水文地质钻探与钻孔抽水试验

1、.水文地质钻探与钻孔抽水试验水文地质钻探与钻孔抽水试验现现 场场 管管 理理 主讲人：姚子志.目目 录录 一、水文地质钻探二、钻孔抽水试验三、自流井的水头观测和放水试验.一、水文地质钻探（一）、目的（二）、水文钻孔设计书的编制（三）、岩芯水文地质编录.（一）、目 的 查明地表以下的地层岩性、结构构造、不同岩层的含（隔）水性和埋藏条件，利用水文地质钻孔，进行各种专门水文地质试验：如抽水试验、放水试验、压水试验、注水试验等，通过这些试验，求得含水层富水性、渗透性等水文地质计算参数，为计算不同含水层的涌水量提供依据，继而评价、开发利用地下水资源。 此次粤北地区地下水资源勘查的钻探孔，最大特点是一孔多

2、用：物探异常验证、水文地质试验，留作监测长期观测，作为解决饮水难、地方病区改水、换水示范井四大作用，可见，抓好水文地质钻探工作有其独特的现实意义。 .（二）、水文钻孔设计书的编制钻孔设计书的质量，直接影响生产钻孔的质量，作为水文地质技术人员，必须以认真负责的态度做好该项工作，钻孔设计书一般要在水文地质测绘和在完成地面物探的基础上进行，即设计依据（附表一）。 . 1 、 钻 孔 施 工 ， 冲 洗 液 要求 清 水 钻 进 。 2 、 孔 深 直 径 按 钻 孔 结 构 设计 要 求 , 1 0 0 m 深 孔 斜 1 . 5。 3 、 岩 芯 采 取 率 要 求 ： 土层 和 完 整 基 岩

3、7 0 % ， 松 散 及破 碎 溶 洞 4 0 % 。 4 、 钻 进 过 程 中 连 续 进 行简 易 水 文 地 质 观 测 ， 并 按要 求 填 写 观 测 结 果 ， 记 录 钻进 中 漏 水 、 掉 块 、 溶 洞 、掉 钻 深 度 ， 遇 钻 孔 涌 水 时 ，应 停 钻 并 测 水 头 高 度 ， 做放 水 试 验 。 5 、 岩 芯 按 规 定 顺 序 摆 放整 齐 ， 用 岩 芯 牌 和 隔 板 隔 离， 岩 芯 箱 标 记 孔 深 和 顺 序 编号 。 6 、 抽 水 试 验 前 、 后 、 变径 、 涌 水 、 遇 大 溶 洞 、 终孔 等 须 校 正 孔 深 。 7

4、、 抽 水 试 验 前 的 洗 孔 、止 水 、 井 管 安 装 和 试 验 观 测按 各 孔 地 质 情 况 现 场 设 计修 正 ， 各 项 工 序 按 有 关 规 范、 规 程 进 行 施 工 、 试 验 。 8 、 试 验 完 成 后 ， 应 在 组织 有 主 管 领 导 参 加 的 现 场 质量 验 收 手 续 后 才 能 搬 迁 钻探 、 试 验 设 备 。 1 、 钻 机 动 力 设 备 要 求 安装 平 稳 、 协 调 ， 做 到 安 全生 产 。 2 、 按 不 同 地 层 结 构 和 岩性 确 定 钻 进 过 程 中 的 转 速 、压 力 、 水 量 等 有 关 钻 进 参

5、数 。 3 、 考 虑 到 专 门 水 文 地 质钻 孔 口 径 大 和 在 复 杂 地 层中 钻 进 的 特 殊 性 ， 可 允 许按 设 计 孔 深 先 打 小 口 径 导孔 ， 对 地 层 岩 性 、 溶 洞 裂隙 有 一 定 了 解 后 ， 由 钻 探工 程 师 具 体 设 计 不 同 地 层结 构 的 钻 探 工 艺 、 技 术 方法 和 止 水 、 抽 水 试 验 工 作管 安 装 事 宜 。 1 、 本 孔 设 计 两 层 三 次 降 深抽 水 试 验 ， 砂 砾 石 含 水 层 拟 用深 井 潜 水 泵 抽 水 ， 出 水 管 、 测水 位 管 按 钻 孔 结 构 示 意 图

6、安 装； 灰 岩 含 水 层 用 空 气 压 缩 机 抽水 ， 风 管 及 出 水 管 采 用 同 心 式安 装 （ 见 下 图 ） 。工 作 管 安 装 示 意 图 2 、 滤 水 管 砂 砾 石 含 水 层 下 垫 筋 包网 或 缠 丝 过 滤 器 ， 钢 管 孔 隙 率在 2 0 % 以 上 ； 管 周 围 填 砾 ， 砾料 要 求 用 圆 砾 ， 砾 径 3 - 6m m，含 泥 1 % 。 基 岩 下 普 通 过 滤 管 ， 孔隙 率 在 2 0 % 以 上 ； 经 试 抽 后 ， 计 算 风 管 浸没 比d 6 0 % 。 测 水 管 和 出 水 管 下 入 深度 大 于 混 合

7、器 深 度 5m以 上 。 a 、 风 管b 、 混 合 器c 、 出 水 管d 、 测 水 位 管e 、 滤 水 管f 、 孔 壁.（二）、水文钻孔设计书的编制 1、设计书的内容：设计孔深；分层孔深；钻孔结构和地质柱状图；地质岩性、结构构造及主要水文地质特征、溶洞裂隙发育情况等；水文地质要求；钻探技术；备注（补充完善钻孔结构或测、出水管安装等）。2、钻孔结构：指设计的钻孔要打多大口径，什么孔深需要换径，不同口径段的钻孔，那些孔段需要安装护壁管（套管或过滤管），抽水试验使用抽水设备不同时，出水管和测水管如何安装（同心式或并列式）等，都应表示在钻孔结构图上。 根据设计抽水孔所在地理位置的不同钻孔

8、结构要求是有区别的，地质技术人员在确定钻孔的平面位置后，应根据实地的地形地貌形态、地质测绘和物探成果为依据，设计出科学、合理的钻孔结构，从粤北地区地下水赋存的特点出发，此次勘查中不同类型或不同地质条件下的钻孔结构，有下面几种类型： .（二）、水文钻孔设计书的编制A、多孔抽水试验主孔（抽水孔）和单孔抽水试验孔。（a）有第四系松散含水层覆盖的多孔抽水主孔：开孔口径350mm，下325或273mm护壁管，试验段（砂砾层位置）下219mm滤水管，管外填砾（填砾厚度一般75100mm）；基岩段口径170mm，溶洞无充填时，裸孔抽水，溶洞裂隙有充填或半充填时，下普通滤水管（168mm）隔离后再进行抽水试验

9、。(b)没有第四系松散层覆盖的抽水主孔：开孔口径以能下入219mm护壁管为原则（一般250mm220mm），基岩段口径为170mm。B、多孔抽水试验观测孔(a)有第四系松散含水层的观测孔，以220mm开孔，下168mm护壁管，下146mm滤水管（视具体情况是否包网）。基岩部分口径130mm，裸孔或下108mm滤水钢管。(b)无松散含水层的观测孔：150mm开孔，146mm管护壁，以下裸孔或下108mm滤水管。 .（二）、水文钻孔设计书的编制C、作自动水位监测的长期观测钻孔：除了满足不同性质含水层的抽水试验要求外，按监测井仪器安装要求，设计井管结构的置安。另外，对于含水层埋深大的埋藏型岩溶钻孔，

10、根据物探提供的测深资料来设计钻孔结构。3、水文地质要求：一般要求以下几方面的内容钻孔施工，要求冲洗液为清水钻进，个别孔段极其破碎需改用泥浆时需征得水文地质工程师的同意。孔斜要求：孔深100米，孔斜不超过2，要求每钻进50m测斜一次。岩心采取率：粘土和完整基岩要求70%（单层60%），松散层及破碎带要求40%（单层30%）。孔深效正：下列工序必须进行效正孔深：即测斜、终孔、抽水试验前后、封孔、遇大溶洞或钻具自由下落等，效正方法必须以钻具实际自由下落为准，钢尺丈量钻具，抽水试验后的效正，如发现埋孔影响到评价含水层的富水性，需捞渣清孔，返工重新进行抽水试验。.（二）、水文钻孔设计书的编制钻孔简易水文

11、观测：简易水文观测是获得初见水位，发现含水层，地下水的水力性质，含水层位置和富水性，为下一步专门水文地质提供定性评价必不可少的基础工作，观测内容包括钻进过程中每个回次的进尺孔深，回次提钻后和下钻前的水位观测（前后时间间隔不小于3-5分钟），冲洗液消耗量（开始钻进时和停止钻进后水箱读数，水箱中加水数，计算单位时间耗水量，单位进尺耗水量），钻进中遇见的掉块，坍塌孔深、漏水、钻具自由下落等记录。钻进过程如发现涌水，需停钻测定水头高度并进行放水试验（附表二）。 .（二）、水文钻孔设计书的编制 按规范要求、水文地质钻孔，在钻进过程中应连续地进行简易水文地质观测，并及时做好观测记录，凡是地质钻孔，在普查阶

12、段也要求每孔必做，唯有在勘探阶段，对钻孔的地层岩性、结构、构造都基本了解的情况下才不做或少做简易水文观测工作，但在现实生产活动中，该工作很容易被忽视，原因是非专业人员不了解简易水文观测工作的重要意义，以为是多次一举，没多大必要，经验告诉我们，简易水文观测是发现含水层，地下水的水力性质，含水层位置和富水性的重要手段，每一个水文地质工作者，和参与粤北水文地质勘查工作的每一个人，都应有所认识和引起足够的重视。否则，就会给国家资源造成浪费，是一种失职和不负责任的作为。 上述钻孔简易水文观测、岩心采取率、孔斜要求、校正孔深、主要含水体位置记录和封孔，这六项工作是衡量钻孔施工质量的六大指标，建议项目部针对

13、钻探生产的质量管理列入议事日程，以六大指标为基础，定出标准，作为检查验收钻孔施工质量的依据。.（三）、岩芯水文地质编录 岩心编录是专门水文地质工作在钻探方面的第一手基础资料，是项目部每一个技术人员都必须关注和重视的工作，工作质量好坏与钻探生产紧密相关，具体工作内容和操作顺序如下： 审查钻探班报表，按钻进回次检查原始记录，无误、无错漏，记录内容齐全后才能进入第二工序，检查内容包括回次岩心进尺、岩心长度、岩心和岩心牌摆放顺序、岩心牌填写是否符合要求，岩心箱顺序及深度标记等，编录人员同时现场按回次计算岩心采取率，发现采心不够或偏低，当场找机班长、钻探技术员设法改变生产工艺方法及时补救。 将合要求的班

14、报表记录，按回次抄搬到岩心编录专用表格上，按回次记录描述岩心的地质岩性，记录顺序和内容一般包括：.（三）、岩芯水文地质编录第四系松散地层：土层名称、颜色、湿度、粘塑性、砂砾成分粒级及百分比含量、分选性、磨园度、松散、粘粒胶结情况，透水、隔水性能等。基岩：岩石名称、颜色、结构构造、矿物组合、岩心形状、溶蚀破碎、（辨明属构造破碎还是机械破碎），节理裂隙发育情况、断层及摩擦痕迹、水蚀锈染现象、化石、层理结构面等，其中着重指出的是：有分层、界线、断层、层理结构面的岩心，要按结构面所在回次岩心的位置逐一度量其在岩心中的具体长度，并依据岩心采取率来计算分配构造面出现的位置孔深，层理面则要求按常规以岩心轴（

15、岩心中心线）与层面夹角来表示（度量工作很重要、也很必要，此结构面实际就是地层产状的层面，用90减去一层面与岩心轴的夹角就是岩层的倾角，倾角是我们计算地层厚度、洞隙孔深，断层延伸唯一数据资料，每个地质人员都要求会操作）。量角器度量操作方法，现场实习。遇到有残留岩心时，要将岩心捞上来后，修改上回次的采取率或分配钻孔岩心分层孔深。.（三）、岩芯水文地质编录根据收集到的岩溶裂隙，构造破碎等特殊现象资料，分析其构造形痕的内在联系及富水性、修改完善该孔作抽水试验时的钻孔结构及井管安置设计，指导施工生产。现场编制钻孔岩心柱状图、对岩溶或裂隙构造发育区段现场测定岩心线岩溶率。终孔后校正孔深，按“六大指标”完成

16、情况验收钻孔质量、作出质量评定并移交下一步抽水试验或观测孔使用。 .二、钻孔抽水试验 (一)、试验目的(二)、抽水试验的种类和类型划分(三)、抽水试验孔的布置(四)、抽水试验现场技术管理及资料整理工作 .(一)、试验目的 总目的是查明工作区的水文质条件，为合理利用开发地下水资源提供依据。具体说有以下几点： 1、评价含水层的富水性、推算井孔的最大湧水量和单位湧水量。 2、确定和计算含水层的水文地质参数，为地下水资源评价，矿坑湧水量预测和矿坑疏干排水提供依据。 3、了解地下水和地表水（或水系）及不同含水层间的水力联系和降落漏斗的形成、扩展、影响半径、边界条件等。 .(二)、抽水试验的种类和类型划分

17、 抽水试验的类型、种类、名称很多，有十几种，是按划分依据内容不同来划分的。（1）抽水钻孔和观测孔的数量：一个抽水主孔，一个到数个观测孔组成的叫多孔抽水试验；两个以上主孔同时抽水叫“孔群互阻抽水”或群孔抽水试验；仅在一个试验孔中抽水，叫“单孔抽水”。（2）以试验段含水层的多少：各含水层的性质未明确，需单独抽某个含水层的水叫“分层抽水”；含水层厚度大或各段富水性不同，各段需分开评价的抽水叫“分段抽水”，含水层数多，已基本了解各层的特征，需按含水层组评价的抽水叫“混合抽水”。（3）按揭露含水层情况区分：揭露全含水层厚度求参的“叫完整井抽水”，按目的不同或考虑经济条件，揭露含水层不全的叫“不完整孔（井

18、）抽水。（4）按抽水试验降深大小顺序分：弱含水层、细粒层，试验时由小降深到大降深（S1S3）抽水称正向抽水。强透水粗粒层，先大降深再小降深（S3-S1）者称反向抽水。（5）为专门目的或要求：坑道、采矿突水，考虑疏干方案进行的试验，叫矿井坑道疏干试验；大型供水集中开采地段，生产前或正式使用前的抽水叫“开采性抽水试验”；已开采利用地下水的地区或灌区，为验证开采量或反求水文地质相关参数，为更合理利用地下水提供资料进行的抽水，叫“生产群井抽水试验。 .(三)、抽水试验孔的布置主孔布置原则：1、要布置在工作区对评价本区水文地质条件最具有代表性富水含水层的出露分布地段（考虑首期使用条件），对供水而言如向斜

19、构造盆地，大断裂构造带，松散含水层沉积环境好的地段，构造交汇处等。观测孔：要以配合抽水主孔解决水文地质问题来考虑，粤北地区的观测孔，设计批准的是总原则，实地布置时，要按不同地形、地貌和含水层出露情况，通盘考虑各种因素，能起到评价地段富水性和水力联系，相互关联的目的。钻孔深度：以穿过主要含水层，溶洞裂隙，岩溶发育下限，穿过主要断层构造破碎带，成孔时考虑预留沉渣孔段等作为钻孔深度的设计依据。.(四)、抽水试验现场技术管理及现场资料整理工作试验过程的现场管理，与采用何种设备抽水有较大差异，常用的设备有空气压缩机和深井泵，用压风机抽水时要着重注意压风机运转正常与否，风量、压力是否稳定，抽（出）水管、测

20、水管安装是否合理，混合器下入深度是否符合沉没比要求、大降深能否达到规范要求等，都需要水文地质技术人员经常检查落实，将可能出现的质量问题消灭在萌牙状态之中；采用潜水深井泵抽水时则考虑测水位的测水管安装、流量观测等现场工作。我们技术人员的现场资料整理主要有以下几项工作，工作的目的主要是用抽水过程的观测资料、曲线图件形态来了解和检查试验情况，及时发现试验有无反常现象，出现异常、反常要及时采取改正措施、不能秋后算帐，为室内整理资料正确评价含水层地下水的特征打好基础。所做的工作按稳定流和非稳定流两种理论方法的不同有一定差异。 .(四)、抽水试验现场技术管理及现场资料整理工作按稳定流抽水试验时：严格按规范

21、要求，检查水位，流量观测稳定时间是否符合要求，并现场绘制下面几种曲线图。1、绘制流量、降深历时过程曲线，有观测孔时同步绘制。2、绘制Q=f（s）关系曲线。3、绘制q=f（s）关系曲线。按非稳定流理论的试验，抽水时出水量要保持常量、观测水位按规范要求的时间间格规定进行，延续时间按水位下降与时间单对数关系曲线确定。现场编制曲线有：1、S-t过程曲线。2、水位下降时间对数过程曲线。3、观察孔水位下降对数与主孔距离对数关系曲线。根据现场编绘的曲线，要与标准曲线对比检查，如发现不同异常形痕应及时处理（附表三）。 .稳定流 1、在QSt历时曲线上，起动抽水以后，运转正常情况下，现场绘制的曲线是平稳有序的，

22、如果中间出了故障，动力不变的情况下，有降深突然加大或流量突然变小，而地质人员又不在场的情况下，不按时观测记录或记录了地质人员不及时发现和纠正，就会贻误整个试验。有观测孔时，历时曲线应同时绘制。2、Q=f（S）关系曲线在观测无误，抽水运转正常的情况下，三次降深的Q-S关系曲线会出现五种曲线类型。、直线型：通过原点的连线为一直线，是抽水试验中承压水的标准曲线，试验前通过简易水文观测已初步确定这层地下水为承压性质，经三个降深的试验，与试验前的认识吻合与否，就需要现场分析和判断能力来确认抽水试验的成果质量问题了。、上弯弧型：属潜水含水层抽水的曲线类型或承压水受管壁，含过滤器阻力和三维流、紊流影响，形成

23、的曲线。 .稳定流、急内弯的弧形曲线：出现这种曲线说明含水层水源不足，或过水断面在抽水试验过程被阻塞，就需停下来检查是前者还是后者原因，经过检查，如探孔、扫孔、洗孔等证明不是钻孔阻塞，就考虑调小最大降深值，或适当缩小降深幅度，以正确判断含水层的富水、透水性。、此型曲线出现有两种可能，当吸水笼头（或混合器）放置在过滤器进水部位时，表明抽水受三维流、紊流、影响，属于正常现象，当吸水笼头放置在过滤器进水部位以上时，表明抽水试验有错误，应找出原因，返工重新进行试验。、型曲线表明某一降深值以下S增大而Q不变，属于设计降深值偏大造成，需作调整。另外，绘制Q=f(S)关系曲线，用二次降深来代替三次降深抽水试

24、验：经验法（承压水、潜水）；用先求曲度值的方法按不同曲度值来计算（详见室内整理部分）确定。 3、q=f（S）关系曲线。形成、种类型关系曲线，与Q=f(s)关系曲线所反映的情况相同。 .非稳定流 1、S-t过程曲线：与稳定流抽水的区别是观测时间采用累计时间，因为采用定流量抽水，以降深符合规范要求即可停抽测恢复水位，时间函数采用累计时间。2、水位下降时间对数过程曲线AB段：积分指数函数曲线段，当管壁阻力较大时，还会呈显AB段的上部虚线所示主曲线，不宜作计算段；BC段：属无越流及管壁阻力的影响，一般宜作渗透系数（k），压力传导系数（a）和给水度（）的计算段； CD段：为越流偏离段；DE段：可作为求越流系数的线段。3、观测孔水位下降对数与主孔距离对数关系曲线当观测孔较多时，可将某一时间不同观测孔（至抽水孔距离不同）