水文地质勘察(课件)第4章 水文地质钻探

第四章 水文地质钻探,水文地质钻探是水文地质调查中最重要的勘探手段和主要工种之一，在各种水文地质调查中，均应设计相应的水文地质钻探工作量。 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)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) 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、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、为查明区域水文地质条件的钻孔,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、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、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、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、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、为查明区域水文地质条件的钻孔 2、为地下水资源评价布置的勘探孔 3、以供水为勘查目的的勘探孔 4、以排水为目的的勘探孔 5、勘探孔的密度 6、钻孔的代表性,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、松散沉积区 （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、松散沉积区 （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）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、松散沉积区 （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、基岩区 （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100m。 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、基岩区 （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、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、基岩区 （1）裂隙岩层分布地区 （2）岩溶地区,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、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、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、钻孔结构及孔径,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、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、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、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2030m。孔内沉淀管长度5m左右。,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、孔深 2、钻孔结构及孔径 3、过滤器,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、止水部位的选择 止水部位应选在隔水性能好