水文地質鉆探

1、3 水文地質鉆探水文地質鉆探 一、水文地質鉆探的任務及特點一、水文地質鉆探的任務及特點1、水文地質鉆探的任務水文地質鉆探的任務n探明地層剖面及含水層巖性、厚度、埋藏深度和地下水探明地層剖面及含水層巖性、厚度、埋藏深度和地下水水位水位n采取巖土樣和水樣，確定含水層的水質及測定巖土水理采取巖土樣和水樣，確定含水層的水質及測定巖土水理性質性質n進行水文地質試驗，確定含水層的富水性及水文地質參進行水文地質試驗，確定含水層的富水性及水文地質參數(shù)數(shù)n施工開采井或觀測孔施工開采井或觀測孔一、水文地質鉆探的任務及特點一、水文地質鉆探的任務及特點2、水文地質鉆探的特點、水文地質鉆探的特點n鉆孔孔徑大鉆孔孔徑大n

2、鉆孔結構復雜鉆孔結構復雜n對沖洗液要求嚴格對沖洗液要求嚴格n鉆探工序多，施工周期長鉆探工序多，施工周期長n觀測項目多觀測項目多n單孔投資大單孔投資大1、以線為主，點線結合、以線為主，點線結合n山間河谷山間河谷 例：例：n山前沖洪積扇山前沖洪積扇 n沖積平原沖積平原 n巖溶谷地巖溶谷地二、水文地質鉆孔布置原則二、水文地質鉆孔布置原則 (1)山間河谷水文地質鉆孔布置山間河谷水文地質鉆孔布置2、查明條件與定量評價結合、查明條件與定量評價結合n解析法解析法n數(shù)值法數(shù)值法3、一般任務與專門任務結合、一般任務與專門任務結合n鉆孔點位鉆孔點位n鉆孔結構鉆孔結構二、水文地質鉆孔布置原則二、水文地質鉆孔布置原則

3、(2)4、設計與施工結合、設計與施工結合 總結：各地水文地質條件千變萬化，勘探總結：各地水文地質條件千變萬化，勘探目的任務也不相同，沒有固定的模式可到處使目的任務也不相同，沒有固定的模式可到處使用，要依據(jù)實際水文地質條件和勘探目的，以用，要依據(jù)實際水文地質條件和勘探目的，以地下水系統(tǒng)為單元，靈活運用上述的鉆孔布置地下水系統(tǒng)為單元，靈活運用上述的鉆孔布置原則，爭取做到每孔目的明確布置有據(jù)、一孔原則，爭取做到每孔目的明確布置有據(jù)、一孔多用。多用。二、水文地質鉆孔布置原則二、水文地質鉆孔布置原則(3) 1、孔深：、孔深： 一般要求揭露或打穿主要含水層一般要求揭露或打穿主要含水層n供水勘探孔：打穿主要

4、取水層位供水勘探孔：打穿主要取水層位n礦坑排水勘探孔：打穿主要充水巖層礦坑排水勘探孔：打穿主要充水巖層n基坑排水勘探孔：打穿主要含水層基坑排水勘探孔：打穿主要含水層n長觀孔：打入觀測目的層，保證長期觀測長觀孔：打入觀測目的層，保證長期觀測 2、勘探孔結構及孔徑、勘探孔結構及孔徑n鉆孔結構鉆孔結構 圖：圖：n孔徑：孔徑： 先確定終孔孔徑，根據(jù)變徑次數(shù)推算開孔先確定終孔孔徑，根據(jù)變徑次數(shù)推算開孔孔徑，再根據(jù)抽水設備和過濾器校核孔徑。孔徑，再根據(jù)抽水設備和過濾器校核孔徑。 三、水文地質鉆孔設計三、水文地質鉆孔設計(1)鉆孔結構鉆孔結構 3、過濾器、過濾器n過濾器的作用過濾器的作用n濾水管的類型濾水管

5、的類型 圖：圖：骨架濾水管骨架濾水管纏線濾水管纏線濾水管包網濾水管包網濾水管填礫濾水管填礫濾水管包礫濾水管包礫濾水管 4、孔斜孔斜 一般要求孔深一般要求孔深100m時，孔斜時，孔斜1，以后，以后每增加每增加100m，孔斜，孔斜3三、水文地質鉆孔設計三、水文地質鉆孔設計(2)濾濾 水水 管管 類類 型型 5、鉆進方法及技術要求、鉆進方法及技術要求n鉆進方法鉆進方法 基巖：回轉鉆進基巖：回轉鉆進 松散巖層：回轉鉆進或沖擊鉆進松散巖層：回轉鉆進或沖擊鉆進n技術要求技術要求u 沖洗液：清水或稀泥漿沖洗液：清水或稀泥漿u 取芯：取芯： 松松 散散 層：層： 巖心采取率巖心采取率80 基基 巖：巖： 巖心

6、采取率巖心采取率70%，無巖心長度，無巖心長度2m 巖心采取率巖心采取率(K)： 巖心長度巖心長度(l)與進尺長度與進尺長度(L)之比。之比。 即：即：%100LlK三、水文地質鉆孔設計三、水文地質鉆孔設計(3)（一）觀測工作（一）觀測工作1、巖心觀測、巖心觀測n巖性描述巖性描述n裂隙觀測裂隙觀測裂隙率裂隙率 n巖溶觀測巖溶觀測巖溶率巖溶率%100LbYi%100VvY%100LbYk四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作(1)q計算巖心采取率：計算巖心采取率：回回 次次12345進尺進尺(m)2.003.002.503.002.50巖心長巖心長(m)1.801.50

7、3.502.902.50采取率采取率(%)四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作(2)2、沖洗液觀測、沖洗液觀測n顏色和含砂量的觀測顏色和含砂量的觀測n消耗量的觀測消耗量的觀測3、孔內水位的觀測、孔內水位的觀測 起鉆后和下鉆前測水位起鉆后和下鉆前測水位4、孔內異?，F(xiàn)象觀測孔內異常現(xiàn)象觀測n進尺變快進尺變快n異常響聲異常響聲n鉆具陷落鉆具陷落剩加原消）（QQQQ四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作(3)思考題思考題1、水文地質鉆孔應如何布置？以山前傾斜平原為例。、水文地質鉆孔應如何布置？以山前傾斜平原為例。2、水文地質鉆探過程中應如何觀測水位

8、？利用水位、水文地質鉆探過程中應如何觀測水位？利用水位可以分析哪些水文地質問題？可以分析哪些水文地質問題？（二）編錄工作（二）編錄工作 指水文地質鉆探的觀測、記錄、整理及編制鉆探指水文地質鉆探的觀測、記錄、整理及編制鉆探成果的全部工作。成果的全部工作。 表：水文地質鉆探綜合成果表（參看課本）表：水文地質鉆探綜合成果表（參看課本）四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作四、水文地質鉆探的觀測與編錄工作(4) q井流試驗井流試驗 抽水試驗抽水試驗 注水試驗注水試驗 壓水試驗壓水試驗 溢水試驗溢水試驗q滲水試驗滲水試驗q示蹤試驗示蹤試驗q連通試驗連通試驗 4 水文地質試驗水文地質試驗1、抽水試驗任務、抽水試

9、驗任務n確定含水層的富水程度和評價井（孔）出確定含水層的富水程度和評價井（孔）出 水能力水能力n確定含水層的水文地質參數(shù)確定含水層的水文地質參數(shù)n確定降落漏斗的形狀及影響范圍確定降落漏斗的形狀及影響范圍圖：圖：n查明含水層之間以及與地表水之間的水力聯(lián)系查明含水層之間以及與地表水之間的水力聯(lián)系n查明含水系統(tǒng)邊界的性質及簡單邊界的位置查明含水系統(tǒng)邊界的性質及簡單邊界的位置 圖：圖：2、抽水試驗類型抽水試驗類型 表：表：一、抽水試驗的任務及類型一、抽水試驗的任務及類型降落漏斗形狀降落漏斗形狀返回含水系統(tǒng)邊界含水系統(tǒng)邊界返回返回抽水試驗類型抽水試驗類型 1、抽水孔布置抽水孔布置p滿足勘探目的要求滿足勘

10、探目的要求 各個含水層都要有抽水試驗孔各個含水層都要有抽水試驗孔 同一含水層的不同滲透性地段要有抽水試驗孔同一含水層的不同滲透性地段要有抽水試驗孔 主要評價地段抽水試驗孔應多些主要評價地段抽水試驗孔應多些 邊界附近要有抽水試驗孔邊界附近要有抽水試驗孔p滿足水文地質參數(shù)計算的需要滿足水文地質參數(shù)計算的需要 能用映射法處理能用映射法處理 避開承壓避開承壓無壓流轉折帶無壓流轉折帶注意：原則上所有勘探孔都要進行抽水試驗注意：原則上所有勘探孔都要進行抽水試驗二、抽水孔和觀測孔的布置二、抽水孔和觀測孔的布置(1)2、觀測孔布置、觀測孔布置（1）觀測孔布局）觀測孔布局n消除消除“井損井損”、“水躍值水躍值”

11、影響，井旁布一個觀測孔影響，井旁布一個觀測孔n試驗層不均一時，布成觀測線的形式試驗層不均一時，布成觀測線的形式圖：圖：（2）觀測孔數(shù)量）觀測孔數(shù)量n穩(wěn)定流抽水試驗穩(wěn)定流抽水試驗非穩(wěn)定流抽水試驗非穩(wěn)定流抽水試驗 曲線，曲線，1個觀測孔個觀測孔 曲線，曲線，3個個觀測孔觀測孔注意：為了能綜合利用資料，一般每條觀測線上布置注意：為了能綜合利用資料，一般每條觀測線上布置3個觀測孔。個觀測孔。wrRMSQkln2tslgrslg二、抽水孔和觀測孔的布置二、抽水孔和觀測孔的布置(2)觀測孔線形布置觀測孔線形布置返回(3) 觀測孔孔距觀測孔孔距n求降落漏斗形狀，由密變疏求降落漏斗形狀，由密變疏n含水層滲透性

12、，好的疏些，差的密些含水層滲透性，好的疏些，差的密些n 計算，在對線軸上分布均勻計算，在對線軸上分布均勻注意：注意：n最近的觀測孔應在紊流區(qū)和三維流區(qū)以外最近的觀測孔應在紊流區(qū)和三維流區(qū)以外n最遠的觀測孔水位要有明顯的下降最遠的觀測孔水位要有明顯的下降（4）觀測孔的深度）觀測孔的深度n觀測孔水位要能反映被測巖層的水力性質觀測孔水位要能反映被測巖層的水力性質n保證試驗過程中能測到水位保證試驗過程中能測到水位rslg二、抽水孔和觀測孔的布置二、抽水孔和觀測孔的布置(3) 1、有關概念、有關概念n靜止水位：抽水前的天然水位靜止水位：抽水前的天然水位n動水位：抽水過程中的水位動水位：抽水過程中的水位n

13、穩(wěn)定水位：抽水過程中保持不再變化的水位穩(wěn)定水位：抽水過程中保持不再變化的水位n降深：非穩(wěn)定流抽水試驗指靜止水位與動水位之降深：非穩(wěn)定流抽水試驗指靜止水位與動水位之差；穩(wěn)定流抽水試驗指靜止水位與穩(wěn)定水位之差差；穩(wěn)定流抽水試驗指靜止水位與穩(wěn)定水位之差三、抽水試驗技術要求三、抽水試驗技術要求(1) 2、穩(wěn)定流抽水試驗穩(wěn)定流抽水試驗（1）降深的確定）降深的確定 降深次數(shù)降深次數(shù) 求水文地質參數(shù)，一次降深求水文地質參數(shù)，一次降深 驗證水文地質參數(shù)，二次降深驗證水文地質參數(shù)，二次降深 推求井孔最大涌水量推求井孔最大涌水量 圖：圖： 總結：為了最有效利用資料，一般要求進行總結：為了最有效利用資料，一般要求進

14、行 三次降深，每次降深又叫一個三次降深，每次降深又叫一個“落程落程”)(sfQ三、抽水試驗技術要求三、抽水試驗技術要求(2)(sfQ QQ3Q2Q1S1S2S3S返回三、抽水試驗技術要求三、抽水試驗技術要求(3)n最大降深（最大降深（Smax）確定）確定 含水層性質含水層性質 潛水井潛水井 Smax 承壓井承壓井 Smax不能超過隔水頂板不能超過隔水頂板n試驗目的試驗目的 求水文地質參數(shù)求水文地質參數(shù) Smax但必須保證揭露含水層性質但必須保證揭露含水層性質 模擬開采模擬開采 Smax應盡可能接近設計降深，最小也應應盡可能接近設計降深，最小也應3mn三次降深間距三次降深間距 若若S1 = Sm

15、ax , S2 = , S3= M)2131(Smax )2131(Smax 31（2）穩(wěn)定延續(xù)時間）穩(wěn)定延續(xù)時間q穩(wěn)定標準：定流量抽水，水位變幅穩(wěn)定標準：定流量抽水，水位變幅1%Sq試驗目的試驗目的 農田抽水農田抽水 816小時小時 廠礦和城鎮(zhèn)供水廠礦和城鎮(zhèn)供水 1624小時小時q含水層性質含水層性質 卵礫石、粗砂卵礫石、粗砂 8小時小時 中細砂中細砂 16小時小時 基巖基巖 24小時小時q有觀測孔時，應按觀測孔水位為準有觀測孔時，應按觀測孔水位為準三、抽水試驗技術要求三、抽水試驗技術要求(4)（1）降深確定）降深確定 同穩(wěn)定流抽水試驗同穩(wěn)定流抽水試驗（2）抽水延續(xù)時間）抽水延續(xù)時間q求水文

16、地質參數(shù)求水文地質參數(shù) 用用 曲線：出現(xiàn)直線段，約曲線：出現(xiàn)直線段，約17小時小時 用用 曲線：曲線形態(tài)要完整曲線：曲線形態(tài)要完整q查明邊界條件查明邊界條件 曲線要出現(xiàn)第二個曲線要出現(xiàn)第二個直線段直線段q有觀測孔時，要以觀測孔曲線為準有觀測孔時，要以觀測孔曲線為準q模擬開采抽水試驗，數(shù)日、數(shù)十日、甚至整模擬開采抽水試驗，數(shù)日、數(shù)十日、甚至整個旱季個旱季tslgtslglg tslg3、非穩(wěn)定流抽水試驗、非穩(wěn)定流抽水試驗三、抽水試驗技術要求三、抽水試驗技術要求(5)（3）抽水流量確定）抽水流量確定q求水文地質參數(shù)求水文地質參數(shù) 一般抽水流量沒有專門要求，只要能保證降深要求就行一般抽水流量沒有專門

17、要求，只要能保證降深要求就行u根據(jù)洗井流量確定根據(jù)洗井流量確定u根據(jù)巖層透水性確定根據(jù)巖層透水性確定 粉細砂粉細砂 3040 m3/h 中粗砂中粗砂 5060m3/h 礫砂礫砂 70100m3/hq模擬開采抽水試驗模擬開采抽水試驗 根據(jù)需水量或單井（孔）取水量確定根據(jù)需水量或單井（孔）取水量確定三、抽水試驗技術要求三、抽水試驗技術要求(6)（3）抽水流量確定）抽水流量確定 總結：抽水流量、降深、延續(xù)（穩(wěn)定）時間總結：抽水流量、降深、延續(xù)（穩(wěn)定）時間是計算水文地質參數(shù)和評價井（孔）出水能力是計算水文地質參數(shù)和評價井（孔）出水能力的主要資料。要根據(jù)試驗目的、試驗層透水性的主要資料。要根據(jù)試驗目的、

18、試驗層透水性能及有關井流理論和規(guī)范進行設計，并在試驗能及有關井流理論和規(guī)范進行設計，并在試驗過程中及時進行調整和完善過程中及時進行調整和完善三、抽水試驗技術要求三、抽水試驗技術要求(7) 1、水位觀測、水位觀測q天然水位觀測天然水位觀測q動水位觀測動水位觀測非穩(wěn)定流：非穩(wěn)定流：1、2、3、4、6、8、10、15、20、30、40、50、60、80、100、120分鐘，以后每分鐘，以后每30分鐘測一次分鐘測一次穩(wěn)定流：穩(wěn)定流：5、10、15、20、30、40、60、80、100、120分鐘，分鐘，以后每以后每30分鐘測一次分鐘測一次q恢復水位觀測恢復水位觀測 同非穩(wěn)定流觀測時間同非穩(wěn)定流觀測時間

19、四、抽水過程中的觀測工作四、抽水過程中的觀測工作(1) 2、流量觀測、流量觀測 與水位觀測時間一致與水位觀測時間一致3、水溫觀測、水溫觀測 一般一般24小時觀測一次，小時觀測一次， 同時觀測氣溫同時觀測氣溫4、地表水觀測、地表水觀測u水塘：標尺水塘：標尺u渠道：上下游剖面測流量渠道：上下游剖面測流量四、抽水過程中的觀測工作四、抽水過程中的觀測工作(2)5、取水樣取水樣 按試驗目的安排取樣按試驗目的安排取樣6、抽水過程中的異常情況處理抽水過程中的異常情況處理q因故停抽因故停抽q水量愈抽愈大或水位不斷回升水量愈抽愈大或水位不斷回升u 有否地表水補給有否地表水補給u 是否有巖溶通道存在是否有巖溶通道

20、存在u 排水是否合理排水是否合理q水渾水渾u 是否水量增大是否水量增大u 水渾程度水渾程度四、抽水過程中的觀測工作四、抽水過程中的觀測工作(3)1、穩(wěn)定流抽水試驗穩(wěn)定流抽水試驗p現(xiàn)場資料整理現(xiàn)場資料整理 繪制水位、流量歷時曲線繪制水位、流量歷時曲線 圖：圖： 繪制繪制Q=f(s)曲線曲線 圖：圖：p室內資料整理室內資料整理 繪制抽水試驗成果表和圖繪制抽水試驗成果表和圖 見課本水文地質鉆見課本水文地質鉆 孔綜合成果圖表孔綜合成果圖表五、抽水試驗資料整理五、抽水試驗資料整理(1)2、非穩(wěn)定流抽水試驗、非穩(wěn)定流抽水試驗n現(xiàn)場資料整理現(xiàn)場資料整理 繪制繪制s-lgt曲線圖曲線圖 圖：圖：n室內資料整理

21、室內資料整理 繪制抽水試驗成果表和圖繪制抽水試驗成果表和圖 見水文地質鉆孔綜合成果圖表見水文地質鉆孔綜合成果圖表五、抽水試驗資料整理五、抽水試驗資料整理(2)水位流量歷時曲線水位流量歷時曲線返回Q S 曲曲 線線返回S lgt 曲曲 線線返回 總結：總結： 抽水試驗是通過從鉆孔（井）中抽水，來定量抽水試驗是通過從鉆孔（井）中抽水，來定量評價含水層富水程度，測定含水層水文地質參數(shù)以評價含水層富水程度，測定含水層水文地質參數(shù)以及判斷某些水文地質條件。野外試驗工作是水文地及判斷某些水文地質條件。野外試驗工作是水文地質調查工作中最基本和最常用的試驗方法。要根據(jù)質調查工作中最基本和最常用的試驗方法。要根

22、據(jù)試驗目的，試驗層透水性能及有關井流理論和規(guī)范試驗目的，試驗層透水性能及有關井流理論和規(guī)范進行設計和組織實施。要在現(xiàn)場繪制有關曲線，及進行設計和組織實施。要在現(xiàn)場繪制有關曲線，及時檢查試驗進展情況，保證試驗資料的完整性和可時檢查試驗進展情況，保證試驗資料的完整性和可靠性?？啃?。 （一）（一）滲水試驗滲水試驗 1、試驗目的：測定包氣帶巖層滲透性、試驗目的：測定包氣帶巖層滲透性 2、試驗方法、試驗方法n試驗裝置試驗裝置 圖：圖：n參數(shù)計算參數(shù)計算試驗改進試驗改進 雙環(huán)法滲水試驗裝置圖雙環(huán)法滲水試驗裝置圖KIWQ IWQK 1LLZIVWQK六、其他試驗方法六、其他試驗方法 (1)滲水試驗裝置滲水試

23、驗裝置返回雙環(huán)法滲水試驗裝置雙環(huán)法滲水試驗裝置返回 （二）示蹤試驗（二）示蹤試驗 1、試驗目的：、試驗目的： 測定地下水流向、流速和水質彌測定地下水流向、流速和水質彌 散系數(shù)散系數(shù) 2、試驗方法：、試驗方法： 向鉆孔中投放示劑，示劑在水動力作用下逐漸擴展，向鉆孔中投放示劑，示劑在水動力作用下逐漸擴展，測定示劑的運移蹤跡或孔內示劑稀釋速度，就可求得地下水測定示劑的運移蹤跡或孔內示劑稀釋速度，就可求得地下水流向、流速和水質彌散系數(shù)。流向、流速和水質彌散系數(shù)。q多孔示蹤試驗多孔示蹤試驗 試驗布置圖試驗布置圖 六、其他試驗方法六、其他試驗方法 (2)（二）示蹤試驗（二）示蹤試驗q單孔示蹤試驗單孔示蹤試驗 將示劑投入到孔中預定深度，攪拌均勻，然后將探測器放將示劑投入到孔中預定深度，攪拌均勻，然后將探測器放入探測深度測量水柱的濃度變化，應用稀釋原則確定滲透流速。入探測深度測量水柱的濃度變