第3章 水文地质钻探与物探.ppt

1、第三章 水文地质钻探与物探,专门水文地质学,内容,专门水文地质学,水文地质钻探与物探,专门水文地质学,水文地质钻探与物探,坑探： 地质勘探工作的一种技术手段，是为了揭露地质及矿产现象而在地表或地下挖掘不同类型坑道的工作,包括探糟、浅井、平巷、斜井和坚井等。 特点是人员可进入工程内部，对所揭露的地质现象能进行直接观测及采样，能检验钻探和物化探资料或成果的可靠程度，获得较精确的地质资料。 槽探 为了揭露被覆盖的岩层或矿体，在地表挖掘的沟槽。一般采用与岩层或矿层走向近似垂直的方向，长度可根据用途和地质情况决定。断面形状一般呈倒梯形 ，槽底宽0.6米，通常要求槽底应深入基岩约0.3米，探槽最大深度一般

2、不超过3米。,专门水文地质学,1 水文钻探的基本任务,1、水文钻探工作的重要性 (1) 直接探明地下水的一种最重要、最可靠的勘探手段；,专门水文地质学,1 水文钻探的基本任务,1、水文钻探工作的重要性 (2)是进行各种水文地质试验的必备工程；,专门水文地质学,1 水文钻探的基本任务,1、水文钻探工作的重要性 (3)是对地下水资源调查、水 文地质物探成果所作地质结论 的检验方法。,专门水文地质学,1 水文钻探的基本任务,基本任务 （1）揭露含水层，探明水文地质条件 包括：含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水头压力，查明含水层之间的水力联系； （2）获取水文地质参数 借助钻孔进行各种水文地质试验，确定

3、含水层富水性和各种水文地质参数；,专门水文地质学,1 水文钻探的基本任务,基本任务 （3）取样 通过钻孔（或在钻进过程中）采集水样、岩土样，确定含水层的水质、水温和测定岩土的物理力学和水理性质； （4）动态监测 利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,一、水文钻孔的结构和钻孔设计 水文钻孔的特点 (1) 钻孔口径较大 一要满足取岩芯，二要满足抽水试验或作为生产井取水; 地质勘探孔直径一般小于150mm,水文钻孔或水井的直径一般约为300-500mm.,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,一、水文钻孔的结构和钻孔设计 水文钻孔的特点 (2)钻孔的结

4、构复杂； 分层取样 分层止水 分层取水 变径下管,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,一、水文钻孔的结构和钻孔设计 水文钻孔的特点 (3)洗井要求严格； 冲洗液要求 一般要求尽量用清水钻进；在砂砾石含水层钻进时，泥浆黏度要求为18-25s。 洗井要求 城市生活和工业用水井，正常运行时的井水含砂量要求小于百万分之一，而农业灌溉水井则应小于五十万分之一 。,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,一、水文钻孔的结构和钻孔设计 水文钻孔的特点 (4)孔深斜度要求严格； 为保证水泵顺利下入井中，并长期安全地工作，一般要求孔身斜度每深l00m小于1,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,一、水文钻

5、孔的结构和钻孔设计 水文钻孔的设计 1)孔深 应根据钻探任务来确定，一般要求揭露或打穿主 要含水层。 2)孔径 开孔直径：在松散岩层中一般应大于450mm； 在坚硬岩石中应大于290mm。 井径变化：应尽可能采用“一径到底”； 必要时依据取水泵型号确定。,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,一、水文钻孔的结构和钻孔设计 水文钻孔的设计 3)不同口径井管的下置深度及所选用的井管材料。 4)钻孔中止水段的位置和止水方法。 5)过滤器的类型和过滤器下置深度。,专门水文地质学,钻孔结构图,专门水文地质学,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,一、水文钻孔的结构和钻孔设计 水文钻孔的设计 6)对水

6、井中的非开采含水层段，提出井壁与井管间隙的回填封堵段的位置、使用材料及要求。 7)钻进方法及技术要求，包括对冲洗液质量、岩芯采取率、岩土水样采集、洗孔及孔斜等的要求，以及对观测和编录方面的技术要求。,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,二、钻进过程中的水文地质观测工作 观测工作的主要目的 1）及时发现孔底地层岩石的变化，并进行观测以弥补岩芯采取率的不足； 2)及时发现钻孔是否揭露了某个含水层（带）； 3)帮助确定含水层（带）的埋藏深度、厚度及其富水性； 4)分别取得不同含水层的水头、水温和水化学成分的资料； 5)为最终确定水井的成井结构提供所需的地质依据。,专门水文地质学,2 水文钻探的技

7、术要求,二、钻进过程中的水文地质观测工作 钻进过程中水文地质观测 1)观测冲洗液的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化，记录其增减变化量及位置； 2)钻孔中水位的变化，当发现含水层时，要测定初见水位和天然稳定水位； 3)及时描述岩芯，统计岩芯采取率，测量其裂隙率或岩溶率； 4)测量钻孔的水温变化及其位置；,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,二、钻进过程中的水文地质观测工作 钻进过程中水文地质观测 5)观测和记录钻孔的涌水、涌砂、涌气现象及其起止深度和数量； 6)观测和记录钻进速度、孔底压力及钻具突然下落（掉钻）、孔壁坍塌、缩径等现象和其深度； 7)按钻孔设计书的要求及时采集水、气、岩、土样品

8、； 8)在钻进工作结束后，按要求进行综合性的水文地质物探测井工作。,专门水文地质学,2 水文钻探的技术要求,专门水文地质学,3 水文勘探钻孔的布置原则,1）明确重点的原则 布置钻孔时要考虑水文钻探的主要任务，应明确是查明区域水文地质条件，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，钻孔布置方案必然有所区别。 2) 一孔多用的原则 如既是水文地质勘探孔，又可保留作为地下水动态观测孔；或者既是勘探孔，又可留用为开采井。,专门水文地质学,3 水文勘探钻孔的布置原则,3)代表性的原则 无论是查明水文地质条件、求取水文地质参数，还是进行地下水动态观测，在确定

9、其钻孔位置时，均应考虑其代表性和控制意义。 4)以线为主，点线结合的原则 为分析、认识区域水文地质条件的变化规律，水文钻孔应布置成勘探线的形式。,专门水文地质学,1)为查明区域水文地质条件，钻孔一般布置成勘探线的形式 主要勘探线应沿着区域水文地质条件（含水层类型、岩性结构、埋藏条件、富水性、水化学特征等）变化最大的方向布置； 对区内每个主要含水层的补给、径流、排泄和水量、水质不同的地段均应有勘探钻孔控制。,3 水文勘探钻孔的布置原则,专门水文地质学,2)主要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

10、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。 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的水位或流量变化。,3 水文勘探钻孔的布置原则,专门水文地质学,3)以供水为勘察目的的勘探孔，按总原则布置钻孔时，应考虑勘探-开采结合，钻孔一般应布置在含水层（带）富水性最好、成井把握性最大的地段。,3 水文勘探钻孔的布置原则,专门水文地质学,4 水文地质物

11、探,基本原理： 依据不同类型或不同含水岩石、不同矿化度水体之间存在着物理性质上（导电性、导热性、热容量、温度、密度、磁性、弹性波传播速度及放射性等）的差异，借助各种物探测量仪器探明这些差异，进而分析判断岩性、构造及其含水性能，为分析水文地质条件和进一步布置勘探工作提供依据。,专门水文地质学,4 水文地质物探,用途： 勘查供水水源地含水层的埋深、层厚、产状以及赋存范围； 区分咸水、淡水含水层；探测含水层之间或地表水与地下水之间的补给关系；求取地下水流速、流向和钻孔抽水漏斗的影响半径等水文地质参数； 探测古河床含水层的分布规律；探测岩溶、裂隙富水带的赋存形态； 探测基岩埋深和新地层、疏散层的厚度；

12、 勘探区的构造形态，断层、褶皱等地质构造的产状，追踪地质构造的延伸和展布方向，为划分水文地质单元、研究水文地质问题提供基础地质资料。,专门水文地质学,4 水文地质物探,1、地面物探 是水文地质调查中应用最广泛的物探方法，具有设备轻便、效率高、解释方法成熟等优点。 （1）电阻率法 岩石的电阻率与岩石的矿物成分、结构、孔隙度、含水量及地下水的矿化度有关。,专门水文地质学,4 水文地质物探,1、地面物探 （1）电阻率法的主要应用： 确定含水层的分布、厚度及埋深、寻找古河道、古冲洪积扇等； 寻找断裂破碎带和岩溶发育带的分布、位置、圈定富水带，确定覆盖层及风化层的厚度等； 划分咸淡水界面，寻找淡水透镜体

13、； 估算水文地质参数等。,专门水文地质学,4 水文地质物探,（二）自然电场法 工作原理： 以地下存在的天然电场作为场源。由于天然电场与地下水通过岩石孔隙、裂隙时的渗透作用及地下水中离子的扩散、吸附作用有关。因此，可根据在地面测量到的电场变化情况，查明地下水的埋藏、分布和运动状况。,专门水文地质学,4 水文地质物探,（二）自然电场法 主要应用： 主要是用于寻找掩埋的古河道、基岩中的含水破碎带； 确定水库、河床及堤坝的渗漏通道； 测定抽水钻孔的影响半径等。,专门水文地质学,4 水文地质物探,（二）自然电场法 使用条件： 主要决定于地下水渗透作用所形成的过滤电场的强度。 一般只有在地下水埋藏较浅、水

14、力坡度较大和所形成的过滤电位强度较大时，才能在地面测量到较明显的自然电位异常。,专门水文地质学,4 水文地质物探,（三）地震勘探 原理： 根据土和岩石的弹性性质，测定人工激发所产生的弹性波在地壳内的传播速度来探测地质结构及含水界面的物探方法。 优点： 勘探深度大、探测精度高 应用： 确定覆盖层和风化层的厚度、潜水面埋藏深度，划分岩层结构，探测断层和岩溶发育带位置。,专门水文地质学,4 水文地质物探,1、地面物探 2、地球物理测井法 主要应用： 钻孔剖面的岩性分层； 判断含水层（带）； 岩溶发育带； 咸淡水分界面位置（深度）； 确定水文地质参数。,专门水文地质学,专门水文地质学,4 水文地质物探

15、,2、地球物理测井法 所能解决的问题： 1)普通（视）电阻率测井 除划分钻孔地层剖面外，主要用于确定含水层的位置及厚度，测定岩石电阻率参数和岩石孔隙度。,专门水文地质学,4 水文地质物探,2、地球物理测井法 所能解决的问题： 2)井液电阻率测井 其中的扩散法，能可靠地确定钻孔中含水层（出水段）的位置和厚度，比较推断含水层的富水性，求地下水的渗透速度和间接计算渗透系数。,专门水文地质学,4 水文地质物探,2、地球物理测井法 所能解决的问题： 3)自然电位测井 确定地下水的矿化度和咸淡水界面，估计地层的含泥量。 4)伽玛-伽玛测井 可按密度区分岩性、划分剖面，确定含水层和岩石的孔隙度。 5)中子测

16、井 用于划分岩性，查明含水层，确定孔隙度和测定含水量。,专门水文地质学,4 水文地质物探,2、地球物理测井法 所能解决的问题： 6)放射性同位素测井 是目前测定地下水流向、流速、渗透系数和水质弥散系数的主要方法，还可用于确定井内出水和套管破裂位置，检查井管外封堵质量和寻找水库（坝下）渗漏通道。 7)声波测井 测定岩石的孔隙度、划分岩性，进行地层对比，划分含水破裂带等。 8)热测井 测地温梯度、测定井内进（漏）水位置。,专门水文地质学,4 水文地质物探,3、水文地质人员在物探工作中的任务 （一）掌握物探方法的使用条件 1)探测对象（岩层或含水带）与围岩之间存在比较显著的物性差异； 2)这种物性差异，要有一定的异常幅度，并在所探测的深度内能被目前使用的物探仪器测量出来； 3)探测对象呈现的异常现象，能与其他自然和人为干扰因素引起的异常现象很好地区别开来； 4）要求被探测对象具有一定的规模（厚度或范围），埋藏不能太深，其他自然 和人为干扰因素（地形坡度、切割程度、浮土厚度、工业地电、地下金属管道等）的影 响不能太强烈。,专门水文地质学,4 水文