水文地质钻探

第三章水文地质钻探

最主要的是水文地质钻探。

§1 水文地质钻探的重要性和基本任务

1．水文地质钻探工作的重要性

水文地质钻探（按国家标准，水文地质钻探称为水文钻探）是直接探明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程，也是对水文地质测绘、水文地质物探成果所作地质结论的检验方法。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。

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，对整个勘查的完成、勘查项目的投资均起决定作用。

2．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、岩性和水头压力；查明含水层之间的水力联系。

（2）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。

（3）通过钻孔（或在钻进过程中）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。

（4）利用钻孔监测地下水动态或将钻孔作为供水井。

§2 水文地质钻孔的结构和钻孔设计

一、水文地质钻孔结构及钻进方法的特点

水文钻孔的结构比一般地质钻孔要复杂得多，这是因为水文钻探的任务不仅是取出岩芯，探明地层剖面，还必须取得许多水文地质数据，或将井孔保留下来，作为供水井或地下水动态观测井长期使用。为了实现上述多种功用，对水文钻孔的结构和钻进方法就必然有多方面的要求。其主要特点是：

（1）钻孔的直径（口径）较大。一般地质勘探孔的主要任务是取岩芯，故口径较小（直径一般小于150mm）。水文钻孔，除取岩芯外，还必须满足抽水试验或作为生产井取水的要求。为保证抽出更多的水量和便于下入水泵，当前水文地质钻孔或水井的直径一般均在300一500mm，最大孔径可达1000mm或更大。

（2）钻孔的结构复杂。水文钻孔，为了分层取得不同深度含水层的水质、水量及动态资料，或为阻止非开采层以外含水层中的劣质地下水进入水井之中，常需对揭露的各个含水层采取分层止水的隔离措施。变径下管止水则是最有效的隔离方法（图3一1）。有时，为减轻随钻进深度增加而加大的钻机荷载或为节省井壁管材，也需变径。

（3）为了保证地下水顺利地进入钻孔（水

井），同时又能阻止含水层中的细颗粒物质进

入钻孔或防止塌孔，在钻孔揭露的含水层段，

常需下入复杂的滤水装置，即过滤器；而对井

壁与井管之间的非含水层段，则需用粘土、水

泥等止水材料进行封堵，以阻止地表污水或开

采含水层以外的劣质地下水沿孔壁和井管之

间的空隙流入开采含水层中。因此，水文钻孔

的结构是较复杂的（图3—l）。

（4）为了防止钻进时所用的泥浆（即冲

洗液）堵塞含水层，影响水井的出水量，对

水文孔钻进时所用的冲洗液质量（密度、稠

度等）有严格要求。一般要求尽量用清水钻

进；在砂砾石含水层钻进时，泥浆粘度要求

在18—25秒之间。在钻进结束后，必须认真

地进行洗井工作。对城市生活和工业用水井，

正常运行时的井水含砂量要求小于百万分之

一；农业灌溉水井，应小于五十万分之一。

（5）为保证水泵顺利下入井中，并长期安全地工作，对水文钻孔，特别是将用于供水的井，对其孔身斜度（孔斜）应有严格要求，一般要求孔身斜度每100m小于1度。

二、水文地质钻孔的设计

在钻探任务确定之后，水文地质技术人员的重要任务之一，便是编制水文钻孔的设计书，它是钻孔施工的依据。钻孔设计书的内容包括：

（l）孔深。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。

（2）开孔、终孔的直径及孔身变径位置。开孔直径，在松散岩层中，一般应大于480mm；在坚硬岩石中，应大于290mm。为简化水井结构，应尽可能采用“一径到底”。当不得不变径时，在松散岩层中的终孔直径不得小于290mm；在坚硬岩石中，不得小于180mm。变径的位置，多在含水层下部的隔水层顶部。

（3）不同口径井管的下置深度及所选用的井管材料。

（4）钻孔中止水段的位置和止水方法。

（5）过滤器的类型和过滤器下置深度。

（6）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。

（7）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，以及对观测和编录方面的技术要求。

设计书应附有设计钻孔的地层岩性剖面、井孔结构剖面和钻孔平面位置图。

§3 钻进过程中的水文地质观测工作

为获得各种水文地质资料，除在终孔后进行物探测井和抽水试验外，核心的工作就是在钻进过程中进行水文地质观测。

在钻进过程中水文地质观测的主要项目：

（1）观测冲洗液的消耗量及其颜色、稠度等特性的变化，记录其增减变化量及位置。

（2）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。

（3）及时描述岩芯，统计岩芯采取率；测量其裂隙率或岩溶率。

（4）测量钻孔的水温变化值及其位置。

（5）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。

（6）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。

（7）按钻孔设计书的要求及时采集水、气、岩、土样品。

（8）在钻进工作结束后，按要求进行综合性的水文地质物探测井工作。

对以上在钻进过程中观测到的水文地质观测数据和重要现象，均要求反映在终孔后编制的水文地质钻孔综合成果图表中，如图3—2示。本图表还包括在该孔中完成的试（实）验、分析等资料。完成各项任务的水文钻孔，应严格按要求封闭之。

§4 水文地质勘探钻孔的布置原则

前已述及，水文地质钻探是一项费用昂贵、技术复杂的工作。因此，水文地质人员在布置水文钻探时，必须持严肃、认真的态度，力求以最小的钻探工作量，取得最多和更好的地质、水文地质成果，就是说钻孔的布置必须有明确的目的性。

1．布置钻孔时要考虑水文钻探的主要任务，应明确是查明区域水文地质条件，还是确定含水层水文地质参数、寻找基岩富水带、评价地下水资源或进行地下水动态观测；主要任务不同，钻孔布置方案必然有所区别。

2．布置钻孔时要考虑“一孔多用”，如既是水文地质勘探孔，又可保留作为地下水动态观测孔；或者既是勘探孔，又可留用为开采井。

3．无论是查明水文地质条件、求取水文地质参数，还是进行地下水动态观测，在确定其钻孔位置时，均应考虑其代表性和控制意义。

4．为分析、认识区域水文地质条件的变化规律，水文地质钻孔应布置成勘探线的形式。

（1）为查明区域水文地质条件布置的钻孔，一般都布置成勘探线的形式。主要勘探线应沿着区域水文地质条件（含水层类型、岩性结构、埋藏条件、富水性、水化学特征等）变化最大的方向布置。

①在山前冲洪积平原地区，主要的勘探线应沿着冲洪积扇的主轴方向布置；而辅助勘探线则垂直于冲洪扇的主轴方向布置；

②在河谷地区和山间盆地，主要勘探线应垂直河谷和山间盆地布置；

③在裂隙岩溶地区，主要勘探线应穿过裂隙岩溶水的补给、径流、排泄区和主要的富水带。

（2）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满足建立正确的水文地质概念模型、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。