水文地質鉆探與鉆孔抽水試驗

1、水文地質鉆探與鉆孔抽水試驗水文地質鉆探與鉆孔抽水試驗現(xiàn)現(xiàn) 場場 管管 理理 主講人：姚子志目目 錄錄 一、水文地質鉆探二、鉆孔抽水試驗三、自流井的水頭觀測和放水試驗一、水文地質鉆探（一）、目的（二）、水文鉆孔設計書的編制（三）、巖芯水文地質編錄（一）、目 的 查明地表以下的地層巖性、結構構造、不同巖層的含（隔）水性和埋藏條件，利用水文地質鉆孔，進行各種專門水文地質試驗：如抽水試驗、放水試驗、壓水試驗、注水試驗等，通過這些試驗，求得含水層富水性、滲透性等水文地質計算參數(shù)，為計算不同含水層的涌水量提供依據(jù)，繼而評價、開發(fā)利用地下水資源。 此次粵北地區(qū)地下水資源勘查的鉆探孔，最大特點是一孔多用：物探

2、異常驗證、水文地質試驗，留作監(jiān)測長期觀測，作為解決飲水難、地方病區(qū)改水、換水示范井四大作用，可見，抓好水文地質鉆探工作有其獨特的現(xiàn)實意義。 （二）、水文鉆孔設計書的編制鉆孔設計書的質量，直接影響生產鉆孔的質量，作為水文地質技術人員，必須以認真負責的態(tài)度做好該項工作，鉆孔設計書一般要在水文地質測繪和在完成地面物探的基礎上進行，即設計依據(jù)（附表一）。 1、鉆孔施工，沖洗液要求清水鉆進。 2、孔深直徑按鉆孔結構設計要求,100m深孔斜1.5。 3、巖芯采取率要求：土層和完整基巖70%，松散及破碎溶洞40%。 4、鉆進過程中連續(xù)進行簡易水文地質觀測，并按要求填寫觀測結果，記錄鉆進中漏水、掉塊、溶洞、掉

3、鉆深度，遇鉆孔涌水時，應停鉆并測水頭高度，做放水試驗。 5、巖芯按規(guī)定順序擺放整齊，用巖芯牌和隔板隔離，巖芯箱標記孔深和順序編號。 6、抽水試驗前、后、變徑、涌水、遇大溶洞、終孔等須校正孔深。 7、抽水試驗前的洗孔、止水、井管安裝和試驗觀測按各孔地質情況現(xiàn)場設計修正，各項工序按有關規(guī)范、規(guī)程進行施工、試驗。 8、試驗完成后，應在組織有主管領導參加的現(xiàn)場質量驗收手續(xù)后才能搬遷鉆探、試驗設備。 1、鉆機動力設備要求安裝平穩(wěn)、協(xié)調，做到安全生產。 2、按不同地層結構和巖性確定鉆進過程中的轉速、壓力、水量等有關鉆進參數(shù)。 3、考慮到專門水文地質鉆孔口徑大和在復雜地層中鉆進的特殊性，可允許按設計孔深先打

4、小口徑導孔，對地層巖性、溶洞裂隙有一定了解后，由鉆探工程師具體設計不同地層結構的鉆探工藝、技術方法和止水、抽水試驗工作管安裝事宜。 1、本孔設計兩層三次降深抽水試驗，砂礫石含水層擬用深井潛水泵抽水，出水管、測水位管按鉆孔結構示意圖安裝；灰?guī)r含水層用空氣壓縮機抽水，風管及出水管采用同心式安裝（見下圖）。工作管安裝示意圖 2、濾水管 砂礫石含水層下墊筋包網或纏絲過濾器，鋼管孔隙率在20%以上；管周圍填礫，礫料要求用圓礫，礫徑3-6mm，含泥1%。 基巖下普通過濾管，孔隙率在20%以上； 經試抽后，計算風管浸沒比d60%。 測水管和出水管下入深度大于混合器深度5m以上。 a、風管b、混合器c、出水管

5、d、測水位管e、濾水管f、孔壁（二）、水文鉆孔設計書的編制 1、設計書的內容：設計孔深；分層孔深；鉆孔結構和地質柱狀圖；地質巖性、結構構造及主要水文地質特征、溶洞裂隙發(fā)育情況等；水文地質要求；鉆探技術；備注（補充完善鉆孔結構或測、出水管安裝等）。2、鉆孔結構：指設計的鉆孔要打多大口徑，什么孔深需要換徑，不同口徑段的鉆孔，那些孔段需要安裝護壁管（套管或過濾管），抽水試驗使用抽水設備不同時，出水管和測水管如何安裝（同心式或并列式）等，都應表示在鉆孔結構圖上。 根據(jù)設計抽水孔所在地理位置的不同鉆孔結構要求是有區(qū)別的，地質技術人員在確定鉆孔的平面位置后，應根據(jù)實地的地形地貌形態(tài)、地質測繪和物探成果為依

6、據(jù)，設計出科學、合理的鉆孔結構，從粵北地區(qū)地下水賦存的特點出發(fā)，此次勘查中不同類型或不同地質條件下的鉆孔結構，有下面幾種類型： （二）、水文鉆孔設計書的編制A、多孔抽水試驗主孔（抽水孔）和單孔抽水試驗孔。（a）有第四系松散含水層覆蓋的多孔抽水主孔：開孔口徑350mm，下325或273mm護壁管，試驗段（砂礫層位置）下219mm濾水管，管外填礫（填礫厚度一般75100mm）；基巖段口徑170mm，溶洞無充填時，裸孔抽水，溶洞裂隙有充填或半充填時，下普通濾水管（168mm）隔離后再進行抽水試驗。(b)沒有第四系松散層覆蓋的抽水主孔：開孔口徑以能下入219mm護壁管為原則（一般250mm220mm）

7、，基巖段口徑為170mm。B、多孔抽水試驗觀測孔(a)有第四系松散含水層的觀測孔，以220mm開孔，下168mm護壁管，下146mm濾水管（視具體情況是否包網）?；鶐r部分口徑130mm，裸孔或下108mm濾水鋼管。(b)無松散含水層的觀測孔：150mm開孔，146mm管護壁，以下裸孔或下108mm濾水管。 （二）、水文鉆孔設計書的編制C、作自動水位監(jiān)測的長期觀測鉆孔：除了滿足不同性質含水層的抽水試驗要求外，按監(jiān)測井儀器安裝要求，設計井管結構的置安。另外，對于含水層埋深大的埋藏型巖溶鉆孔，根據(jù)物探提供的測深資料來設計鉆孔結構。3、水文地質要求：一般要求以下幾方面的內容鉆孔施工，要求沖洗液為清水鉆

8、進，個別孔段極其破碎需改用泥漿時需征得水文地質工程師的同意?？仔币螅嚎咨?00米，孔斜不超過2，要求每鉆進50m測斜一次。巖心采取率：粘土和完整基巖要求70%（單層60%），松散層及破碎帶要求40%（單層30%）?？咨钚д合铝泄ば虮仨氝M行效正孔深：即測斜、終孔、抽水試驗前后、封孔、遇大溶洞或鉆具自由下落等，效正方法必須以鉆具實際自由下落為準，鋼尺丈量鉆具，抽水試驗后的效正，如發(fā)現(xiàn)埋孔影響到評價含水層的富水性，需撈渣清孔，返工重新進行抽水試驗。（二）、水文鉆孔設計書的編制鉆孔簡易水文觀測：簡易水文觀測是獲得初見水位，發(fā)現(xiàn)含水層，地下水的水力性質，含水層位置和富水性，為下一步專門水文地質提供定

9、性評價必不可少的基礎工作，觀測內容包括鉆進過程中每個回次的進尺孔深，回次提鉆后和下鉆前的水位觀測（前后時間間隔不小于3-5分鐘），沖洗液消耗量（開始鉆進時和停止鉆進后水箱讀數(shù)，水箱中加水數(shù)，計算單位時間耗水量，單位進尺耗水量），鉆進中遇見的掉塊，坍塌孔深、漏水、鉆具自由下落等記錄。鉆進過程如發(fā)現(xiàn)涌水，需停鉆測定水頭高度并進行放水試驗（附表二）。 （二）、水文鉆孔設計書的編制 按規(guī)范要求、水文地質鉆孔，在鉆進過程中應連續(xù)地進行簡易水文地質觀測，并及時做好觀測記錄，凡是地質鉆孔，在普查階段也要求每孔必做，唯有在勘探階段，對鉆孔的地層巖性、結構、構造都基本了解的情況下才不做或少做簡易水文觀測工作，但

10、在現(xiàn)實生產活動中，該工作很容易被忽視，原因是非專業(yè)人員不了解簡易水文觀測工作的重要意義，以為是多次一舉，沒多大必要，經驗告訴我們，簡易水文觀測是發(fā)現(xiàn)含水層，地下水的水力性質，含水層位置和富水性的重要手段，每一個水文地質工作者，和參與粵北水文地質勘查工作的每一個人，都應有所認識和引起足夠的重視。否則，就會給國家資源造成浪費，是一種失職和不負責任的作為。 上述鉆孔簡易水文觀測、巖心采取率、孔斜要求、校正孔深、主要含水體位置記錄和封孔，這六項工作是衡量鉆孔施工質量的六大指標，建議項目部針對鉆探生產的質量管理列入議事日程，以六大指標為基礎，定出標準，作為檢查驗收鉆孔施工質量的依據(jù)。（三）、巖芯水文地質

11、編錄 巖心編錄是專門水文地質工作在鉆探方面的第一手基礎資料，是項目部每一個技術人員都必須關注和重視的工作，工作質量好壞與鉆探生產緊密相關，具體工作內容和操作順序如下： 審查鉆探班報表，按鉆進回次檢查原始記錄，無誤、無錯漏，記錄內容齊全后才能進入第二工序，檢查內容包括回次巖心進尺、巖心長度、巖心和巖心牌擺放順序、巖心牌填寫是否符合要求，巖心箱順序及深度標記等，編錄人員同時現(xiàn)場按回次計算巖心采取率，發(fā)現(xiàn)采心不夠或偏低，當場找機班長、鉆探技術員設法改變生產工藝方法及時補救。 將合要求的班報表記錄，按回次抄搬到巖心編錄專用表格上，按回次記錄描述巖心的地質巖性，記錄順序和內容一般包括：（三）、巖芯水文地

12、質編錄第四系松散地層：土層名稱、顏色、濕度、粘塑性、砂礫成分粒級及百分比含量、分選性、磨園度、松散、粘粒膠結情況，透水、隔水性能等?；鶐r：巖石名稱、顏色、結構構造、礦物組合、巖心形狀、溶蝕破碎、（辨明屬構造破碎還是機械破碎），節(jié)理裂隙發(fā)育情況、斷層及摩擦痕跡、水蝕銹染現(xiàn)象、化石、層理結構面等，其中著重指出的是：有分層、界線、斷層、層理結構面的巖心，要按結構面所在回次巖心的位置逐一度量其在巖心中的具體長度，并依據(jù)巖心采取率來計算分配構造面出現(xiàn)的位置孔深，層理面則要求按常規(guī)以巖心軸（巖心中心線）與層面夾角來表示（度量工作很重要、也很必要，此結構面實際就是地層產狀的層面，用90減去一層面與巖心軸的夾

13、角就是巖層的傾角，傾角是我們計算地層厚度、洞隙孔深，斷層延伸唯一數(shù)據(jù)資料，每個地質人員都要求會操作）。量角器度量操作方法，現(xiàn)場實習。遇到有殘留巖心時，要將巖心撈上來后，修改上回次的采取率或分配鉆孔巖心分層孔深。（三）、巖芯水文地質編錄根據(jù)收集到的巖溶裂隙，構造破碎等特殊現(xiàn)象資料，分析其構造形痕的內在聯(lián)系及富水性、修改完善該孔作抽水試驗時的鉆孔結構及井管安置設計，指導施工生產。現(xiàn)場編制鉆孔巖心柱狀圖、對巖溶或裂隙構造發(fā)育區(qū)段現(xiàn)場測定巖心線巖溶率。終孔后校正孔深，按“六大指標”完成情況驗收鉆孔質量、作出質量評定并移交下一步抽水試驗或觀測孔使用。 二、鉆孔抽水試驗 (一)、試驗目的(二)、抽水試驗的

14、種類和類型劃分(三)、抽水試驗孔的布置(四)、抽水試驗現(xiàn)場技術管理及資料整理工作 (一)、試驗目的 總目的是查明工作區(qū)的水文質條件，為合理利用開發(fā)地下水資源提供依據(jù)。具體說有以下幾點： 1、評價含水層的富水性、推算井孔的最大湧水量和單位湧水量。 2、確定和計算含水層的水文地質參數(shù)，為地下水資源評價，礦坑湧水量預測和礦坑疏干排水提供依據(jù)。 3、了解地下水和地表水（或水系）及不同含水層間的水力聯(lián)系和降落漏斗的形成、擴展、影響半徑、邊界條件等。 (二)、抽水試驗的種類和類型劃分 抽水試驗的類型、種類、名稱很多，有十幾種，是按劃分依據(jù)內容不同來劃分的。（1）抽水鉆孔和觀測孔的數(shù)量：一個抽水主孔，一個到

15、數(shù)個觀測孔組成的叫多孔抽水試驗；兩個以上主孔同時抽水叫“孔群互阻抽水”或群孔抽水試驗；僅在一個試驗孔中抽水，叫“單孔抽水”。（2）以試驗段含水層的多少：各含水層的性質未明確，需單獨抽某個含水層的水叫“分層抽水”；含水層厚度大或各段富水性不同，各段需分開評價的抽水叫“分段抽水”，含水層數(shù)多，已基本了解各層的特征，需按含水層組評價的抽水叫“混合抽水”。（3）按揭露含水層情況區(qū)分：揭露全含水層厚度求參的“叫完整井抽水”，按目的不同或考慮經濟條件，揭露含水層不全的叫“不完整孔（井）抽水。（4）按抽水試驗降深大小順序分：弱含水層、細粒層，試驗時由小降深到大降深（S1S3）抽水稱正向抽水。強透水粗粒層，先

16、大降深再小降深（S3-S1）者稱反向抽水。（5）為專門目的或要求：坑道、采礦突水，考慮疏干方案進行的試驗，叫礦井坑道疏干試驗；大型供水集中開采地段，生產前或正式使用前的抽水叫“開采性抽水試驗”；已開采利用地下水的地區(qū)或灌區(qū)，為驗證開采量或反求水文地質相關參數(shù)，為更合理利用地下水提供資料進行的抽水，叫“生產群井抽水試驗。 (三)、抽水試驗孔的布置主孔布置原則：1、要布置在工作區(qū)對評價本區(qū)水文地質條件最具有代表性富水含水層的出露分布地段（考慮首期使用條件），對供水而言如向斜構造盆地，大斷裂構造帶，松散含水層沉積環(huán)境好的地段，構造交匯處等。觀測孔：要以配合抽水主孔解決水文地質問題來考慮，粵北地區(qū)的觀

17、測孔，設計批準的是總原則，實地布置時，要按不同地形、地貌和含水層出露情況，通盤考慮各種因素，能起到評價地段富水性和水力聯(lián)系，相互關聯(lián)的目的。鉆孔深度：以穿過主要含水層，溶洞裂隙，巖溶發(fā)育下限，穿過主要斷層構造破碎帶，成孔時考慮預留沉渣孔段等作為鉆孔深度的設計依據(jù)。(四)、抽水試驗現(xiàn)場技術管理及現(xiàn)場資料整理工作試驗過程的現(xiàn)場管理，與采用何種設備抽水有較大差異，常用的設備有空氣壓縮機和深井泵，用壓風機抽水時要著重注意壓風機運轉正常與否，風量、壓力是否穩(wěn)定，抽（出）水管、測水管安裝是否合理，混合器下入深度是否符合沉沒比要求、大降深能否達到規(guī)范要求等，都需要水文地質技術人員經常檢查落實，將可能出現(xiàn)的質

18、量問題消滅在萌牙狀態(tài)之中；采用潛水深井泵抽水時則考慮測水位的測水管安裝、流量觀測等現(xiàn)場工作。我們技術人員的現(xiàn)場資料整理主要有以下幾項工作，工作的目的主要是用抽水過程的觀測資料、曲線圖件形態(tài)來了解和檢查試驗情況，及時發(fā)現(xiàn)試驗有無反?，F(xiàn)象，出現(xiàn)異常、反常要及時采取改正措施、不能秋后算帳，為室內整理資料正確評價含水層地下水的特征打好基礎。所做的工作按穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流兩種理論方法的不同有一定差異。 (四)、抽水試驗現(xiàn)場技術管理及現(xiàn)場資料整理工作按穩(wěn)定流抽水試驗時：嚴格按規(guī)范要求，檢查水位，流量觀測穩(wěn)定時間是否符合要求，并現(xiàn)場繪制下面幾種曲線圖。1、繪制流量、降深歷時過程曲線，有觀測孔時同步繪制。2、繪

19、制Q=f（s）關系曲線。3、繪制q=f（s）關系曲線。按非穩(wěn)定流理論的試驗，抽水時出水量要保持常量、觀測水位按規(guī)范要求的時間間格規(guī)定進行，延續(xù)時間按水位下降與時間單對數(shù)關系曲線確定。現(xiàn)場編制曲線有：1、S-t過程曲線。2、水位下降時間對數(shù)過程曲線。3、觀察孔水位下降對數(shù)與主孔距離對數(shù)關系曲線。根據(jù)現(xiàn)場編繪的曲線，要與標準曲線對比檢查，如發(fā)現(xiàn)不同異常形痕應及時處理（附表三）。 穩(wěn)定流 1、在QSt歷時曲線上，起動抽水以后，運轉正常情況下，現(xiàn)場繪制的曲線是平穩(wěn)有序的，如果中間出了故障，動力不變的情況下，有降深突然加大或流量突然變小，而地質人員又不在場的情況下，不按時觀測記錄或記錄了地質人員不及時發(fā)

20、現(xiàn)和糾正，就會貽誤整個試驗。有觀測孔時，歷時曲線應同時繪制。2、Q=f（S）關系曲線在觀測無誤，抽水運轉正常的情況下，三次降深的Q-S關系曲線會出現(xiàn)五種曲線類型。、直線型：通過原點的連線為一直線，是抽水試驗中承壓水的標準曲線，試驗前通過簡易水文觀測已初步確定這層地下水為承壓性質，經三個降深的試驗，與試驗前的認識吻合與否，就需要現(xiàn)場分析和判斷能力來確認抽水試驗的成果質量問題了。、上彎弧型：屬潛水含水層抽水的曲線類型或承壓水受管壁，含過濾器阻力和三維流、紊流影響，形成的曲線。 穩(wěn)定流、急內彎的弧形曲線：出現(xiàn)這種曲線說明含水層水源不足，或過水斷面在抽水試驗過程被阻塞，就需停下來檢查是前者還是后者原因

21、，經過檢查，如探孔、掃孔、洗孔等證明不是鉆孔阻塞，就考慮調小最大降深值，或適當縮小降深幅度，以正確判斷含水層的富水、透水性。、此型曲線出現(xiàn)有兩種可能，當吸水籠頭（或混合器）放置在過濾器進水部位時，表明抽水受三維流、紊流、影響，屬于正?，F(xiàn)象，當吸水籠頭放置在過濾器進水部位以上時，表明抽水試驗有錯誤，應找出原因，返工重新進行試驗。、型曲線表明某一降深值以下S增大而Q不變，屬于設計降深值偏大造成，需作調整。另外，繪制Q=f(S)關系曲線，用二次降深來代替三次降深抽水試驗：經驗法（承壓水、潛水）；用先求曲度值的方法按不同曲度值來計算（詳見室內整理部分）確定。 3、q=f（S）關系曲線。形成、種類型關系

22、曲線，與Q=f(s)關系曲線所反映的情況相同。 非穩(wěn)定流 1、S-t過程曲線：與穩(wěn)定流抽水的區(qū)別是觀測時間采用累計時間，因為采用定流量抽水，以降深符合規(guī)范要求即可停抽測恢復水位，時間函數(shù)采用累計時間。2、水位下降時間對數(shù)過程曲線AB段：積分指數(shù)函數(shù)曲線段，當管壁阻力較大時，還會呈顯AB段的上部虛線所示主曲線，不宜作計算段；BC段：屬無越流及管壁阻力的影響，一般宜作滲透系數(shù)（k），壓力傳導系數(shù)（a）和給水度（）的計算段； CD段：為越流偏離段；DE段：可作為求越流系數(shù)的線段。3、觀測孔水位下降對數(shù)與主孔距離對數(shù)關系曲線當觀測孔較多時，可將某一時間不同觀測孔（至抽水孔距離不同）的降深值和觀測孔至抽水孔的距離繪于雙對數(shù)座標紙上與標準曲線配合，計算水文地質參數(shù)。 三、自流井的水頭觀測和放水試驗 測區(qū)內發(fā)育