水文地质钻探解析课件.ppt
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1、专门水文地质学专门水文地质学主讲教师:刘金辉主讲教师:刘金辉2015年年学位课程学位课程第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点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水文地质钻孔的布置原则 3 水文地质钻孔设计水文地质钻孔设计 4 水文地质钻探过程中的观测与编录水文地质钻探过程中的观测与编录第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点一、水文地质钻探的基本任务一、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、揭露含水层,探明含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水头(位位)
2、,查明含水层之间的水力联系;,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、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;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、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;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。、利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为开采井。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 1、钻孔的孔径大、钻孔的孔径大 地地质质钻钻孔孔主主
3、要要是是获获取取岩岩芯芯,确确定定地地层层剖剖面面,钻钻孔孔口口径径较较小小(一般小于一般小于150mm)。水水文文地地质质钻钻孔孔还还要要满满足足抽抽水水试试验验或或出出水水量量的的要要求求,钻钻孔孔口口径径必必须须要要满满足足安安装装抽抽水水设设备备的的要要求求。当当钻钻孔孔孔孔壁壁不不稳稳定定时时,还还要满足安装护壁管或要满足安装护壁管或过滤器过滤器的要求。的要求。因因此此,水水文文地地质质钻钻孔孔口口径径比比地地质质钻钻孔孔口口径径大大得得多多。目目前前水水文文地地质质钻钻孔孔或或井井的的口口径径一一般般为为300-500 mm,最最大大可可达达1000 mm或更大或更大。第三章第三章
4、 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 2、钻孔结构复杂,类型多样、钻孔结构复杂,类型多样 (1)(1)钻孔结构复杂钻孔结构复杂 1)分分层层止止水水:为为获获得得各各个个含含水水层层的的水水位位、水水质质、水水量量、水水温温及及水水文文地地质质参参数数资资料料,或或为为了了阻阻止止非非开开采采含含水水层层中中劣劣质质地地下水进入水井之中,需要采取下水进入水井之中,需要采取分层止水分层止水的隔离措施。的隔离措施。要要分层止水分层止水就必须就必须变径下管变径下管(图图27)。有时为减少施工困难,降低成本,对
5、非抽水段也要变径。有时为减少施工困难,降低成本,对非抽水段也要变径。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 2、钻孔结构复杂,类型多样、钻孔结构复杂,类型多样 第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 2、钻孔结构复杂,类型多样、钻孔结构复杂,类型多样 (1)(1)钻孔结构复杂钻孔结构复杂 2)下下过过滤滤器器:为为阻阻止止含含水水层层中中的的细细颗颗粒粒物物质质进进入入钻钻孔孔或或防防止塌孔,
6、需下入止塌孔,需下入过滤器过滤器。3)封封睹睹:为为阻阻止止地地表表污污水水或或开开采采含含水水层层以以外外的的劣劣质质地地下下水水沿沿井井壁壁与与井井管管之之间间的的空空隙隙流流入入含含水水层层,必必须须对对井井壁壁与与井井管管之之间间的非含水层要用的非含水层要用水泥或黏土封睹(水泥或黏土封睹(p35,图,图3.1)。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 2、钻孔结构复杂,类型多样、钻孔结构复杂,类型多样 (2)(2)类型多样类型多样 1)勘探孔)勘探孔主要了解地质、水文地质条件;主要了解
7、地质、水文地质条件;2)试验孔)试验孔完成前者任务外,还要进行水文地质试验;完成前者任务外,还要进行水文地质试验;3)观测孔)观测孔主要供水文地质观测和取样;主要供水文地质观测和取样;4)开采孔)开采孔取得水文地质资料,开发地下水资源。取得水文地质资料,开发地下水资源。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 3、对冲洗液有特殊要求、对冲洗液有特殊要求 在在地地质质钻钻孔孔施施工工过过程程中中都都使使用用泥泥浆浆作作为为冲冲洗洗液液,起起到到冷冷却却钻钻头头、冲冲出出岩岩粉粉和和防防止止孔孔壁壁
8、坍坍塌塌的的作作用用,但但泥泥浆浆也也会会堵堵塞塞含含水水层孔隙,影响井层孔隙,影响井(孔孔)出水量。出水量。在在水水文文地地质质钻钻孔孔施施工工时时一一般般不不允允许许使使用用泥泥浆浆作作为为冲冲洗洗液液,而使用而使用清水清水作为冲洗液。作为冲洗液。但但有有时时孔孔壁壁不不太太完完整整情情况况下下必必须须使使用用泥泥浆浆时时,一一定定要要控控制制泥浆的粘度和密度泥浆的粘度和密度。在钻进结束后进行彻底地洗井工作。在钻进结束后进行彻底地洗井工作。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 4、钻探工
9、序复杂、观测项目多、钻探工序复杂、观测项目多 水水文文地地质质钻钻探探除除获获取取岩岩心心外外,还还要要进进行行止止水水、洗洗孔孔和和抽抽水水试试验验等工作,因此钻探工序比较复杂。等工作,因此钻探工序比较复杂。观观测测项项目目多多。除除观观察察描描述述岩岩心心外外,还还要要观观测测孔孔内内水水位位、水水温温、冲洗液消耗量以及进尺快慢冲洗液消耗量以及进尺快慢等。等。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探1水文地质钻探的水文地质钻探的基本基本任务任务及特点及特点二、水文地质钻探的特点二、水文地质钻探的特点 小结小结1、钻孔的孔径大、钻孔的孔径大 2、钻孔结构复杂,类型多样、钻孔结构复杂,类型多样
10、3、对冲洗液有特殊要求、对冲洗液有特殊要求 4、钻探工序复杂、观测项目多、钻探工序复杂、观测项目多 第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探 1水文地质钻探的基本任务及特点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水文地质钻孔的布置原则 3 水文地质钻孔设计水文地质钻孔设计 4 水文地质钻探过程中的观测与编录水文地质钻探过程中的观测与编录第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则 水水文文地地质质钻钻探探是是一一项项成成本本高高、技技术术复复杂杂的的工工作作,在在布布置置水水文文地地质质钻钻探探时时必必须须进进行行详详细细分分析析论论证证,力
11、力求求以以最最少少的的钻钻探探工工作作量量取取得较多的水文地质资料得较多的水文地质资料。一、总原则一、总原则(1)投入最小、信息最大的原则)投入最小、信息最大的原则 (2)重点与宏观控制的原则)重点与宏观控制的原则 (3)当前与未来变化结合的原则)当前与未来变化结合的原则第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则二、一般原则二、一般原则1、布置钻孔时要考虑水文地质钻探的主要任务、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
12、进行地下水动态观测。数、寻找富水带、评价地下水资源或进行地下水动态观测。主要主要任务不同,钻孔布置方案不同。任务不同,钻孔布置方案不同。2、布置钻孔时要考虑、布置钻孔时要考虑“一孔多用一孔多用”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。井。3、布置钻孔时要考虑其代表性和控制意义、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、钻孔应布置成勘探线的形式第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则三、具体原则三、具体原则 1、以查明区域水文地质条件为目的的钻孔布置、以查明区域
13、水文地质条件为目的的钻孔布置 (1)一一般般应应布布置置成成勘勘探探线线的的形形式式,以以便便能能绘绘制制水水文文地地质质剖剖面面,确定含水层的空间分布及水位、水质和富水性的变化规律。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)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。钻孔。(3)勘探线的密度,)勘探线的密度,既要考虑水文地质条件复杂程度,又要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。与调查阶
14、段的要求相适应应。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则三、具体原则三、具体原则 1、以查明区域水文地质条件为目的的钻孔布置、以查明区域水文地质条件为目的的钻孔布置第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则三、具体原则三、具体原则2、以地下水资源评价为目的的钻孔布置、以地下水资源评价为目的的钻孔布置 必须考虑拟采用的必须考虑拟采用的地下水资源评价方法地下水资源评价方法,使勘探孔所提供的,使勘探孔所提供的资料能满足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建立正确的水文地质概念模型、进行含水层水
15、文地质参数分区和控制地下水流场变化特征参数分区和控制地下水流场变化特征的要求。例如:的要求。例如:(1)当水源地主要依靠)当水源地主要依靠地下水的侧向径流补给地下水的侧向径流补给时,主要勘探时,主要勘探线必须沿着流量计算断面布置。线必须沿着流量计算断面布置。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则三、具体原则三、具体原则2、以地下水资源评价为目的的钻孔布置、以地下水资源评价为目的的钻孔布置(2)对于)对于傍河取水水源地傍河取水水源地,为计算河流侧向补给量,必须布置,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平行与垂直河流的勘探线。(3)当采
16、用)当采用数值模拟方法数值模拟方法评价地下水资源时,为正确地进行水评价地下水资源时,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,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。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则三、具体原则三、具体原则 3、以供水为目的的钻孔布置、以供水为目的的钻孔布置钻钻孔孔应应主主要要在在地地下下水水可可能能开开采采地地段段内内,并并尽尽可可能能考考虑虑勘勘探探与与开开采相结合,发挥采相
17、结合,发挥“一孔多用一孔多用”。4、以排水为目的的钻孔布置、以排水为目的的钻孔布置钻钻孔孔应应主主要要围围绕绕基基坑坑,或或采采矿矿地地段段布布置置,并并尽尽可可能能与与排排水水孔孔设设计相结合。计相结合。5、钻孔的密度、钻孔的密度一一般般来来说说,水水文文地地质质条条件件比比较较复复杂杂,钻钻孔孔可可密密些些,水水文文地地质质条条件简单,钻孔可疏些,但不要平均使用工作量。件简单,钻孔可疏些,但不要平均使用工作量。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则三、具体原则三、具体原则 6、钻孔的代表性、钻孔的代表性 无无论论是是查查明明水水文文地地质质条条
18、件件、求求取取水水文文地地质质参参数数,还还是是地地下下水水动态,在确定其钻孔位置时,要考虑其代表性和控制意义动态,在确定其钻孔位置时,要考虑其代表性和控制意义由由于于水水文文地地质质条条件件的的多多变变性性,勘勘探探目目的的的的多多样样性性,还还没没有有固固定定的的模模式式可可供供使使用用,一一定定要要在在充充分分分分析析水水文文地地质质条条件件的的基基础础上上,按照勘探任务和评价方法的需要布置钻孔按照勘探任务和评价方法的需要布置钻孔。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则水文地质钻孔的布置原则三、具体原则三、具体原则小结小结1、以查明区域水文地质条件为目的的钻孔布置
19、、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、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、以供水为目的的钻孔布置4、以排水为目的的钻孔布置、以排水为目的的钻孔布置5 5、钻孔的钻孔的密度密度 6、钻孔的代表性、钻孔的代表性第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则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四、不同水文地质条件地区的布置原则1 1、松散沉积区、松散沉积区 (1 1)盆地)盆地 盆地的盆地的主要勘探线主要勘探线,应沿山前至盆地中心方向布置。,应沿山前至盆地中心方向布置。盆盆地地边边缘缘钻钻孔孔,控控制
20、制盆盆地地的的边边界界条条件件,以以查查明明山山区区地地下下水水对盆地含水层的补给条件。对盆地含水层的补给条件。盆盆地地内内部部钻钻孔孔,控控制制主主要要含含水水层层在在水水平平和和垂垂直直方方向向上上的的变变化规律。化规律。区区域域地地下下水水的的排排泄泄区区,应应布布置置一一定定量量的的钻钻孔孔,查查明明其其排排泄泄条件。条件。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则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四、不同水文地质条件地区的布置原则1 1、松散沉积区、松散沉积区(2 2)山间河谷、冲积阶地地区山间河谷、冲积阶地地区 垂垂直直地地下下水水流流向向
21、或或地地貌貌单单元元布布置置;傍傍河河或或在在河河床床下下取取渗渗透透水水时时,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。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 3)冲洪积扇地区冲洪积扇地区 先先沿沿扇扇轴轴布布置置勘勘探探线线,选选择择富富水水地地段段,再再在在富富水水地地段段布布置置垂垂直直扇轴(或垂直地下水流向)的勘探线。扇轴(或垂直地下水流向)的勘探线。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则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四、不同水文地质条件地区的布置原则1 1、松散沉积区、松散沉积区(4 4)河流平原地区)河
22、流平原地区 勘勘探探线线应应垂垂直直于于主主要要的的现现代代河河流流方方向向布布置置,以以查查明明古古河河道道的的分分布布规规律律和和主主要要含含水水层层在在水水平平和和垂垂直直方方向向上上的的变变化化,布布置置网网状状勘勘探线探线来查明含水层的分布规律。来查明含水层的分布规律。(5)滨海平原地区)滨海平原地区 先先垂垂直直海海岸岸线线布布置置,查查明明咸咸水水与与淡淡水水的的分分界界面面,然然后后在在分分界界面面上上游游选选择择一一定定距距离离(按按咸咸水水不不能能入入侵侵到到拟拟建建水水源源地地考考虑虑),垂垂直地下水流向布置甚探线。直地下水流向布置甚探线。第三章第三章 水文地质钻探水文地
23、质钻探2水文地质钻孔的布置原则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四、不同水文地质条件地区的布置原则1 1、松散沉积区、松散沉积区(6)黄土地区)黄土地区 垂垂直直和和沿沿河河谷谷、黄黄土土洼洼地地布布置置,平平行行(或或垂垂直直)黄黄土土塬塬的的长长轴轴布置布置.(7)沙漠地区)沙漠地区 垂垂直直和和沿沿河河流流、古古河河道道和和潜潜蚀蚀洼洼地地布布置置,或或垂垂直直沙沙丘丘覆覆盖盖的的冲积、潮积含水层中的冲积、潮积含水层中的地下水流向地下水流向布置布置。第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则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
24、四、不同水文地质条件地区的布置原则 2 2、基岩区、基岩区(1)碎屑岩地区)碎屑岩地区 布置在下列富水地段:布置在下列富水地段:厚层砂岩、砾岩分布区的厚层砂岩、砾岩分布区的断裂破碎带断裂破碎带;褶皱轴迹褶皱轴迹方向剧变的外侧方向剧变的外侧;岩层倾角岩层倾角由陡变缓的偏缓地段由陡变缓的偏缓地段;背斜轴部及倾没端背斜轴部及倾没端等构造变动显著的地段;等构造变动显著的地段;第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则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四、不同水文地质条件地区的布置原则 2 2、基岩区、基岩区(1)碎屑岩地区)碎屑岩地区布置在下列富水地段:布置在
25、下列富水地段:产状近于水平岩层的产状近于水平岩层的裂隙密集带和共轭裂隙的密集部位裂隙密集带和共轭裂隙的密集部位;碎屑岩与火成岩岩脉或侵入体的碎屑岩与火成岩岩脉或侵入体的接触带接触带附近;附近;地下水的集中排泄带地下水的集中排泄带第三章第三章 水文地质钻探水文地质钻探2水文地质钻孔的布置原则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四、不同水文地质条件地区的布置原则 2 2、基岩区、基岩区(2 2)可溶岩地区可溶岩地区 除除按按碎碎屑屑地地区区规规定定布布置置外外,还还应应在在可可溶溶岩岩与与其其它它岩岩层层(包包括括非可溶岩和弱可溶岩)非可溶岩和弱可溶岩)的接触带的接触带;裂裂隙
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