1、安徽省煤田一隊(duì)地質(zhì)員培訓(xùn)課程,水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探,安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院 劉啟蒙 博士 教授,一、水文地質(zhì)勘探 二、水文地質(zhì)試驗(yàn) 三、水文地質(zhì)勘探成果 四、工程地質(zhì)勘察 五、礦區(qū)水文地質(zhì)勘察工作方法,內(nèi)容提要,第一章 水文地質(zhì)勘探,一、水文地質(zhì)鉆探的重要性和任務(wù) 二、水文地質(zhì)鉆孔的布置原則 三、水文地質(zhì)鉆探的技術(shù)要求 四、水文地質(zhì)鉆探的觀測與編錄,第一節(jié) 水文地質(zhì)鉆探,1、水文地質(zhì)鉆探的重要性 在水文地質(zhì)勘察中，水文地質(zhì)鉆探是最主要的、最可靠的手段，可直接揭露地下水(含水層)，是對水文地質(zhì)測繪、水文地質(zhì)物探的檢驗(yàn)。 一孔多用：兼作取樣、試驗(yàn)、觀測、開采和防治地下水之用 鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工

2、要求嚴(yán)格，工期長、費(fèi)用高。,一、水文地質(zhì)鉆探的重要性和任務(wù),亞洲第一鉆,2002年10月10日上午10時(shí)，亞洲第一鉆，在江蘇省東?？h毛北村工程現(xiàn)場正式開鉆，尋探最接近地球地芯的一點(diǎn)，以便提取地芯材料進(jìn)行地質(zhì)科學(xué)研究。 該工程采用“組合工程鉆探技術(shù)”和“雙孔方案”，即在施工難度極大的5000米深鉆之前，先鉆一個(gè)2000米的先導(dǎo)孔，根據(jù)2000米的實(shí)際探尋結(jié)果，在先導(dǎo)孔的基礎(chǔ)上，鉆出5000米的深井。,“伸入地球內(nèi)部的望遠(yuǎn)鏡”,亞洲第一鉆，世界第三深井,深5118.20米，中國江蘇東海，總投資約1.5億元人民幣,整個(gè)工程項(xiàng)目歷時(shí)為2002.10.10.-2005.3.27。 亞洲第一個(gè)深部地質(zhì)作用

3、長期觀測實(shí)驗(yàn)基地； 亞洲第一個(gè)研究地幔物質(zhì)的標(biāo)本巖芯館和配套實(shí)驗(yàn)室。 世界No1：12262米，前蘇聯(lián)，科拉半島 世界No2：9100米，德國,中國工程院院士許志琴,2、水文地質(zhì)鉆探的任務(wù),研究地質(zhì)、水文地質(zhì)剖面，確定含(隔)水層的層位、厚度、埋藏深度、巖性、分布狀況、空隙性和隔水層的隔水性； 測定各含水層中的地下水位(包括初見水位與穩(wěn)定水位)，各含水層之間及含水層與地表水體之間的水力聯(lián)系； 進(jìn)行水文地質(zhì)試驗(yàn)，測定各含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，為防治礦井水和開發(fā)利用地下水提供依據(jù),進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)觀測，預(yù)測其動(dòng)態(tài)變化趨勢； 采取水樣做水質(zhì)分析，采取巖樣和土樣做巖土的水理性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)； 在可供

4、利用的情況下，可作排水疏干孔、注漿孔、供水開采孔、回灌孔或長期動(dòng)態(tài)觀測孔之用,水文地質(zhì)鉆孔的基本類型,水文地質(zhì)勘探孔：又稱一般水文地質(zhì)孔，主要用于了解礦區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，如地層的巖性、構(gòu)造、含水層數(shù)、厚度、埋深和結(jié)構(gòu)等。 試驗(yàn)孔：主要用于抽水試驗(yàn)，也可用于了解水文地質(zhì)情況。 觀測孔：主要用于指定層段抽水試驗(yàn)時(shí)地下水位觀切和地下水長期動(dòng)態(tài)觀測，同時(shí)了解水文地質(zhì)條件或采取水樣、巖樣。,開采孔：主要用于地下水開采或礦區(qū)地下水水位疏降。 探放水孔：主要用于探明掘進(jìn)巷道前方一定距離內(nèi)的水文地質(zhì)條件，或用于礦井地下水疏降、井下水文地質(zhì)試驗(yàn)等。 試驗(yàn)孔、觀測孔、開采孔和探放水孔統(tǒng)稱專門水文地質(zhì)孔。,水文

5、地質(zhì)鉆孔的基本技術(shù)要求,遵循準(zhǔn)則：,必須貫徹執(zhí)行先水文地質(zhì)測繪與物探，后鉆探施工以及堅(jiān)持“先踏勘、后設(shè)計(jì)”和“先設(shè)計(jì)、后施工”的工作程序。 在施工全過程中，始終貫徹“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、安全”和“質(zhì)量第一”的原則，推廣應(yīng)用鉆探新設(shè)備、新方法、新工藝，提高經(jīng)濟(jì)效益。,反對單純追求進(jìn)尺，反對忽視安全和不注重經(jīng)濟(jì)效益,二、 水文地質(zhì)鉆孔的布置,基本原則 以線為主，點(diǎn)線結(jié)合 以疏為主，疏密結(jié)合 以淺為主，深淺結(jié)合 以探為主，探采結(jié)合 一般任務(wù)與專門任務(wù)相結(jié)合 設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合,用最少的工程量、 最低的成本、 最短的時(shí)間， 獲得質(zhì)量最高、 數(shù)量最多的 水文地質(zhì)資料。,（一）松散沉積區(qū)水文地質(zhì) 勘探鉆孔的布

6、置,1、山間盆地 主要勘探線：應(yīng)沿山前至盆地中心方向布置。 邊緣鉆孔-為了控制盆地的邊界條件，以查明山區(qū)地下水對盆地新生代含水層的補(bǔ)給條件。 內(nèi)部鉆孔-控制主要含水層在水平和垂直方向上的變化規(guī)律。,2、山前傾斜平原地區(qū),主要勘探線應(yīng)平行沖、洪積扇軸 輔助勘探線應(yīng)垂直沖、洪積扇軸,砂礫石帶 粗粒沉積交錯(cuò)過渡帶 粘性細(xì)土帶,3河流平原地區(qū),勘探線垂直于主要的現(xiàn)代（古代）河道方向布置，查明古河道的分布規(guī)律和主要含水層在水平和垂直方向上的變化。,4、濱海平原地區(qū),勘探線應(yīng)垂直海岸線布置，在海灘、砂堤、各級(jí)海成階地上，均應(yīng)布置勘探孔，以查明含水層的巖性、巖相、富水性等變化規(guī)律。,（二）裂隙巖層分布地區(qū),

7、風(fēng)化裂隙水的勘探線：一般沿（平行）河谷至分水嶺的方向，孔深一般小于100m。 層間裂隙水或構(gòu)造富水帶的勘探線：垂直含水水層或含水帶走向的方向，孔深一般100m200m。,（三）巖溶地區(qū),北方巖溶水盆地：主要的勘探線應(yīng)沿區(qū)域巖溶水的補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)的方向布置，以查明不同地段的巖溶發(fā)育規(guī)律。,南方巖溶管道：查明主要的地下暗河位置。,龍橋暗河出口,重慶市奉節(jié)-湖北省恩施市全長50公里，為地球上最長的暗河。,三、 水文地質(zhì)鉆探的技術(shù)要求,鉆孔結(jié)構(gòu) 孔斜要求 隔離止水 沖洗液 鉆探工藝,（一）鉆孔結(jié)構(gòu),鉆孔結(jié)構(gòu) - 是指由開孔至終孔的深度內(nèi)鉆孔孔徑的變化，包括孔徑、孔段和孔深。,鉆孔結(jié)構(gòu)的確定是根據(jù)鉆孔類

8、型、水文地質(zhì)條件、終孔直徑及深度、鉆進(jìn)工藝方法、抽水方法及鉆探設(shè)備等因素綜合確定。,A 井管：包括井壁管、過濾管、沉淀管的直徑、孔段和深度。 B 填礫、止水與固井位置及深度。,鉆孔具體結(jié)構(gòu):,以勘探孔為例,1、孔深 一般應(yīng)切穿含水層，終孔深度主要取決于含水層底板埋藏深度。,層狀含水層,基巖含水層，鉆孔應(yīng)穿透含水層的主要富水段或富水構(gòu)造帶； 巖溶含水層，鉆孔應(yīng)穿透巖溶發(fā)育帶； 根據(jù)鉆探設(shè)備所允許的深度范圍或可能的開采深度確定孔深； 地下水開采孔或長期疏干降壓孔的鉆孔還應(yīng)考慮沉淀管的長度，一般為3m5m。,特殊情況確定孔深：,2、孔徑,孔徑的大小取決于鉆孔的類型、鉆孔的結(jié)構(gòu)、抽水設(shè)備及對鉆孔出水量

9、大小的要求。 孔徑設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：,終孔直徑,主要取決于預(yù)計(jì)鉆孔的出水量、過濾器的尺寸和抽水設(shè)備的類型等。 試驗(yàn)證明，鉆孔涌水量是隨著鉆孔直徑的增加而增加，但增加到一定數(shù)值后，當(dāng)孔徑繼續(xù)增大時(shí)，鉆孔出水量增加的數(shù)量會(huì)逐漸減少，甚至不再增加。,在淺部松散覆蓋層和基巖破碎帶，為保證進(jìn)水、維護(hù)孔壁穩(wěn)定，必須在孔內(nèi)下護(hù)壁井管、過濾器，有時(shí)還要在井管與井壁之間充填濾料。 一般抽水孔直徑應(yīng)比過濾器大l2級(jí)，觀測孔應(yīng)大1級(jí)。 常用井管規(guī)格表,過濾器,安裝在鉆孔中含水層處的帶孔的井管。 作用：保證含水層中的地下水順利地進(jìn)入井管中，同時(shí)防止井壁坍塌及含水層的細(xì)粒物質(zhì)進(jìn)入井中而造成井孔淤塞。 安裝：一般與抽水含水

10、層的厚度相一致。 管徑、孔隙率：取決于出水量要求和含水層性質(zhì)。,過濾器類型,圓孔 縫隙 包網(wǎng) 纏絲,鋼筋骨架 籠狀 筐狀 填礫,抽水設(shè)備,井徑大于抽水設(shè)備的外部尺寸,鉆頭決定井徑尺寸,泵安裝在取水管上,終孔直徑,出水量過濾器抽水設(shè)備鉆孔類型,變徑止水,變徑止水的一般情況？ 需要取得多個(gè)含水層中各分層的水文地質(zhì)參數(shù) 需要隔離水質(zhì)較差的含水層 需要有選擇地疏降或開采某一含水層 需要維護(hù)松散層和巖層破碎帶的孔壁,變徑止水類型：,同徑止水 異徑止水 聯(lián)合止水,同徑止水,適用條件： 淺孔或中深孔 水文地質(zhì)條件較簡單 同徑到底、單層套管,填礫支撐止水,同徑止水,在鉆孔中采用同徑止水和由下而上逐層回填抽水，

11、直至取得各含水層資料為止。 缺點(diǎn)：工序繁期，抽水周期長，在松軟地層中易發(fā)生事故。,A,B,C,異徑止水,適用條件： 深孔 水文地質(zhì)條件復(fù)雜 異徑到底、多層套管,適用條件： 深孔 基巖鉆孔 異徑到底,同、異徑聯(lián)合止水,異徑,同徑,適用條件： 深孔或中深孔 水文地質(zhì)條件復(fù)雜 異徑到底、多層套管,孔深孔徑,同徑止水異徑止水,同徑止水： 優(yōu)點(diǎn)：鉆進(jìn)效率高，省管材 缺點(diǎn)：不易檢查 適用：水文地質(zhì)條件簡單的大口徑勘探孔 異徑止水： 優(yōu)點(diǎn)：止水效果好，便于檢查 缺點(diǎn)：鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆進(jìn)速度慢，材料用量大 適用：含水層研究程度較差的勘探試驗(yàn)孔,開孔直徑,根據(jù)已確定的終孔直徑、變徑次數(shù)和尺寸，自下而上逐級(jí)推定開

12、孔直徑。 滿足： A 最大一級(jí)過濾管和填料厚度的要求； B 淺部松散覆蓋層和基巖破碎帶鉆孔中下入護(hù)壁管的要求。,開孔直徑終孔直徑,（二）孔斜要求,孔斜過大的危害？ 加大設(shè)備的磨損 增加孔內(nèi)事故 影響孔內(nèi)管材和抽水設(shè)備的安裝及正常運(yùn)轉(zhuǎn) 采用深井泵時(shí)，造成立軸和進(jìn)水管折斷,深井泵抽水：孔斜2 壓風(fēng)機(jī)抽水：,（三）隔離止水,止水：在水文地質(zhì)鉆探工作中，為封閉和隔離目的含水層與其它含水層的水力聯(lián)系所做的處理工作。 止水部位：應(yīng)選擇在目的含水層與需隔離的含水層之間的隔水層中，并盡量選擇在隔水性能好、厚度大和孔壁較完整的孔段。,目的含水層,隔離含水層,止水材料,暫時(shí)性止水 海帶 橡膠 牛皮,永久性止水 粘

13、土 水泥 瀝青,暫時(shí)性止水材料,易老化,永久性止水材料,（四）沖洗液,在水文地質(zhì)鉆探中，應(yīng)盡可能地使用清水鉆進(jìn)。 在松散層和強(qiáng)烈破碎帶，使用清水鉆進(jìn)技術(shù)上有困難時(shí)，仍需使用泥漿作沖洗液。,NOTE:泥漿鉆進(jìn)后，要求在抽水試驗(yàn)前進(jìn)行洗孔，以消除泥漿對孔壁周圍巖層水文地質(zhì)性質(zhì)的影響。,沖洗液粘稠度,（五）鉆探工藝,加強(qiáng)型無芯鉆頭,常規(guī)型無芯鉆頭,加長保徑無芯鉆頭,取芯鉆頭,改進(jìn)型無芯鉆頭,對井孔的技術(shù)要求： 適用井孔直徑：150mm-380mm； 泥漿比重小于1.3g/cm； 泥漿粘度小于60s； 含砂量小于0.5%； 井壁泥皮厚度小于5mm； 井斜一般不超過15。,鉆進(jìn)式井壁取芯器,施工工藝比較

14、:,1-小徑取芯鉆進(jìn) 功能：取芯、抽水試驗(yàn) 孔徑：110174mm 優(yōu)點(diǎn): 鉆進(jìn)效率高、成本低 適用：水文地質(zhì)普查鉆孔、基巖地區(qū)鉆探 2-小徑取芯大徑擴(kuò)孔鉆進(jìn) 功能：取心、抽水試驗(yàn)、成井 擴(kuò)孔口徑：250500mm 適用：在水文地質(zhì)勘探中廣泛應(yīng)用,大徑取芯,缺點(diǎn)： 巖芯粗不易卡斷； 鉆具巖芯重量大； 遇到裂隙幾率大,3-大口徑取心鉆進(jìn) 功能：一次成孔(井)、抽水試驗(yàn) 適用：基巖山區(qū)供水水文地質(zhì)勘探 4-大口徑全面鉆進(jìn) 功能：抽水試驗(yàn)孔、勘探開采孔的施工 優(yōu)點(diǎn)：效率高、成本低、口徑大、一次成孔(井) 適用：研究程度較高，掌握變化規(guī)律的松散巖層地區(qū),取芯方法：,1. 卡料卡取法 當(dāng)用硬質(zhì)合金和鋼粒

15、鉆進(jìn)中硬及中硬以上、完整的巖礦層時(shí)，鉆進(jìn)回次終了時(shí)，可從鉆桿內(nèi)向孔底投入卡料（小碎石、鐵絲、鋼粒等）卡緊并扭斷巖心。 2. 卡簧卡取法 卡簧（及提斷器）裝于鉆頭體的內(nèi)錐面上，回次終了時(shí)稍上提鉆具，即可把巖心卡住并拉斷。 3. 干鉆卡取法 在回次終了停止送水，干鉆進(jìn)尺一小段（2030cm），利用未排除的巖粉來擠塞住巖礦心，再通過回轉(zhuǎn)將其扭斷提出。,4. 沉淀卡取法 在回次終了停止沖洗液循環(huán)，利用巖心管內(nèi)懸浮巖粉的沉淀，擠塞卡牢巖礦心。通常沉淀1020min。 5. 楔斷器卡取法 在鉆進(jìn)回次終了將鉆具提出孔外，下入楔斷器，利用吊錘沖擊楔子將巖心楔斷，再下入夾具將巖心提出。適用：大直徑和巖石比較堅(jiān)硬

16、、完整的巖礦層鉆進(jìn)。,鉆機(jī)和泵,鉆機(jī)是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動(dòng)鉆具和鉆頭向地層深部鉆進(jìn)，并通過鉆機(jī)上的升降機(jī)來完成起下鉆具和套管、提取巖心、更換鉆頭等輔助工作。 泵的主要功能則是向孔內(nèi)輸送沖洗液以清洗孔底、冷卻鉆頭和潤滑鉆具。,鉆機(jī)分類：,鉆機(jī)可按用途分類： 巖心鉆機(jī) 石油鉆機(jī) 水文地質(zhì)調(diào)查與水井鉆機(jī) 工程地質(zhì)勘查鉆機(jī) 坑道鉆機(jī) 工程施工鉆機(jī),按鉆進(jìn)方法可把鉆機(jī)分成四類：,沖擊式鉆機(jī)：鋼絲繩沖擊式、鉆桿沖擊式鉆機(jī) 回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)： 立軸式-手把給進(jìn)式、螺旋差動(dòng)給進(jìn)式、液壓給進(jìn)式鉆機(jī) 轉(zhuǎn)盤式-鋼繩加減壓式、液壓缸加減壓式鉆機(jī) 移動(dòng)回轉(zhuǎn)器式-全液壓動(dòng)力頭式、機(jī)械動(dòng)力頭式鉆機(jī) 振動(dòng)鉆機(jī) 復(fù)合式鉆機(jī)：振

17、動(dòng)、沖擊、回轉(zhuǎn)、靜壓等功能以不同組合方式復(fù)合在一起的鉆機(jī),轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)鉆機(jī),-水文地質(zhì)勘探的專用鉆機(jī) 優(yōu)點(diǎn):功率大、效率高、鉆探口徑大，對地層適應(yīng)性較強(qiáng) 適用：在各種水文地質(zhì)勘探中，當(dāng)孔深300m時(shí)，一般都應(yīng)優(yōu)先選用。特別是在基巖地區(qū)進(jìn)行大口徑取心鉆進(jìn)，或在松散地層中進(jìn)行大口徑全面鉆進(jìn)的供水水文地質(zhì)勘探，進(jìn)行探采結(jié)合孔施工，或礦床琉干，打勘探排水孔，選用這種鉆機(jī)效果最好。,巖心回轉(zhuǎn)鉆機(jī),適用：當(dāng)?shù)貐^(qū)研究程度較低，取心率要求較高，或鉆孔深度較大(300m)時(shí)，常選用巖心回轉(zhuǎn)結(jié)機(jī)。用于基巖地區(qū)進(jìn)行小口徑取心鉆進(jìn)或松散巖層區(qū)進(jìn)行小口徑取心，也用于大口徑擴(kuò)孔(250500mm)鉆進(jìn)。,反循環(huán)鉆機(jī),優(yōu)點(diǎn)：

18、口徑大，在松散地層中效率高，不需使用泥漿。 缺點(diǎn)：不能取芯，只能靠排出的巖粉來鑒別地層巖性，且受粗大礫、卵石和較硬地層、地下水埋深大、水源不足以及孔深較淺(100米)等條件限制。 適用：僅限于研究程度較高，深度不大的松軟地層地區(qū)，選用打勘探開采孔或開采孔為宜。,鋼絲繩機(jī)械沖擊鉆,特點(diǎn)：鉆孔結(jié)構(gòu)簡單，鉆進(jìn)效率低，鉆進(jìn)深度有 限(200300m) 適用：卵石層、尤其是在粗大卵礫石層 功能：勘探孔、開采孔,四、 水文地質(zhì)鉆探的觀測與編錄,重要性： 在鉆探過程中，觀測與編錄各種特定的水文地質(zhì)內(nèi)容，是水文地質(zhì)鉆探的基本任務(wù)之一，它直接影響水文地質(zhì)鉆探成果的質(zhì)量。 任務(wù)： 一般水文地質(zhì)孔：在鉆進(jìn)過程中，進(jìn)

19、行簡易水文地質(zhì)觀測 專門水文地質(zhì)孔：進(jìn)行必要的水文地質(zhì)觀測 目的： 以盡可能地多獲取水文地質(zhì)資料，特別是在研究程度較低的地區(qū)，這些資料是評價(jià)礦區(qū)水文地質(zhì)條件，合理布置專門水文地質(zhì)孔及進(jìn)行抽水試驗(yàn)的重要依據(jù)。,觀測與編錄,1巖芯的地質(zhì)描述,巖芯描述的內(nèi)容，基本上和地表露頭上的巖性特征描述相似。 NOTE:鉆探中的巖芯觀察，要求在現(xiàn)場及時(shí)進(jìn)行，否則可能造成巖芯位置錯(cuò)亂，巖石的某些特征團(tuán)風(fēng)化而改變，造成原始記錄錯(cuò)誤或遺漏描述內(nèi)容。,例如：粘土巖、泥巖風(fēng)化干后崩裂、顏色變淺，氣味消失等。,粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核,要求：每次提鉆后，及時(shí)填寫巖芯記錄和巖心標(biāo)簽。,巖芯地質(zhì)描述的重點(diǎn),巖石的透水性 在地表看不到

20、的現(xiàn)象 如未風(fēng)化地層的孔隙、裂隙、巖溶發(fā)育及其充填膠結(jié)情況，地層的厚度、地下水的活動(dòng)痕跡，以及發(fā)現(xiàn)地表未出露的巖層、構(gòu)造等。 鉆進(jìn)造成的假象 分析和判別與自然現(xiàn)象相區(qū)別：如某些基巖層因鉆進(jìn)而造成的破碎擦痕，地層的扭曲、變薄、缺失和錯(cuò)位，松散層的擾動(dòng)、結(jié)構(gòu)的破壞等。,廣西永樂盆地.百色盆地老第三紀(jì)地層,2、測算巖芯采取率,判斷堅(jiān)硬巖石的破碎程度及巖溶發(fā)育程度，進(jìn)而分析巖石的透水性和確定含水層的層位。 巖芯采取率公式可按下式計(jì)算：,Ku巖芯采取率； L0某回次所取巖芯的總長度，m L本回次進(jìn)尺長度，m,3統(tǒng)計(jì)裂隙率及巖溶率,基巖的裂隙率或巖溶率是用來確定巖石裂隙或巖溶發(fā)育程度以及確定含水段位置的可

21、靠標(biāo)志。 線狀裂隙率公式：,y 線裂隙率或線巖溶率 L段內(nèi)平行巖芯軸線上測得的裂隙或巖溶的總寬度，m,用巖芯來測定裂隙或巖溶率是比較困難的，因?yàn)楦缓严端驇r溶水段常為裂隙或巖溶強(qiáng)烈發(fā)育部位，鉆探時(shí)巖芯易破碎，甚至取不到芯，所以難于進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)。,補(bǔ)充：,孔隙率-巖石中孔隙的體積與巖石總體積之比。又細(xì)分為絕對孔隙率和有效孔隙率，前者含全部孔隙，后者僅含相互貫通的孔隙。 裂隙率-裂隙體積與巖石總體積之比。又細(xì)分為體積裂隙率、面積裂隙率、線性裂隙率、裂隙密度、裂隙張開程度等。 巖溶率-巖溶體積與巖石總體積之比。有體積巖溶率、面積巖溶率和線性巖溶率之分。,為了判斷裂隙含水與否，要特別注意裂隙面上地

22、下水活動(dòng)痕跡的觀察。如鐵質(zhì)、泥質(zhì)、鈣質(zhì)充填及薄膜，灰?guī)r裂隙面上的溶坑、溶槽等。,粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核,NOTE：,雜色粘土,含鐵錳質(zhì)結(jié)核,巖芯的描述和測量,4進(jìn)行物探測井 按要求(終孔后)在孔內(nèi)進(jìn)行綜合物探測井，以便準(zhǔn)確劃分含水層(段)，取得有關(guān)參數(shù)。 5取樣分析 按設(shè)計(jì)的層位或深度，從巖芯或鉆孔內(nèi)采取一定規(guī)格(體積或重量)或一定方向的巖樣或上樣，供觀察、鑒定、分析和實(shí)驗(yàn)之用。,在采取試樣過程中應(yīng)該保持試樣的天然結(jié)構(gòu)，如果試樣的天然結(jié)構(gòu)受到破壞，便稱為“擾動(dòng)樣”。,土試樣的擾動(dòng)程度質(zhì)量等級(jí),（二）水文地質(zhì)觀測,1水位觀測 在干鉆情況下,初見水位- 鉆進(jìn)過程中，鉆孔中開始出現(xiàn)的水位； 穩(wěn)定水位-

23、停鉆后連續(xù)進(jìn)行觀測，直至相鄰的三次所測的水位相差不大(一般不超過2cm)，且無系統(tǒng)上升或下降的趨勢。,NOTE：對水文地質(zhì)鉆孔，在未揭露第一個(gè)含水層之前，一般要求干鉆，就是為了確定含水層的水力特征。,水位觀測,根據(jù)觀測的目的和要求，水位觀測分兩種情況： 第一：進(jìn)行簡易觀測，間接地發(fā)現(xiàn)和判斷含水層。 第二：要求取得各主要含水層天然水位資料，進(jìn)行分層觀測。,No1:一般要求鉆進(jìn)中每提鉆后，下鉆前各觀測一次。,No2:分層觀測各含水層天然水位 揭露頂板1-2m 立即停鉆 下管止水 換漿洗孔 觀測水位 Note： 一般情況下準(zhǔn)確的天然水位，是在進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)之前，對鉆孔進(jìn)行強(qiáng)烈清洗之后測得的。,2、

24、水溫觀測,意義：水溫的變化作為判斷新含水層出現(xiàn)的標(biāo)志。 情況：水位突變、大量涌水、巨厚含水層。 內(nèi)容：孔深、溫度、測溫深度、氣溫。 NOTE：測溫時(shí)間的選擇 鉆孔施工破壞了地層中的熱量平衡，要獲得準(zhǔn)確的水溫資料，必須終孔后等待一定時(shí)間，當(dāng)熱平衡恢復(fù)后方可測得真實(shí)水溫。,3沖洗液消耗量的觀測,沖洗液性質(zhì)，在現(xiàn)場主要是指：顏色、稠度、比重、含砂量等的改變，一般能反映孔底情況發(fā)生變化。,揭露砂礫石含水層時(shí)，沖洗液含砂量增加，稠度變?。?揭露紅色地層時(shí)，沖洗液顏色立即變紅等。,沖洗液量：指單位時(shí)間內(nèi)通過孔底和鉆桿與孔壁間環(huán)狀空間上返的沖洗液的體積量。 確定量的標(biāo)準(zhǔn)： 保證有效地排出巖粉和冷卻鉆頭。,式

25、中： Q-沖洗液量，m3/s； -上返速度不均勻系數(shù)，=1.11.3； D-鉆孔直徑或最大套管內(nèi)徑，m； d-鉆桿外徑，m； v-沖洗液上返流速，m/s。,NOTE:,沖洗液的上返流速v必須大于質(zhì)量最大的巖屑在沖洗液中的沉降速度，即： vv0+u (m/s) 式中： v0-沖洗液使巖屑處于懸浮狀態(tài)的臨界速度， 或巖屑在沖洗液中的等速沉降速度，m/s； u-巖屑的上升速度，可取u=(0.10.3)v0， 鉆孔越深，鉆進(jìn)速度越高，u值越大。,沖洗液消耗量的觀測,消耗量的變化：說明巖層透水性的變化，表明鉆孔可能是揭露了透水性很好的透水層、透水通道或含水層。,例如： 強(qiáng)透水但不含水、微弱含水的巖層，沖

26、洗液的大量消耗，在停止輸水后，孔內(nèi)水位將急劇下降，甚至干枯； 水頭較小的含水層，沖洗液大量消耗，停止輸水后孔內(nèi)水位雖有所下降，但降到一定位置就會(huì)穩(wěn)定下來。,含水層水頭壓力小于循環(huán)沖洗液壓力,沖洗液消耗量觀測,單位段t內(nèi)!,4鉆孔涌水現(xiàn)象的觀測,原因：鉆孔揭露了承壓水頭高于地面孔口位置的自流承壓含水層。 措施：立即停鉆，記錄鉆進(jìn)深度，接上套管，測定穩(wěn)定水位和涌水量。,5m,5m,(鉆孔涌水量Q、涌水高度f、孔口管內(nèi)徑d),5鉆具陷落的觀測,在巖溶發(fā)育帶、構(gòu)造破碎帶或老窯分布地段鉆進(jìn)時(shí)，常易出現(xiàn)鉆具陷落現(xiàn)象(掉鉆)，即鉆頭和鉆桿一起失重滑落。 意義：確定含水層的位置和發(fā)現(xiàn)新的含水層，為查明溶洞或巨

27、大裂隙的分布、直徑大小、充填程度等提供可靠的依據(jù)。 觀測內(nèi)容： 掉鉆的層位、起止深度、水位、沖洗液消耗量,6取水樣,取樣時(shí)間：一般在含水層水位穩(wěn)定后。 目的：分析水樣中某種或某幾種成分，找出它們突然發(fā)生變化（時(shí)間）的位置，并結(jié)合其它條件來發(fā)現(xiàn)含水層、確定含水層。,（三）水文地質(zhì)編錄,1、整理巖芯 將鉆進(jìn)時(shí)采取的巖芯進(jìn)行認(rèn)真整理，排放整齊，按順序編號(hào)，并準(zhǔn)確地進(jìn)行測量、描述和記錄?？碧浇Y(jié)束后，重點(diǎn)鉆孔的巖芯要全部長期保留，一般鉆孔則按規(guī)定保留縮樣或標(biāo)本。,巖芯編錄,廣義：指從出芯到入庫，初步建立各種剖面的整個(gè)工作過程； 狹義：指從出芯到巖芯清洗、巖芯塊對接、巖芯長度測量、編號(hào)、素描、巖性單元?jiǎng)澐?/p>

28、、巖性描述、構(gòu)造要素編錄、礦化素描編錄、巖芯表面圖像掃描、巖芯自然測量、巖芯裝箱、照相、數(shù)據(jù)錄入、巖芯入庫的整個(gè)工作過程。,現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室Field Lab,井 場Drilling site,中國大陸科學(xué)鉆探巖心編錄流程 Flow chart of core documentation of CCSD,2、填寫資料記錄表 將鉆探時(shí)取得的各種資料，用準(zhǔn)確、簡潔的文字詳細(xì)地填寫于各種記錄表格。 3、編繪鉆孔綜合成果圖 將核實(shí)后的各種資料，編繪在鉆孔綜合成果圖上。 4、對成果資料進(jìn)行綜合分析研究 1)沖洗液消耗量等值線圖 2)沖洗液消耗量與巖芯采取率隨深度變化曲線圖 3)沖洗液消耗量對比剖面圖,水文地質(zhì)

29、物探是根據(jù)地下巖層在物理性質(zhì)上的差異，借助于專門的物探儀器，通過測量、分析其物理場的分布、變化規(guī)律來進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查的一種勘探手段。 水文地質(zhì)物探具有成本低、速度快、用途廣泛的特點(diǎn)，是當(dāng)前水文地質(zhì)調(diào)查中不可缺少的勘查手段。,第二節(jié)水文地質(zhì)物探,1、水文地質(zhì)物探的基本原理 不同類型或不同含水量的巖石之間存在著物理性質(zhì)上的差異（包括導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，熱容量、溫度、密度、磁性、彈性波傳播速度及放射性等）。因此，我們可以借助各種物探測試儀器，測定出巖石或水體的某些物理特征值的變化，從而分析、推斷出巖性、構(gòu)造和巖層含水性的變化。例如，許多巖漿巖和石灰?guī)r的視電阻率（s）常?？蛇_(dá)n（102103）歐姆米；而泥

30、巖、粘土的視電阻率值只有十到幾十m。,（1）在導(dǎo)電性方面：水是一種良導(dǎo)體，因此巖石的含水量及水本身的礦化度，對巖石的視電阻率值有很大的影響。厚層石灰?guī)r的無水地段的s值常常大于500m，比有水地段高很多。 （2）在磁性方面：不同種類的巖石之間也有較大差別，如許多巖漿巖中的金屬元素含量相對較豐富，磁性較強(qiáng)；多數(shù)沉積巖的磁性均較弱。因此，當(dāng)磁法剖面跨過這兩種巖石時(shí)，便會(huì)有顯著的磁力差異。,（3）在放射性強(qiáng)度和熱輻射強(qiáng)度方面：不同類型的巖石，以及巖石中富水和貧水地段之間，也常有較大的差異。 從下圖所示的熱行為剖面上可清楚地顯示出斷裂富水帶的平均輻射溫度（地面下0.8m）要比斷裂兩側(cè)分冊地帶低711。,

31、2、水文地質(zhì)調(diào)查中使用的物探方法簡介 在水文地質(zhì)調(diào)查中使用的物探方法有兩大類：（1）地面物探方法，（2）地球物理測井。 現(xiàn)將各種物探方法在水文地質(zhì)調(diào)查中的作用，即能解決的水文地質(zhì)問題簡介于下。,（1）電阻率法 原理：巖石的電阻率與巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)、孔隙度、含水量及地下水的礦化程度有關(guān)。通過測量巖石的電阻率值，分析推斷地質(zhì)體的水文地質(zhì)特征，從而解決有關(guān)的地質(zhì)問題。 可用于查明下列水文地質(zhì)問題： （1）確定含水層的分布、厚度及埋深、尋找古河道、古沖洪積扇等； （2）尋找斷裂破碎帶和巖溶發(fā)育帶的分布、位置、圈定富水帶，確定覆蓋層及風(fēng)化層的厚度等； （3）劃分咸淡水界面，尋找淡水透鏡體； （4）估

32、算水文地質(zhì)參數(shù)等。,適用條件： （1）所測含水層的視電阻率與頂?shù)装鍘r石的視電阻率有顯著差別； （2）含水層分布范圍較大； （3）含水層埋藏深度不大，小于100米。,第三章水文地質(zhì)勘探,（2）自然電場法 原理：這種方法是以地下存在的天然電場作為場源。由于天然電場主要是與地下水通過巖石孔隙、裂隙時(shí)的滲透作用及地下水中離子的擴(kuò)散、吸附作用有關(guān)。因此，可根據(jù)在地面測量到的電場變化情況，查明地下水的埋藏、分布和運(yùn)動(dòng)狀況。,可用于： （1）尋找掩埋的古河道、基巖中的含水破碎帶； （2）及確定水庫、河床及堤壩的滲漏通道； （3）測定抽水鉆孔的影響半徑等。 適用條件：一般只適用于地下水埋藏較淺、水力坡度較大和

33、所形成的過濾電位強(qiáng)度較大時(shí)的情況。,（3）激發(fā)極化法 原理：這種方法是根據(jù)供電極斷電后，由電化學(xué)作用引起的巖石和地下水放電電場（即二次場）的衰減特征來尋找地下水。 可用于：主要用于尋找層狀或似層狀分布的各種地下水以及較大的溶洞含水帶，并可確定它們的埋藏深度。 適用條件：不適用于覆蓋層較厚（如大于20m）和工業(yè)游散電流較強(qiáng)的地區(qū)。電源笨重、工作效率較低、成本較高，也是這種方法的不足之處。,（4）交變電磁場法 原理：這種方法是以巖石、礦石（包括水）的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性及介電性的差異為基礎(chǔ)，通過對以上物理場空間和時(shí)間分布特征的研究，達(dá)到查明隱伏地質(zhì)體和地下水的目的。 可用于：目前已在生產(chǎn)中使用的有甚低頻

34、電磁法（利用超長波通訊電臺(tái)發(fā)射的電磁波為場源）、頻率測深法（以改變電磁場頻率來測得不同深度的巖性）、地質(zhì)雷達(dá)法（利用高頻電磁波束在地下電性界面上的反射來達(dá)到探測地質(zhì)對象的目的）等。其中，甚低頻法對確定低阻體（如斷裂帶、巖溶發(fā)育帶和含水裂隙帶）比較有效；而地質(zhì)雷達(dá)則具較高的分辨率（可達(dá)數(shù)厘米），可測出地下目的物的形狀、大小及其空間位置。,處于不同環(huán)境中的水，它們的化學(xué)成分不同，地表水、地下水和礦井老窯水都有自己的水化學(xué)特點(diǎn)。 影響地下水化學(xué)成分的主要因素是： 含水層巖石組分及其地球化學(xué)作用； 地下水補(bǔ)給來源、成分及水交替速度和方式。 因此，煤礦水文地質(zhì)勘探時(shí)，可以利用水化學(xué)標(biāo)志來研究礦井水的形成

35、，即通過采取水樣，進(jìn)行水質(zhì)分析，作為查明地下水補(bǔ)給來源和徑流速度的一種手段。,第三節(jié)水化學(xué)試驗(yàn)勘探,特征元素：某水源獨(dú)有的或是比其它水源同種元素在數(shù)量上有顯著差異的化學(xué)元素，以及不受地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件影響的比較穩(wěn)定的化學(xué)元素。 特征元素常不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，在現(xiàn)場就可以分析檢出。在充分了解煤礦區(qū)主要充水含水層以及地下水、地表水、老窯水的化學(xué)成分及其變化規(guī)律的情況下，找出它們的特征元素，這樣，當(dāng)?shù)V井突水或出現(xiàn)新的出水點(diǎn)后，通過現(xiàn)場取樣化驗(yàn)，對化學(xué)成分分析比較，就能大體上判斷出水點(diǎn)的補(bǔ)給來源。,1、水化學(xué)成分和性質(zhì)與補(bǔ)給、徑流的關(guān)系 煤礦床地下水的化學(xué)成分，反映著地質(zhì)歷史過程中形成的地下

36、水的分帶性，這些地下水分布在不同深度的含水層，以及各種構(gòu)造帶中，它們的化學(xué)性質(zhì)不同，各有特點(diǎn)。 下面簡述部分水化學(xué)成分及性質(zhì)的一些規(guī)律： 1)pH值與重碳酸根離子 煤礦區(qū)各類型水的pH值變化十分明顯，它們清楚地反映出各自所處的環(huán)境，所以pH值是分析礦井水來源的重要指標(biāo)。 （1）在巖溶水分布地區(qū)，pH值一般在7.08.5之間，如果水中含大量二氧化碳，pH值會(huì)有所降低，而碳酸鹽的形成與富集又會(huì)使pH值升高。,（2）礦區(qū)老窯水及廢巷道中的水都是強(qiáng)酸性水，pH值很低，有的甚至小于2.0，它們是含煤地層中的硫化礦物在氧化環(huán)境中被氧化、水解以及地下水溶濾的結(jié)果。 （3）pH值與水中某些離子的含量有密切的關(guān)

37、系，如地下水中pH值小于4.4，水中就不含重碳酸根離子及碳酸離子，更不會(huì)出現(xiàn)氫氧化物。 （4）重碳酸根離子的含量與地下水徑流條件有關(guān)。徑流條件好的地段，重碳酸根的含量低一些，反之，就高一些。在同一含水層中，由于徑流條件的差異，其含量亦會(huì)有較大的變化。 （5）一般當(dāng)水中重碳酸根含量與二氧化碳趨于平衡時(shí)，水中沒有侵蝕性二氧化碳，只有水中增加了二氧化碳后，才促使碳酸鹽溶解。由于二氧化碳在地表水中的含量較低，所以重碳酸根離子的含量亦不高，一般小于200毫克/升。地下水中二氧化碳的含量比地表水中高，故地下水中的重碳酸根離子比地表水中多，甚至高出二倍以上。,2)水的硬度 巖溶水的硬度一般并不高，在1025

38、度之間，而老窯水的硬度比較高，這是因?yàn)榱蛩猁}含量高，它與鈣離子結(jié)合成硫酸鹽為主的永久硬度。 3）鐵、錳離子 鐵、錳離子的存在反映一定的水文地質(zhì)條件 （1）處于還原條件或徑流條件差狀態(tài)的水，常含有一些亞鐵的碳酸鹽、硫酸鹽或有機(jī)性鐵的化合物。高鐵離子主要存在于氧化環(huán)境或徑流條件好的水中，如徑流條件好的潛水。 （2）氧化環(huán)境中，錳易沉淀，因此水中含量很少。在地下水徑流條件較差或埋藏較深的水中，通常就會(huì)出現(xiàn)錳離子，而且常與亞鐵離子伴存。,4）硫酸鹽 地下水中硫酸鹽的含量，取決于補(bǔ)給區(qū)的距離、徑流條件和圍巖性質(zhì)。補(bǔ)給區(qū)遠(yuǎn)、徑流條件差、圍巖富含硫化礦物都有利于硫酸鹽的增高。 5）耗氧量 地下水中耗氧量的大

39、小反映一定的地球化學(xué)環(huán)境和水文地質(zhì)條件，老窯水由于所處的環(huán)境是停滯狀態(tài)的水，一般耗氧量較高，徑流條件好的地區(qū)耗氧量比較低。,6）氣體成分 地下水中含有不同的氣體成分，有大氣來源的（氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、惰性氣體）、生物化學(xué)還原作用形成的（硫化氫、甲烷等）以及變質(zhì)作用形成的，而放射性氣體伴同各種類型氣體出現(xiàn)。 煤礦區(qū)地下水中溶解的氣體，一般以氮?dú)?、氧氣和二氧化碳為主，還有少量的氬氣及極微量的氦氣、具有放射性的氡氣等，礦井水中還可能出現(xiàn)甲烷、硫化氫。這些氣體成分能清楚地反映地下水所處的地球化學(xué)環(huán)境。,（1）生物成因的氮?dú)馐侨毖鯒l件下封閉構(gòu)造的特征；大氣成因的氮?dú)鈩t是表明地下水處于交替強(qiáng)烈的地帶。

40、（2）地下水中氧氣的含量與埋藏深度、補(bǔ)給水源、徑流條件等水文地質(zhì)條件有關(guān)。補(bǔ)給源很遠(yuǎn)、徑流條件差、埋藏較深則含氧量會(huì)減少甚至沒有。與之相反，地下水與地表水聯(lián)系密切，補(bǔ)給源近，徑流條件好，則地下水富氧，甚至與地表水相接近。 （3）地下水中惰性氣體對查明礦井水的來源也很有幫助。如在水交替強(qiáng)烈地段氮和氬的比值很小，在水交替停滯帶，該比值就增大。 （4）氡是一種具有放射性的氣體，地下水中氡含量與巖石的破碎程度有關(guān)。巖石的比表面積越大，則有利于地下水氡含量的增高。而流經(jīng)巖石的水量越大，巖石的裂隙率或巖溶率越高，越不利于水體富集氡。所以，可以利用地下水氡含量的高低來圈定巖溶含水層中集中徑流帶的位置與發(fā)育方

41、向。,2、煤礦區(qū)各類水的水化學(xué)特征 通過對煤礦區(qū)各類水（地表水、地下水和老窯水）的水化學(xué)試驗(yàn)勘探，可以查明各水體間的水力聯(lián)系、地下水水源及徑流條件。 煤礦三類水的水化學(xué)特征簡介如下： （1）地表水 由于地表水受到補(bǔ)給條件的限制，以及在同巖石短暫的接觸中，溶濾量不大，因此，各種離子的含量一般都比較低。這種特征為分析觀測地段地下水和地表水之間是否有水力聯(lián)系提供了資料。,（2）含煤地層中的水 與徑流條件有關(guān)。 徑流條件好和氧化環(huán)境中的地下水 淺部含水層（包括含水層，空隙發(fā)育，透水性好，大氣降水或地表水通過空隙直接補(bǔ)給含水層。這部分水源的特征是：礦化度低，各種離子含量不高，富含大氣中的氣體成分，水中往

42、往含有少量高鐵離子。 徑流條件好的含水層，由于巖性不同，水化學(xué)成分亦有差異。如砂巖中的水，它的硬度、礦化度、鈣、鎂和碳酸鹽含量一般都較低，而灰?guī)r巖溶水中其含量就相對高一些。 巖溶水的氡含量與富水程度成反比。,徑流遲緩和還原環(huán)境中的地下水 分布于封閉構(gòu)造中埋藏較深的地下水，由于補(bǔ)給、徑流條件差，含水層透水性弱，水交替遲緩，大氣降水和地表水補(bǔ)給量有限。補(bǔ)給水源長時(shí)間與周圍介質(zhì)接觸，溶濾其中的可溶鹽類及一些微溶元素，形成水化學(xué)成分比較復(fù)雜的高礦化氯化物類型水。因處于還原環(huán)境，脫硫作用使水中含硫化氫、甲烷。硫酸根離子含量少甚至沒有。,（3）老窯水 由于含煤地層中黃鐵礦等硫化礦物的氧化、水解作用，使水中

43、硫酸鹽含量增高，為強(qiáng)酸性水。 一般硬度較高，不會(huì)出現(xiàn)負(fù)硬度。總硬度中以硫酸鹽永久硬度為主。由于pH值低，為亞鐵離子的存在提供了條件。,在水化學(xué)試驗(yàn)勘探中，特征元素是關(guān)鍵，它為解決一系列水文地質(zhì)問題提供了目標(biāo)。 通過水化學(xué)分析試驗(yàn)，可以系統(tǒng)掌握勘探區(qū)或礦井主要含水層、地表水和老窯水的水化學(xué)特征，這些特征提供了地下水所處的水文地質(zhì)環(huán)境、富水區(qū)或強(qiáng)徑流帶位置的信息，所以，在礦井防治水斗爭中，水化學(xué)試驗(yàn)勘探是一種比較有效的勘探手段。,第二章 水文地質(zhì)試驗(yàn),試驗(yàn)（Test）：按照特定的程序進(jìn)行相關(guān)的測試，以期待得到某種數(shù)據(jù)或某類結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)（Experiment）：利用某種操作來檢驗(yàn)?zāi)撤N理論或某種假設(shè)，

44、是科學(xué)研究常用的手段。 水文地質(zhì)試驗(yàn) 含義：為了測定含水層水文地質(zhì)參數(shù)、評價(jià)含水層富水性，查明地下水運(yùn)動(dòng)條件而在野外（現(xiàn)場）進(jìn)行的各種試驗(yàn)。 重要性： （1）水文地質(zhì)試驗(yàn)是對地下水進(jìn)行定量研究的重要手段，也是水文地質(zhì)調(diào)查工作中不可或缺的方法。,（2）正確地組織水文地質(zhì)試驗(yàn)工作，是取準(zhǔn)取全各項(xiàng)水文地質(zhì)計(jì)算所需資料的重要手段，是認(rèn)識(shí)一個(gè)地區(qū)水文地質(zhì)條件，評價(jià)地下水資源的重要環(huán)節(jié)。 水文地質(zhì)試驗(yàn)方法 常用的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法有：抽水試驗(yàn)、放水試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、連通試驗(yàn)、地下水流速、流向測定等。 其中，水文地質(zhì)調(diào)查工作中應(yīng)用最多的是抽水試驗(yàn)，在礦區(qū)水文地質(zhì)工作中井下放水試驗(yàn)、連通試驗(yàn)也

45、是常用的方法。 本章重點(diǎn)學(xué)習(xí)抽水試驗(yàn)，其它方法簡單了解。,抽水試驗(yàn) 含義：是通過從鉆孔或水井中抽水，來定量、評價(jià)含水層富水性，測定含水層水文地質(zhì)參數(shù)和判斷某些水文地質(zhì)條件的一種野外試驗(yàn)工作。 重要性： 隨著水文地質(zhì)勘查階段由淺入深,抽水試驗(yàn)在各個(gè)勘查階段中都占有重要的比重。 其成果質(zhì)量直接影響著對調(diào)查區(qū)水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)和水文地質(zhì)計(jì)算成果的精確程度。 在整個(gè)勘查費(fèi)用中，抽水試驗(yàn)的費(fèi)用僅次于鉆探工作；有時(shí)，整個(gè)鉆探工程主要是為了抽水試驗(yàn)而進(jìn)行的。,一、目的任務(wù) 1、目的 抽水試驗(yàn)是以地下水井流理論為基礎(chǔ)，通過在實(shí)際井孔中抽水時(shí)，水量和水位變化的觀測來獲取水文地質(zhì)參數(shù)，評價(jià)水文地質(zhì)條件，為預(yù)計(jì)礦坑

46、（井）涌水量和評價(jià)地下水允許開采量等提供依據(jù)。 2、任務(wù) （1）確定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，如滲透系數(shù)K、導(dǎo)水系數(shù)T、儲(chǔ)水系數(shù)s等； （2）確定抽水井的實(shí)際涌水量（Q、q）及其與水位降深（S）之間的關(guān)系； （3）研究降落漏斗的形狀、大小及擴(kuò)展過程；,1 抽水試驗(yàn)的目的、任務(wù)及類型,（4）研究含水層之間及含水層與地表水體之間的水力聯(lián)系； （5）確定含水層的邊界位置及性質(zhì)（補(bǔ)給邊界或隔水邊界）； （6）進(jìn)行含水層疏干或地下水開采的模擬，以確定井間距、開采降深、合理井徑等參數(shù)。 二、抽水試驗(yàn)的類型 由于劃分的原則和角度不同，所以形成的抽水試驗(yàn)類型繁多，且相互交叉。主要有以下幾種： 1、根據(jù)抽水試驗(yàn)井孔

47、的數(shù)量劃分為單孔抽水、多孔抽水和干擾井群抽水試驗(yàn) （1）單孔抽水試驗(yàn) 只有一個(gè)抽水孔，水位觀測也在抽水孔中進(jìn)行，不另外布置專門的觀測孔。,方法簡單、成本較低。但不能直接觀測降落漏斗的擴(kuò)展情況，一般只能取得鉆孔涌水量Q（q），及其與水位降深S的關(guān)系和概略的滲透系數(shù)K。 只用于穩(wěn)定流抽水，在普查和詳查階段應(yīng)用較多。 （2）多孔抽水試驗(yàn) 由一個(gè)主孔抽水，另外專門布置一定數(shù)量的水位觀測孔。 能夠完成抽水試驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)，可測定不同方向的滲透系數(shù)、影響半徑R的大小、降落漏斗的形態(tài)及發(fā)展情況，以及含水層之間及其與地表水之間的水力聯(lián)系等，所取得的成果精度也較高。 但需布置專門的觀測孔，其成本相對較高，多用于精

48、查階段。,（3）干擾井群抽水試驗(yàn) 是指在多個(gè)抽水孔中同時(shí)抽水，另外布置若干觀測孔。 抽水時(shí)，造成降落漏斗相互重疊干擾。這種試驗(yàn)也稱互阻井群抽水試驗(yàn)。 按抽水試驗(yàn)的規(guī)模和任務(wù)，又分為一般干擾井群抽水試驗(yàn)和大型群孔抽水試驗(yàn)。 一般干擾井群抽水試驗(yàn) 為了研究相互干擾井的涌水量與水位降深的關(guān)系； 因?yàn)楹畬訕O富水、單個(gè)抽水孔形成的水位降深不大、降落漏斗范圍太小，而需在較近的距離內(nèi)打幾個(gè)抽水孔，組成一個(gè)孔組同時(shí)抽水； 為了模擬開采或疏干，需在若干井孔內(nèi)同時(shí)抽水，觀測研,究整個(gè)流場的變化。 由于這種試驗(yàn)成本高，所以只在水文地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)的精查階段或開采（疏干）階段使用。 大型群孔抽水試驗(yàn) 近年來在一些巖

49、溶大水礦區(qū)水文地質(zhì)精查階段（或?qū)ｎ}性勘探）中使用的一種方法。 一般由數(shù)個(gè)乃至數(shù)十個(gè)抽水孔組成若干井組，觀測孔很多，分布范圍大，進(jìn)行大流量、大降深、長時(shí)間的大型抽水，形成一個(gè)大的人工流場，以便充分揭露邊界條件和整個(gè)流場的非均質(zhì)狀況。 例如：1980年在邯鄲礦務(wù)局王風(fēng)礦針對奧灰?guī)r溶含水層，進(jìn)行了一次大型群孔抽水試驗(yàn)，包括38個(gè)抽水孔、82個(gè)觀測孔，抽水量達(dá)135200m3d（1.57m3s）。,2、根據(jù)抽水試驗(yàn)所依據(jù)的井流理論，可分為穩(wěn)定流抽水和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) （1）穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 要求抽水時(shí)的流量和水位降深都相對穩(wěn)定，即不隨時(shí)間改變。 用穩(wěn)定流理論和公式來分析計(jì)算，方法比較簡單。但自然界大都是

50、非穩(wěn)定流，只在補(bǔ)給水源充沛且相對穩(wěn)定的地段抽水時(shí)才能形成相對穩(wěn)定的似穩(wěn)定流場，故其應(yīng)用受到一定限制。 （2）非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn) 只要求水位和流量中的一個(gè)穩(wěn)定，另一個(gè)可隨時(shí)間變化。一般要求流量穩(wěn)定，降深變化。 用非穩(wěn)定流理論和公式進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，較穩(wěn)定流抽水更接近實(shí)際，因而具有更廣泛的適用性，能研究的因素（如越流,因素、彈性釋水因素等）和測定的參數(shù)（如給水系數(shù)、導(dǎo)壓系數(shù)、越流系數(shù)等）也更多。 能判定簡單條件下的邊界，并能充分利用整個(gè)抽水過程所提供的全部信息。 其解釋計(jì)算較復(fù)雜，觀測技術(shù)要求較高。 3、根據(jù)抽水井的類型可分為完整井抽水和非完整井抽水試驗(yàn) （1）完整井抽水試驗(yàn) 在完整井（即鉆孔揭穿整個(gè)

51、含水層，過濾器長度等于含水層厚度）中進(jìn)行的抽水試驗(yàn)。 由于完整井的井流理論較完善，故一般應(yīng)盡量用完整井做抽水試驗(yàn)。,（2）非完整井抽水試驗(yàn) 在非完整井（即鉆孔僅揭穿含水層的一部分，過濾器長度小于含水層厚度）中進(jìn)行的抽水試驗(yàn)。 只有當(dāng)含水層厚度很大，又是均質(zhì)層時(shí)，為了節(jié)省費(fèi)用，才進(jìn)行非完整井抽水試驗(yàn)。 4、根據(jù)試驗(yàn)段所包含的含水層情況，可分為分層、分段及混合抽水試驗(yàn) （1）分層抽水試驗(yàn) 指每次只抽一個(gè)含水層，對不同性質(zhì)的含水層（如潛水與承壓水）應(yīng)采用分層抽水。 對參數(shù)、水質(zhì)差異較大的同類含水層，也應(yīng)分層抽水，以分別掌握各層的水文地質(zhì)特征。,（2）分段抽水試驗(yàn) 在透水性各不相同的多層含水層組中，或

52、在不同深度透水性有差異的厚層含水層中，對各層段分別進(jìn)行抽水試驗(yàn)，以了解各段的透水性。 有時(shí)也可只對其中的主要含水段進(jìn)行抽水，如厚層灰?guī)r含水層中的巖溶發(fā)育段，這時(shí)段與段之間應(yīng)止水隔離，止水處應(yīng)位于弱透水的部位。 （3）混合抽水試驗(yàn) 在井中將不同含水層合為一個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行抽水，各層之間不加以止水。它只能反映各層的綜合平均狀況，一般在以下4種情況下采用：含水層富水性弱；各分層的參數(shù)己掌握；,只需了解各層的平均參數(shù)；難于分層抽水時(shí)。 混合抽水試驗(yàn)較簡單，費(fèi)用較低；如需布置觀測孔時(shí)，必須分層設(shè)置。 混合抽水試驗(yàn)資料計(jì)算各分層參數(shù)的方法。 利用逐層回填多次抽水試驗(yàn)資料，計(jì)算各分層滲透系數(shù)的近似值； 利用井中

53、流量計(jì)測定混合抽水時(shí)各分層的流量，以計(jì)算分層參數(shù)。 5、根據(jù)抽水順序可分為正向抽水和反向抽水試驗(yàn) （1）正向抽水試驗(yàn) 抽水時(shí)水位降深由小到大，即先進(jìn)行小降深抽水，后進(jìn)行大,降深抽水。 因其有利于抽水井周圍天然過濾層的形成，多用于松散含水層中。 （2）反向抽水試驗(yàn) 抽水時(shí)水位降深由大到小。 抽水開始時(shí)的大降深有利于對井壁和裂隙的清洗，多用于基巖中。,一、抽水試驗(yàn)鉆孔的布置 主要是主孔與觀測孔的布置，首先要選定抽水孔位置，然后再布置觀測孔。 1、抽水孔的布置 根據(jù)抽水試驗(yàn)的任務(wù)和當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)資料（區(qū)域、物探），選擇能充分反映水文地質(zhì)條件的部位布置抽水孔。 2、觀測孔的布置 （1）觀測孔的平面布置

54、方式 觀測孔的平面布置取決于抽水試驗(yàn)的任務(wù)、精度要求、規(guī)模大小、含水層的性質(zhì)，以及資料整理和參數(shù)的計(jì)算方法等因素。,2 抽水試驗(yàn)的技術(shù)要求,為準(zhǔn)確求參，應(yīng)根據(jù)含水層邊界條件、均質(zhì)程度、地下水的類型、流向及水力坡度等，將觀測孔布置成14條觀測線。 當(dāng)?shù)叵滤ζ露刃?，并為均質(zhì)各向同性含水層時(shí)，可在 垂直地下水流向的方向上布置一排觀測孔。若受場地條件限制難于布孔時(shí)，也可與地下水流向成45 角的方向布置一排觀測孔。 當(dāng)含水層為均質(zhì)各向同性，但水力坡度較大時(shí)，可垂直和平行地下水流向各布置一排觀測孔。 對非均質(zhì)含水層，水力坡度不大時(shí)，應(yīng)布置三排觀測孔，其中兩排垂直流向，一排平行流向。 對非均質(zhì)各向異性含

55、水層，水力坡度較大時(shí)可布置四排觀測孔，其中垂直和平行流向各兩排。,對群孔抽水試驗(yàn)、其觀測孔布置應(yīng)能控制整個(gè)流場并直到邊界，非均質(zhì)的各個(gè)塊段也應(yīng)有觀測孔。 研究斷層的導(dǎo)水性時(shí)，可將觀測孔布置在斷層的兩盤。 為判別含水層之間的水力聯(lián)系時(shí)，則分別在各個(gè)含水層中布置鉆孔。 研究河水與地下水的關(guān)系時(shí)，觀測孔應(yīng)布置在岸邊。 （2）觀測孔的數(shù)量 觀測孔數(shù)量主要取決于抽水的目的要求和參數(shù)計(jì)算方法。 用于描述降落漏斗的抽水試驗(yàn)，每條觀測線上不應(yīng)少于3； 用于求參的抽水試驗(yàn)，若用S1gt曲線求參，每條觀測線上僅布置1個(gè)孔；若用S1gr曲線求參，每條觀測線可布置,13個(gè)孔，但多數(shù)是取3個(gè)。 用于判定水力聯(lián)系及邊界性

56、質(zhì)的抽水試驗(yàn)，觀測孔不應(yīng)少于2個(gè)。 （3）觀測孔的間距 觀測孔的間距應(yīng)近主孔者小，遠(yuǎn)主孔者大，即距抽水孔由近至遠(yuǎn)，觀測孔間距由小到大。 透水性差的含水層中觀測孔的間距較透水性強(qiáng)的小； 潛水含水層較承壓含水層的??； 有垂直補(bǔ)給的較無垂直補(bǔ)給的??； 非穩(wěn)定流抽水較穩(wěn)定流抽水的小。 最近的觀測孔，應(yīng)盡量避開紊流和三維流的影響，距抽水孔,的距離一般不應(yīng)小于含水層厚度的1倍。 最遠(yuǎn)觀測孔應(yīng)能觀測到明顯的水位下降，以控制降落漏斗的擴(kuò)展半徑R，或者其水位下降值不小于10倍的允許觀測誤差。 相鄰兩觀測孔之間的間距，應(yīng)保證其降深差不于小0.1m。 （4）觀測孔的深度和孔徑 孔深 對均質(zhì)完整井抽水，觀測孔的孔深應(yīng)

57、達(dá)到抽水孔的最大降深以下。 對非完整井抽水，觀測孔的深度應(yīng)達(dá)到抽水孔抽水段的中部。 觀測孔沉淀管的長度一般不應(yīng)小于2m。 除含水層很薄外，觀測孔應(yīng)探入試驗(yàn)層510m。,孔徑 觀測孔的孔徑一般不小于55mm。 二、穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的技術(shù)要求 穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，在技術(shù)上對水位降深、穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間和水位流量觀測等方面有要求，以保證抽水試驗(yàn)的質(zhì)量。 1、水位降深 （1）抽水次數(shù) 正式抽水試驗(yàn)一般要求進(jìn)行三次降深，以便確定流量Q與降深S之間的關(guān)系（即Q-S關(guān)系），判斷抽水試驗(yàn)的正確性和推斷涌水量。,（2）降深要求 在進(jìn)行三次降深抽水試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用不同的降深大小。 最大降深Smax Smax的確定主要取決于含水

58、層的特點(diǎn)、抽水試驗(yàn)?zāi)康募俺樗O(shè)備的能力。 潛水含水層：取含水層底板以上水位高度H的1/31/2，即Smax =1/3H1/2H； 承壓含水層，取由靜水位至含水層項(xiàng)板的距離，即應(yīng)盡可能將水位降至含水層頂板。最大降深的確定還應(yīng)考慮抽水試驗(yàn)的目的。 抽水試驗(yàn)用于求參時(shí)，降深值應(yīng)小一些，以避免產(chǎn)生紊流和,三維流，影響參數(shù)的可靠性 ； 為疏干計(jì)算或水資源評價(jià)時(shí)，降深值應(yīng)能保證外推至設(shè)計(jì)要求，并盡量接近正式生產(chǎn)時(shí)的設(shè)計(jì)水位； 為判斷邊界性質(zhì)和水力聯(lián)系時(shí)，要求有足夠的降深以使問題充分暴露。 考慮現(xiàn)有抽水設(shè)備的能力。 其它兩次降深S1 、S2 Smax確定以后，其余兩次降深值可分別取S1 = 1/3Smax

59、， S2 =2/3Smax。降深分布均勻有利于繪制Q-S曲線。 Smax不應(yīng)小于3m，最小降深和兩次降深之差均不得小于1m。,2、穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間 （1）含義 穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間是指滲流場達(dá)到近似穩(wěn)定后的延續(xù)時(shí)間，也簡稱為穩(wěn)定時(shí)間。 （2）決定因素 穩(wěn)定時(shí)間取決于形成穩(wěn)定降落漏斗的時(shí)間。穩(wěn)定降落漏斗形成的快慢取決于地下水類型、含水層參數(shù)、邊界條件及補(bǔ)給條件、抽水降深值等。 潛水、弱滲透層、補(bǔ)給條件差或降深大時(shí)，穩(wěn)定降落漏斗形成會(huì)慢些。 （3）抽水試驗(yàn)中穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間的規(guī)定,不同部門對抽水試驗(yàn)的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間都有一定的規(guī)定，通常，僅為求參的抽水，穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間一般不超過24h；其它目的的抽水，一般為4872h。但不論何種目的的抽水，最遠(yuǎn)觀測孔的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間不得少于2h。 煤炭資源地質(zhì)勘探抽水試驗(yàn)規(guī)程：單孔抽水的穩(wěn)定延續(xù)時(shí)間必須達(dá)8h，最遠(yuǎn)觀測孔為2h。 3、穩(wěn)定水位、水量 礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范中的規(guī)定： （1）水位 當(dāng)水位降深S5m時(shí)，主孔水位變化幅度不超過1； 當(dāng)S5m時(shí)，水位變化值不大于5cm；,當(dāng)用壓風(fēng)機(jī)抽水時(shí)，主