术要求 4 水文地质钻探过程中的观测与编录第10页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 水文地质钻探是一项成本高、技术复杂的工作，在布置水文地质钻探时必须进行详细分析论证，力求以最少的钻探工作量取得较多的水文地质资料，就是说要做到每一个钻孔的布置都必须目的明确。第11页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 一、一般的布置原则1 1、为查明区域水文地质条件的钻孔 一般应布置成勘探线的形式，以便能绘制水文地质剖面，确定含水层的空间分布及水位、水质和富水性的变化规律。勘探线一般应沿着水文地质条件变化最大的方向布置，对勘探线上不同类型含水层及补给、径流和排泄区都应布置控制钻孔。勘探线的密度既要考虑水文地质条件复杂程度，又要与调查阶段的要求相适应应。第12页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 一、一般的布置原则1 1、为查明区域水文地质条件的钻孔第13页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 一、一般的布置原则2 2、为地下水资源评价布置的勘探孔其布置方案必须考虑拟采用的地下水资源评价方法。勘探孔所提供的资料应满足建立正确的水文地质概念模型、进行含水层水文地质参数分区和控制地下水流场变化特征的要求。当水源地主要依靠地下水的侧向径流补给时，主要勘探线必须沿着流量计算断面布置。对于傍河取水水源地，为计算河流侧向补给量，必须布置平行与垂直河流的勘探线。第14页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 一、一般的布置原则 2 2、为地下水资源评价布置的勘探孔当采用数值模拟方法评价地下水资源时，为正确地进行水文地质参数分区，正确给出预报时段的边界水位或流量值，勘探孔布置一般呈网状形式并能控制住边界上的水位或流量变化。3 3、以供水为勘查目的的勘探孔钻孔应主要在地下水可能开采地段内，并尽可能考虑勘探与开采相结合，发挥“一孔多用”。4、以排水为目的的勘探孔钻孔应主要围绕基坑，或采矿地段布置，并尽可能与排水孔设计相结合。第15页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 一、一般的布置原则5 5、勘探孔的密度 既要考虑水文地质条件复杂程度，又要与相应调查阶段相适应。一般来说，水文地质条件比较复杂，钻孔可密些，水文地质条件简单，钻孔可疏些，但不要平均使用工作量。6、钻孔的代表性 无论是查明水文地质条件、求取水文地质参数，还是地下水动态，在确定其钻孔位置时，要考虑其代表性和控制意义由于水文地质条件的多变性，勘探目的的多样性，还没有固定的模式可供使用，一定要在充分分析水文地质条件的基础上，按照勘探任务和评价方法的需要布置钻孔。第16页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 一、一般的布置原则小结1 1、为查明区域水文地质条件的钻孔 2 2、为地下水资源评价布置的勘探孔 3 3、以供水为勘查目的的勘探孔 4 4、以排水为目的的勘探孔5 5、勘探孔的密度 6、钻孔的代表性第17页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 二、不同水文地质条件地区的布置原则1 1、松散沉积区 （1 1）山间盆地 山间盆地内的主要勘探线，应沿山前至盆地中心方向布置。盆地边缘钻孔，控制盆地的边界条件，以查明山区地下水对盆地含水层的补给条件。盆地内部钻孔，控制主要含水层在水平和垂直方向上的变化规律。区域地下水的排泄区，应布置一定量的钻孔，查明其排泄条件。第18页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 二、不同水文地质条件地区的布置原则1 1、松散沉积区（2 2）山前倾斜平原地区 勘探线应控制山前倾斜平原含水层的分布及其在纵向（从山区到平原）和横向上的变化特点，即主要勘探线应平行冲、洪积扇轴，辅助勘探线则垂直冲、洪积扇轴。（3 3）河流平原地区 勘探线应垂直于主要的现代河流方向布置，以查明古河道的分布规律和主要含水层在水平和垂直方向上的变化，布置网状勘探线来查明含水层的分布规律。第19页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 二、不同水文地质条件地区的布置原则1 1、松散沉积区（4 4）滨海平原地区 勘探线应垂直海岸线布置，在海滩、砂堤、各级海成阶地上，均应布有勘探孔，以查明含水层的岩性、岩相、富水性等的变化规律。第20页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 二、不同水文地质条件地区的布置原则2 2、基岩区（1 1）裂隙岩层分布地区 为查明风化裂隙水埋藏分布规律，勘探线一般沿着河谷至分水岭的方向布置，孔深一般小于100m100m。为查明层间裂隙含水层及各种富水带，勘探线应垂直于含水层或含水带走向的方向布置，其孔深决定于层状裂隙水的埋藏深度和构造富水带发育深度。第21页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 二、不同水文地质条件地区的布置原则2 2、基岩区（2 2）岩溶地区 对于北方岩溶水盆地，勘探线应沿区域岩溶水的补给区到排泄区的方向布置，以查明不同地段的岩溶发育规律。对于以管道流为主的南方岩溶区布置水文地质勘探孔时，除考虑上述原则外，尚应考虑有利于查明区内主要地下暗河位置。第22页/共55页第四章 水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则 二、不同水文地质条件地区的布置原则小结 1 1、松散沉积区（1）山间盆地（2）山前平原（3）河流平原（4）滨海平原2 2、基岩区（1）裂隙岩层分布地区（2）岩溶地区 第23页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 2水文地质钻孔的布置原则 3 水文地质钻孔设计与技术要求 4 水文地质钻探过程中的观测与编录第24页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 1 1、孔深 钻孔孔深主要根据钻孔的目的要求、地质条件，并结合生产技术条件来确定。水文地质勘探钻孔的深度，原则上应揭穿主要含水层。基岩孔应穿透主要富水段，岩溶区应揭穿岩溶发育带（或主要岩溶含水层）。第25页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 2 2、钻孔结构及孔径 水文地质钻孔的结构应根据地层结构和钻探任务确定，一般应尽量使孔身结构简单，尽可能“一径到底”。当需要取得不同含水层(段)水文地质参数及水质、水位、水量资料时，一般是采取变径下管止水方法与其他含水层(段)隔离，这时钻孔结构就比较复杂。第26页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 2 2、钻孔结构及孔径 第27页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 2 2、钻孔结构及孔径 钻孔孔径一般是根据钻孔任务先设计终孔孔径，然后根据变径次数推算出开孔孔径，再根据抽水设备处的口径进行检验，一般钻孔孔径应比抽水设备外径大50mm，当需要设置过滤器时，孔径还必须满足过滤器安装的需要。在松散岩区，开孔多在480mm以上，终孔多在290 mm以上；基岩区，开孔多在290mm以上，终孔多在180 mm以上。变径的位置，多在含水层下部的隔水层顶部。第28页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 3 3、过滤器 过滤器是指安装在钻孔含水层（段）的一种带孔井管，其作用是保证含水层中地下水顺利进入井管中，同时防止井壁坍塌及含水层细粒物质进入井中造成水井淤塞。对于松散层钻孔，为了防止孔壁坍塌和保证地下水顺利进入孔内，需要设置过滤器；对于基岩含水层，当孔壁破碎不完整时，也需要安装过滤器来保护孔壁。第29页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 3 3、过滤器 一般应根据含水层岩性、厚度和埋藏情况对过滤器类型和下置深度做出设计。过滤器长度，一般应与含水层（段）厚度一致。当含水层较厚时，可设计非完整井抽水，每段过滤器长度一般202030m30m。孔内沉淀管长度5m5m左右。第30页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 小结 1 1、孔深 2 2、钻孔结构及孔径 3 3、过滤器 第31页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 二、钻孔止水的设计及技术要求 为了获得各个含水层的水位、水量及水文地质参数，在多层结构含水层中进行钻探，需要分层止水，以进行分层抽水试验。1 1、止水部位的选择止水部位应选在隔水性能好、厚度较大而稳定的岩层中。2、止水方法及材料选择应根据止水要求和孔内地质条件来确定。第32页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 二、钻孔止水的设计及技术要求 2、止水方法及材料选择（1 1）暂时性止水水文地质勘探孔，只满足分层观测及试验时，常用粘土、海带、橡胶、牛皮等进行暂时性止水。（2）永久性止水对勘探开采孔或开采孔，需用粘土，水泥、沥青等材料进行永久性止水。（3）止水效果检查止水效果如何，必须进行检查，常用检查方法是在止水管内抽水或注永，观测其管外水位变化。第33页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 表2.42.4常用止水材料对比表 材料名称适用条件优缺点海带1松散岩层和基岩钻孔暂时止水；2管径与孔径相差二级以上海带膨胀性强，止水快，效果好，但不能用作永久止水，亦不适合于破碎段止水粘土1水压和水流不太大，隔水层厚度大于5m的同异径止水；2适于松散岩层和裂隙岩溶岩层止水方法简单，操作方便，成本低，效果好，但被钻具碰动时，易失去止水效果水泥适合于各种条件的永久性止水方法简单，效果好，但成本稍高，固结时间较长牛皮1潜水及出水量大、水压高的承压水；2孔壁完整的换径处膨胀性强，效果好，但成本高，不适于长期止水橡胶1完整基岩钻孔；2松散层可试用可塑性强，效果好，但成本高，工序麻烦，只适用于暂时性止水第34页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 三、钻探冲洗液的设计及技术要求 理论上，水文地质钻孔最好使用清水钻进。实际工作中，为节省护孔管材和提高钻进效率，经常使用泥浆钻进。但使用泥浆粘度过大，对含水层透水性会产生严重不利影响。因此，必须严格控制泥浆的粘度。一般水文地质钻孔钻进时的泥浆粘度最好小于1818秒，地质勘探孔使用的泥浆粘度可以放宽到20202525秒。第35页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 四、钻孔孔斜的设计及技术要求 为保证下管顺利和抽水设备安装及正常运行，应对孔斜提出要求。一般要求孔深小于lOOmlOOm时，孔斜不得超过1 1度，当孔深大于lOOmlOOm时，每增加lOOmlOOm孔斜不得超过3 3度，并要求每50m50m测一次孔斜，以检查是否符合设计要求。第36页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 五、钻进方法及技术要求 钻进方法应根据地层岩性和钻孔任务确定。对基岩地层一般采用回转钻进；对于松散岩层，当不需要取岩心时，可采用冲击钻进，当需要取岩心时，应采用回转钻进。钻进技术要求包括对冲洗液和岩心采取等的要求。对于水文地质钻孔应尽量使用清水钻进，当必须使用泥浆时，必须提出泥浆粘度和密度的要求。第37页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 五、钻进方法及技术要求 对岩心采取的要求应以能满足鉴定岩性和分层的需要。对松散岩层来说，一般2-3m2-3m取一个岩(土)样，变层时应加密取样。对基岩来说，岩心采取率不得小于7070，无岩心长度不得超过2m2m。水文地质钻孔设计书应附有钻孔的地层岩性剖面图、井孔结构剖面和钻孔平面位置图。第38页/共55页第四章 水文地质钻探3 水文地质钻孔设计与技术要求 小结一、钻孔孔身结构的设计及技术要求 二、钻孔止水的设计及技术要求 三、钻探冲洗液的设计及技术要求 四、钻孔孔斜的设计及技术要求 五、钻进方法及技术要求 第39页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 2水文地质钻孔的布置原则 3 水文地质钻孔设计与技术要求 4 水文地质钻探过程中的观测与编录第40页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 水文地质钻探成果是靠钻探过程中的观测和编录取得的。观测和编录还能及时发现问题并指导钻探施工，因此在钻探过程中水文地质观测和编录要及时。观测和编录的内容主要有：1 1、岩心观测；2 2、水文地质观测；3 3水文地质钻探的编录工作 第41页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 一、岩心观测 岩心观测是确定地层岩性及其空隙性的主要手段。在水文地质钻探过程中，要求每次提钻后立即对岩心进行编号，仔细观察、描述、测量和编录。观测内容包括岩性、厚度、裂隙发育特征及充填胶结情况，计算岩心采取率及裂隙率或岩溶率。1、岩心地质描述 对岩心观察描述内容与对地面岩石露头描述的内容基本相同。重点放在判断岩石的透水性上。第42页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 一、岩心观测2、计算岩心采取率研究岩心采取率，可以判断坚硬岩石的破碎程度及岩溶发育强度，进而分析岩石的透水性和确定含水层位。一般基岩中要求不得小于7070，构造破碎带、风化裂隙带、岩溶带中不得小于5050。3、统计裂隙率及岩溶率裂隙率或岩溶率，可统计全孔、某层位或某个深度内的，视要求而定。第43页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 一、岩心观测4、采取岩样或土样按设计层位和深度，采取岩样或土样，以供观察、鉴定、分析和实验之用。5、准确划分含水层（段）按要求在终孔前在孔内进行综合物探测井，以准确划分含水层（段），取得有关参数资料。第44页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 一、岩心观测小结1、岩心地质描述 2、计算岩心采取率3、统计裂隙率及岩溶率4、采取岩样或土样5、准确划分含水层（段）第45页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 二、水文地质观测 1、冲洗液的观测 冲洗液质和量的变化能反映钻进岩层的岩性和透水性，因此钻进过程中要随时观测冲洗液的消耗量及颜色、稠度和水温的变化，并记录其变化的位置。第46页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 二、水文地质观测 2、孔中水位的观测 当钻孔中揭露新的含水层时，孔内的水位会发生变化，所以在钻进过程中要随时测量孔中的水位。为不影响钻进工作，通常是利用起、下钻之间的时间间隙。当发现水位明显上升或下降时应测量其初见水位和稳定水位，并记录其位置和水位高程。第47页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 二、水文地质观测 3、钻孔涌水现象观测孔口涌水，表明承压水头高于地面，应立即停钻，记录钻进深度，测定稳定水位和涌水量。4、水温观测 当钻进揭露不同含水层时，要分别测定其水温。对厚层含水层，要分上、中、下三段，分别测定地下水温度。测量水温时，应同时观测气温。第48页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 二、水文地质观测 5、孔内现象观测 钻进过程中对孔内发生的能帮助分析判断水文地质条件的各种现象都应进行观测和记录。这些现象包括：进尺突然变快、异常响声、钻具陷落、涌砂、孔壁坍塌等。当出现这些现象时都要分析产生原因并记录其位置及起止深度。6、取水样评价地下水水质，一般可在测定含水层稳定水位后采取。第49页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 二、水文地质观测 小结1、冲洗液的观测2、孔中水位的观测3、钻孔涌水现象观测4、水温观测 5、孔内现象观测 6、取水样第50页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 三、水文地质钻探的编录工作水文地质钻探编录，就是将观察描述的现象，测量的数据和取得的实物，准确、完整、如实的进行整理、测算、编绘和记录的工作。编录工作包括：1、认真整理岩心 重点钻孔的岩心要长期保留，一般钻孔按规定保留缩样或标本。2、用文字，详细地填写各种记录表（包括钻探编录表和各种观测记录表）。第51页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 三、水文地质钻探的编录工作3、绘制水文地质钻孔综合成果图表（P24-25）包括：地质剖面、钻孔结构、地层深度及厚度、岩性描述、含水层与隔水层划分、岩心采取率、冲洗液消耗量、地下水水位、测井曲线、孔内现象等。以及水文地质试验和水质分析成果等。4、钻孔小结对勘探线上全部水文地质钻孔成果资料进行综合分析对比研究，得出水文地质规律，并作出相应水文地质剖面或平面图。第52页/共55页第四章 水文地质钻探4 水文地质钻探过程中的观测与编录 三、水文地质钻探的编录工作小结1、认真整理岩心 2、用文字，详细地填写各种记录表3、绘制水文地质钻孔综合成果图表4、钻孔小结第53页/共55页第四章 水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点 2水文地质钻孔的布置原则 3 水文地质钻孔设计与技术要求 4 水文地质钻探过程中的观测与编录第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页