专门水文地质学(水文地质勘察 华东地质学院)3水文地质钻探

专门水文地质学（水文地质勘察）主讲教师：张卫民2010年学位课程第三章水文地质钻探§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§4水文地质钻探过程中的观测与编录第三章水文地质钻探§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、揭露含水层，探明含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水头(位)，查明含水层之间的水力联系；2、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；3、采取岩土样和水样，确定含水层的水质，测定岩土物理性质和水理性质；4、利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为开采井。第三章水文地质钻探§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、钻孔的孔径大地质钻孔主要是获取岩芯，确定地层剖面，钻孔口径较小(一般小于150mm)。水文地质钻孔还要满足抽水试验或出水量的要求，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300-500mm，最大可达1000mm或更大。第三章水文地质钻探§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)钻孔结构复杂为获得各个含水层的水位、水质、水量、水温及水文地质参数资料，或为了阻止非开采层以外含水层中劣质地下水进入水井之中，需要采取分层止水的隔离措施。要分层止水就必须变径下管(图2．7)。有时为减少施工困难，降低成本，对非抽水段也要变径。第三章水文地质钻探§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，类型多样第三章水文地质钻探§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)钻孔结构复杂为阻止含水层中的细颗粒物质进入钻孔或防止塌孔，需下入滤水管。为阻止地表污水或开采含水层以外的劣质地下水沿井壁与井管之间的空隙流入含水层，必须对井壁与井管之间的非含水层要用水泥或黏土封睹。第三章水文地质钻探§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)类型多样（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。第三章水文地质钻探§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。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。第三章水文地质钻探§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。第三章水文地质钻探§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、观测项目多第三章水文地质钻探§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§4水文地质钻探过程中的观测与编录第三章水文地质钻探§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。一、总原则（1）投入最小、信息最大的原则（2）重点与宏观控制的原则（3）当前与未来变化结合的原则第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则二、一般原则1、布置钻孔时要考虑水文地质钻探的主要任务应明确是查明区域水文地质条，还是确定含水层水文地质参数、寻找富水带、评价地下水资源或进行地下水动态观测。主要任务不同，钻孔布置方案不同。2、布置钻孔时要考虑“一孔多用”如既是水文地质勘探孔，又是地下水动态观测孔，或是开采井。3、布置钻孔时要考虑其代表性和控制意义4、钻孔应布置成勘探线的形式第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则三、具体原则1、以查明区域水文地质条件为目的的钻孔布置（1）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。（2）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。（3）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。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则三、具体原则1、以查明区域水文地质条件为目的的钻孔布置第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则三、具体原则2、以地下水资源评价为目的的钻孔布置必须考虑拟采用的地下水资源评价方法，使勘探孔所提供的资料能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。例如：（1）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。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则三、具体原则2、以地下水资源评价为目的的钻孔布置（2）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。（3）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。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则三、具体原则3、以供水为目的的钻孔布置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、以排水为目的的钻孔布置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。5、钻孔的密度一般来说，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。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则三、具体原则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。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则三、具体原则小结1、以查明区域水文地质条件为目的的钻孔布置2、以地下水资源评价为目的的钻孔布置3、以供水为目的的钻孔布置4、以排水为目的的钻孔布置5、钻孔的密度6、钻孔的代表性第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则1、松散沉积区（1）盆地盆地的主要勘探线，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。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则1、松散沉积区（2）山间河谷、冲积阶地地区垂直地下水流向或地貌单元布置；在傍河或在河床下取渗透水时，应结合拟建取水构筑物类型布置垂直和平行河床的勘探线。（3）冲洪积扇地区先沿扇轴布置勘探线，选择富水地段，再在富水地段布置垂直扇轴（或垂直地下水流向）的勘探线。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则1、松散沉积区（4）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。（5）滨海平原地区先垂直海岸线布置，查明咸水与淡水的分界面，然后在分界面上游选择一定距离（按咸水不能入侵到拟建水源地考虑），垂直地下水流向布置甚探线。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则1、松散沉积区（6）黄土地区垂直和沿河谷、黄土洼地布置，平行（或垂直）黄土塬的长轴布置.（7）沙漠地区垂直和沿河流、古河道（包括河流消失带）和潜蚀洼地布置，或垂直沙丘覆盖的冲积、潮积含水层中的地下水流向布置。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则2、基岩区（1）碎屑岩地区布置在下列富水地段：①厚层砂岩、砾岩分布区的断裂破碎带（张性断裂破碎带、压性断裂主动盘一侧破碎带）；②褶皱轴迹方向剧变的外侧；③岩层倾角由陡变缓的偏缓地段；④背斜轴部及倾没端等构造变动显著的地段；第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则2、基岩区（1）碎屑岩地区布置在下列富水地段：⑤产状近于水平的岩层的裂隙密集带和共轭裂隙的密集部位；⑥碎屑岩与火成岩岩脉或侵入体的接触带附近；⑦地下水的集中排泄带第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则2、基岩区（2）可溶岩地区除按碎屑地区规定布置外，还应在可溶岩与其它岩层（包括非可溶岩和弱可溶岩）的接触带；裂隙岩溶发育带和岩溶微地貌（如溶蚀洼地、串珠状漏斗等）发育处。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则2、基岩区（2）可溶岩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。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则2、基岩区（3）岩浆岩和变质岩地区布置在断裂破碎带、岩脉发育带、不同岩体接触带、弱风化裂隙发育带以及原生柱状节理和原生空洞发育层。第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则小结1、松散沉积区（1）盆地（2）山间河谷、冲积阶地地区（3）冲洪积扇地区（4）河流平原地区（5）滨海平原地区（6）黄土地区（7）沙漠地区第三章水文地质钻探§2水文地质钻孔的布置原则四、不同水文地质条件地区的布置原则小结2、基岩区（1）碎屑岩地区（2）可溶岩地区（3）岩浆岩和变质岩地区第三章水文地质钻探§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§4水文地质钻探过程中的观测与编录第三章水文地质钻探§3水文地质钻孔设计一、钻孔孔身结构的设计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（含水带）。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）。第三章水文地质钻探§3水文地质钻孔设计一、钻孔孔身结构的设计2、钻孔结构及孔径(1)结构: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。第三章水文地质钻探§3水文地质钻孔设计一、钻孔孔身结构的设计2、钻孔结构及孔径第三章水文地质钻探§3水文地质钻孔设计一、钻孔孔身结构的设计2、钻孔结构及孔径(2)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。第三章水文地质钻探§3水文地质钻孔设计一、钻孔孔身结构的设计2、钻孔结构及孔径在松散岩区，开孔多在450mm以上，终孔多在290mm以上；基岩区，开孔多在290mm以上，终孔多在180mm以上。变径的位置，多在含水层下部