03水文地质勘探教程.ppt
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1、地下水资源管理地下水资源管理多媒体电子教案第三章第三章 水文地质勘探水文地质勘探第三章第三章 水文地质钻勘探水文地质钻勘探 基基 本本 内内 容容3.3.水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则1.1.水文地质钻探的基本任务水文地质钻探的基本任务2.2.水文地质钻探的技术要求水文地质钻探的技术要求4.4.水文地质物探水文地质物探2023/2/283-1 3-1 水文钻探的基本任务水文钻探的基本任务 水文地质钻探是水文地质钻探是直接探明直接探明地下水的一种最重要、最地下水的一种最重要、最可靠的勘探手段,是进行各种水文地质试验的必备工作,可靠的勘探手段,是进行各种水文地质试验的必备工作,也是对
2、水文地质测绘、水文地质物探成果所作地质结论也是对水文地质测绘、水文地质物探成果所作地质结论的的检验检验。随着水文地质调查阶段的深入,水文地质钻探。随着水文地质调查阶段的深入,水文地质钻探工作量在整个勘查工作中占有越来越重要的地位。工作量在整个勘查工作中占有越来越重要的地位。水文地质钻探,由于其设备复杂沉重、成本昂贵,水文地质钻探,由于其设备复杂沉重、成本昂贵,施工技术复杂且工期长,对整个勘探的完成、勘查项目施工技术复杂且工期长,对整个勘探的完成、勘查项目的投资均起决定作用。的投资均起决定作用。2023/2/28 (1)(1)揭露含水层,探明含水层的埋藏深度、厚度、岩性和水揭露含水层,探明含水层
3、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。头压力;查明含水层之间的水力联系。(2(2)借助钻孔进行各种水文地质试验,以确定含水层富水)借助钻孔进行各种水文地质试验,以确定含水层富水性和各种水文地质参数。性和各种水文地质参数。(3)(3)通过钻孔通过钻孔(或在钴进过程中或在钴进过程中)采集水样、岩土样,以确定采集水样、岩土样,以确定含水层的水质、水温和测定岩土的物理力学和水理性质。含水层的水质、水温和测定岩土的物理力学和水理性质。(4)(4)利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。基本任务基本任务2023/2/28 1.1.工作程序:
4、工作程序:先水文地质测绘与物探,后钻探施工;先水文地质测绘与物探,后钻探施工;“先先踏勘、后设计踏勘、后设计”;“先设计、后施工先设计、后施工”,即必须在水文地质,即必须在水文地质测绘和物探工作的基础上布置水文地质钻孔,以及坚持没有地测绘和物探工作的基础上布置水文地质钻孔,以及坚持没有地质、施工设计,不准施工开钻的原则。质、施工设计,不准施工开钻的原则。2.2.对于探采结合钻孔,应本着对于探采结合钻孔,应本着“以探为主,探采结合以探为主,探采结合”的的原则进行,即应满足原则进行,即应满足“探探”为主,在获取准确可靠的水文地质为主,在获取准确可靠的水文地质资料的同时结合成井。资料的同时结合成井。
5、3.3.水井钻探工程应在有充分水文地质资料的地区进行,水井钻探工程应在有充分水文地质资料的地区进行,并在钻探过程中采取必要措施收集和论证水文地质资料,严格并在钻探过程中采取必要措施收集和论证水文地质资料,严格按照成井工艺规程要求成井按照成井工艺规程要求成井 工作准则工作准则2023/2/283-2 3-2 水文钻探的技术要求水文钻探的技术要求一、钻孔类型一、钻孔类型地质孔水文地质孔探采结合孔观测孔 通常只在小、中比例尺的区域水文地质普查中布置,一般要通过钻探取心进行地层描述和进行简易水文地质观测,但不进行抽水试验。在各种比例尺的水文地质普查与勘探中布置,一般要进行单孔稳定流抽水试验,必要时要进
6、行多(群)孔非稳定流抽水试验,以获取不同要求的水文地质参数,评价与计算地下水资源。在各种比例尺的水文地质普查与勘探中均会遇到。有抽水试验观测孔和长期观测孔(简称长观孔)两种,通常只在大、中比例尺的水文地质勘探中布置。2023/2/283-2 3-2 水文钻探的技术要求水文钻探的技术要求二、钻孔结构和钻孔设计二、钻孔结构和钻孔设计井壁管过滤管沉淀管RETURN2023/2/28 1)1)钻孔的直径钻孔的直径(口径口径)较大,直径一般为较大,直径一般为300300500mm500mm。2 2)钻孔结构复杂。)钻孔结构复杂。3 3)有复杂的滤水装置和止水封填措施。)有复杂的滤水装置和止水封填措施。4
7、)4)冲洗液质量要求严格。清水钻井,洗井。冲洗液质量要求严格。清水钻井,洗井。5)5)孔斜要求高,孔斜要求高,11。水文钻孔特点水文钻孔特点2023/2/28 1 1)孔深孔深。水文钻孔的深度,应根据钻探任务来确定,一。水文钻孔的深度,应根据钻探任务来确定,一般要求达到揭露或打穿主要含水层。般要求达到揭露或打穿主要含水层。2 2)开孔、终孔的直径及孔身变径位置开孔、终孔的直径及孔身变径位置。开孔直径,在松。开孔直径,在松散岩层中,一般应大于散岩层中,一般应大于480mm480mm;在坚硬岩石中,应大于;在坚硬岩石中,应大于290mm290mm。为简化水井结构,应尽可能采用为简化水井结构,应尽可
8、能采用“一径到底一径到底”。当不得不变径。当不得不变径时,在松散岩层中的终孔直径不得小于时,在松散岩层中的终孔直径不得小于290mm290mm;在坚硬岩石中,;在坚硬岩石中,不得小于不得小于l80mml80mm,变径的位置变径的位置,多在含水层下部的隔水层顶部。,多在含水层下部的隔水层顶部。3 3)不同口径井管的下置深度,所选用的)不同口径井管的下置深度,所选用的井管材料井管材料。水文钻孔设计水文钻孔设计钻孔设计书钻孔设计书2023/2/28 4 4)钻孔)钻孔中止水段的位置和止水方法中止水段的位置和止水方法。5 5)过滤器的类型和过滤器下置深度。过滤器的类型和过滤器下置深度。6 6)对水井中
9、的非开采含水层段,提出井壁与井管之间隙)对水井中的非开采含水层段,提出井壁与井管之间隙的回填封堵段的位置、使用材料及要求。的回填封堵段的位置、使用材料及要求。7 7)钻进方法及技术要求,包括对冲洗液质量、岩芯采取)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。方面的技术要求。水文钻孔设计水文钻孔设计地层岩性剖面地层岩性剖面井孔结构剖面井孔结构剖面钻孔平面位置图钻孔平面位置图2023/2/283-2 3-2 水文钻探的技术要求水文钻探的技术要求三、钻井过程中的水文地质观测三
10、、钻井过程中的水文地质观测 1.1.钻井过程中水文地质观测工作的主要目的钻井过程中水文地质观测工作的主要目的 1 1)及时发现孔底地层岩石的变化,进行观测以弥补岩芯采)及时发现孔底地层岩石的变化,进行观测以弥补岩芯采取率的不足。取率的不足。2 2)及时发现钻孔是否揭露了某个含水层)及时发现钻孔是否揭露了某个含水层(带带)。3 3)帮助确定含水层)帮助确定含水层(带带)的埋藏深度、厚度及其富水性。的埋藏深度、厚度及其富水性。4 4)分别取得不同含水层的水头,水温和水化学成分的资料。)分别取得不同含水层的水头,水温和水化学成分的资料。5)5)为最终确定水井的成井结构提供所需地质依据。为最终确定水井
11、的成井结构提供所需地质依据。2023/2/28 1 1)观测冲洗夜的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化,记)观测冲洗夜的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化,记录其曾减变化量及位置。录其曾减变化量及位置。2 2)钻孔中水位的变化。当发现含水层时,要测定初见水位)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和天然稳定水位 3 3)及时描述岩芯。统计岩芯采取率,测量其裂隙率或岩溶)及时描述岩芯。统计岩芯采取率,测量其裂隙率或岩溶率。率。4 4)测量钻孔的水温变化值及其位置。)测量钻孔的水温变化值及其位置。主要观测项目主要观测项目2023/2/28 5 5)观测和记录钻孔的涌水、涌砂、涌
12、气现象、及其起止深)观测和记录钻孔的涌水、涌砂、涌气现象、及其起止深度及数量。度及数量。6 6)观测和记录钻进速度,孔底压力及钻具突然下落(掉钻)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。,孔壁坍塌、缩径等现象和其深度。7 7)按钻孔设计书的要求及时采集水、气、岩、土样品。)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,接要求进行综合性的水文地质物探)在钻进工作结束后,接要求进行综合性的水文地质物探测井工作。测井工作。主要观测项目主要观测项目2023/2/283-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则一般原则一
13、般原则1.1.钻孔的布置要考虑钻探的任务钻孔的布置要考虑钻探的任务4.4.区域水文地质钻探,钻孔应布置成勘探线。区域水文地质钻探,钻孔应布置成勘探线。3.3.钻孔布置要考虑其代表性和控制意义钻孔布置要考虑其代表性和控制意义2.2.钻孔的布置要考虑钻孔的布置要考虑“一孔多用一孔多用”。2023/2/283-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则区域水文地质勘探区域水文地质勘探 为查明区域水文地质条件为查明区域水文地质条件布置的钻孔,一般都布置成勘布置的钻孔,一般都布置成勘探线的形式。主要勘探线应沿探线的形式。主要勘探线应沿着着区域水文地质条件区域水文地质条件变化最大变化最大的方
14、向布置。对区内每个主要的方向布置。对区内每个主要含水层的补给、径流、排泄和含水层的补给、径流、排泄和水量、水质不同的地段均应有水量、水质不同的地段均应有勘探钻孔控制。勘探钻孔控制。含水层类型含水层类型岩性结构岩性结构埋藏条件埋藏条件富水性富水性水化学特征水化学特征2023/2/283-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则松散层地区勘探线布置2023/2/283-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则松散层区勘探孔线距离2023/2/283-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则基岩地区勘探孔布置2023/2/283-3 3-3 水文勘探钻
15、孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则地下水资源评价地下水资源评价 主要为地下水资源评价布置的勘探孔,其布置方案必须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能满足建立正确的水丈地质概念模型、进行含水层水文地质能满足建立正确的水丈地质概念模型、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。参数分区和控制地下水流场变化特征的要求。如采用数值法评价地下水资源时,勘探孔的布置应满足如采用数值法评价地下水资源时,勘探孔的布置应满足查明水文地质边界条件和水文地质参数分区的要求查明水文地质
16、边界条件和水文地质参数分区的要求,一般呈一般呈网状形式布置。网状形式布置。2023/2/283-3 3-3 水文勘探钻孔的布置原则水文勘探钻孔的布置原则供水勘察供水勘察 以供水为勘查目的的勘探孔,按总原则布置钻孔时,应以供水为勘查目的的勘探孔,按总原则布置钻孔时,应考虑勘探一开采结合,钻孔一般应布置在含水层考虑勘探一开采结合,钻孔一般应布置在含水层(带带)富水性富水性最好、成井把握性最大的地段。最好、成井把握性最大的地段。2023/2/283-4 3-4 水文地质物探水文地质物探|地球物理勘探简称地球物理勘探简称“物探物探”,即用物理的原理研究地质构,即用物理的原理研究地质构造和解决资源勘探中
17、问题的方法。造和解决资源勘探中问题的方法。|它是以各种岩石和矿产资源的密度、磁性、电性、弹性、它是以各种岩石和矿产资源的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础,用不同的物理方法和放射性等物理性质的差异为研究基础,用不同的物理方法和物探仪器,探测天然的或人工的地球物理场的变化,通过分物探仪器,探测天然的或人工的地球物理场的变化,通过分析、研究所获得的物探资料,析、研究所获得的物探资料,推断推断、解释解释地质构造和矿产分地质构造和矿产分布情况。布情况。|目前主要的物探方法有:重力勘探、磁法勘探、电法勘探、目前主要的物探方法有:重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探等。
18、依据地震勘探、放射性勘探等。依据工作空间的不同工作空间的不同,又可分为:,又可分为:地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。2023/2/283-4 3-4 水文地质物探水文地质物探 物探方法成本低、速度快、用途广泛,是当前水文地质物探方法成本低、速度快、用途广泛,是当前水文地质调查中非常重要的勘探手段。调查中非常重要的勘探手段。物探方法之所以能够探明某些地质、水文地质条件,主物探方法之所以能够探明某些地质、水文地质条件,主要是因为不同类型或不同含水量的岩石,或不同矿化程度的要是因为不同类型或不同含水量的岩石,或不同矿化程度的水体之间存在着物性上水体
19、之间存在着物性上(包括导电性、导热性、热容量、温度、包括导电性、导热性、热容量、温度、密度、磁性、弹性波传播速度及放射性等密度、磁性、弹性波传播速度及放射性等)的差异。因此,我的差异。因此,我们可以借助各种物探测试仪器,测定出某一方向、某一深度们可以借助各种物探测试仪器,测定出某一方向、某一深度或某一范围内岩石或水体的某些物理特征值的变化,从而分或某一范围内岩石或水体的某些物理特征值的变化,从而分析、推断出某一方向和某一深度或范围内的岩性、构造和岩析、推断出某一方向和某一深度或范围内的岩性、构造和岩层含水性能的变化。层含水性能的变化。2023/2/283-4 3-4 水文地质物探水文地质物探花
20、岗岩,灰岩的视电阻率花岗岩,灰岩的视电阻率():n(10n(102 2-10-103 3)m泥岩、粘土的视电阻率值只有泥岩、粘土的视电阻率值只有十到几十欧姆十到几十欧姆米。米。2023/2/283-4 3-4 水文地质物探水文地质物探n 水是一种良导体,因此岩石的含水量及水本身的矿化度,水是一种良导体,因此岩石的含水量及水本身的矿化度,对岩石的视电阻率值有很大的影响。对岩石的视电阻率值有很大的影响。n 厚层石灰岩的厚层石灰岩的无水无水地段的地段的值常常大于值常常大于500500m,比有水比有水地段高很多地段高很多。n 但是,有些岩层也有相反的情况,如长春地区可溶盐含量但是,有些岩层也有相反的情
21、况,如长春地区可溶盐含量较高的下白垩统陆相碎屑岩较高的下白垩统陆相碎屑岩(泥岩、砂质泥岩,粉砂岩泥岩、砂质泥岩,粉砂岩),其,其视电阻率的视电阻率的本底值却较低本底值却较低(一般在一般在10-2010-20m之间之间),而,而含水含水地段地段岩石的视电阻率反而岩石的视电阻率反而较高较高,一般,一般值在值在2020或或l0l0m以上。以上。2023/2/283-4 3-4 水文地质物探水文地质物探 在磁性方面,不同种类的岩石之间也有较大差别,如许在磁性方面,不同种类的岩石之间也有较大差别,如许多岩浆岩中的金属元素含量相对较丰富,磁性较强;多数沉多岩浆岩中的金属元素含量相对较丰富,磁性较强;多数沉
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