水文地质勘探教程课件.ppt

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1、地下水资源管理多媒体电子教案,第三章 水文地质勘探,第三章 水文地质钻勘探,3.水文勘探钻孔的布置原则,1.水文地质钻探的基本任务,2.水文地质钻探的技术要求,4.水文地质物探,2023/1/25,3-1 水文钻探的基本任务,水文地质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作，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。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，对整个勘探的完成、勘查项目的投资均起决定作用。,2023/1/25,(1)

2、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(或在钴进过程中)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。,基本任务,2023/1/25,1.工作程序：先水文地质测绘与物探，后钻探施工；“先踏勘、后设计”；“先设计、后施工”，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，以及坚持没有地质、施工设计，不准施工开钻的原则。2.对于探采结合钻孔，应本着“以探为主，探采结合”的原则进行，即应

3、满足“探”为主，在获取准确可靠的水文地质资料的同时结合成井。3.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，严格按照成井工艺规程要求成井,工作准则,2023/1/25,3-2 水文钻探的技术要求,一、钻孔类型,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

4、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。,2023/1/25,3-2 水文钻探的技术要求,二、钻孔结构和钻孔设计,RETURN,2023/1/25,1)钻孔的直径(口径)较大，直径一般为300500mm。2）钻孔结构复杂。3）有复杂的滤水装置和止水封填措施。4)冲洗液质量要求严格。清水钻井，洗井。5)孔斜要求高，1。,水文钻孔特点,2023/1/25,1）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

5、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l80mm，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，所选用的井管材料。,水文钻孔设计,钻孔设计书,2023/1/25,4）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。,水文钻孔设计,2023/1/25,过滤器设计,抽水孔过滤器的类型

6、，根据不同含水层的性质，可下表采用。抽水试验的观测孔，宜采用包网过滤器。,抽水过滤器类型选择,2023/1/25,3-2 水文钻探的技术要求,三、钻井过程中的水文地质观测,1.钻井过程中水文地质观测工作的主要目的 1）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。2）及时发现钻孔是否揭露了某个含水层(带)。3）帮助确定含水层(带)的埋藏深度、厚度及其富水性。4）分别取得不同含水层的水头，水温和水化学成分的资料。5)为最终确定水井的成井结构提供所需地质依据。,2023/1/25,1）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。2）钻孔中水位的变化。当发现含

7、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。,主要观测项目,2023/1/25,5）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，接要求进行综合性的水文地质物探测井工作。,主要观测项目,2023/1/25,3-3 水文勘探钻孔的布置原则,一般原则,1.钻孔的布置要考虑钻探的任务,4.区域水文地质钻探，钻孔应布置成勘探线。,3.钻孔布置要考虑其代

8、表性和控制意义,2.钻孔的布置要考虑“一孔多用”。,2023/1/25,3-3 水文勘探钻孔的布置原则,区域水文地质勘探,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变化最大的方向布置。对区内每个主要含水层的补给、径流、排泄和水量、水质不同的地段均应有勘探钻孔控制。,含水层类型岩性结构埋藏条件富水性水化学特征,2023/1/25,3-3 水文勘探钻孔的布置原则,松散层地区勘探线布置,2023/1/25,3-3 水文勘探钻孔的布置原则,松散层区勘探孔线距离,2023/1/25,3-3 水文勘探钻孔的布置原则,基岩地区勘探孔布置,2023/1/25,

9、3-3 水文勘探钻孔的布置原则,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查明水文地质边界条件和水文地质参数分区的要求,一般呈网状形式布置。,2023/1/25,3-3 水文勘探钻孔的布置原则,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，应考虑勘探一开采结合，钻孔一般应布置在含水层(带)富水性最好、成井把握性最大的地段。,2023/1/25,3-4 水文地质物探,地球物理

10、勘探简称“物探”，即用物理的原理研究地质构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、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，通过分析、研究所获得的物探资料，推断、解释地质构造和矿产分布情况。目前主要的物探方法有：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探等。依据工作空间的不同，又可分为：地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。,2023/1/25,3-4 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

11、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(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)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、构造和岩层含水性能的变化。,2023/1/25,3-4 水文地质物探,花岗岩，灰岩的视电阻率()：n(102-103)m,泥岩、粘土的视电阻率值只有十到几十欧姆米。,2023/1/25,3-4 水文地质物探,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。

12、厚层石灰岩的无水地段的值常常大于500m，比有水地段高很多。但是，有些岩层也有相反的情况，如长春地区可溶盐含量较高的下白垩统陆相碎屑岩(泥岩、砂质泥岩，粉砂岩)，其视电阻率的本底值却较低(一般在10-20m之间)，而含水地段岩石的视电阻率反而较高，一般值在20或l0m以上。,2023/1/25,3-4 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，如许多岩浆岩中的金属元素含量相对较丰富，磁性较强；多数沉积岩的磁性均较弱。因此，当磁法剖面跨过这两种岩石时，便会有显著的磁力差异。在放射性强度和热辐射强度方面，不同类型的岩石，以及岩石中富水和贫水地段之间，也常有较大的差异。从图所示的热行

13、为剖面上可清楚地显示出断裂富水带的平均辐射强度(地面下0.8m)要比断裂两侧贫水地带低7-ll。,2023/1/25,3-4 水文地质物探,地面物探地球物理测井,2023/1/25,地面物探方法，已被证明是探测地下岩性、划分地层和确定构造的有效手段之一，几乎所有地面物探方法均可用于寻找地下水和判定某些水文地质特征。但是，绝大多数物探方法并不是直接地测定出地下水的物性显示，而是通过测定出岩石或裂隙、空洞的物性显示，去判断是否有含水层和富水带的存在。当然，在岩石的物性显示中也包含有水的作用。由于水和岩石总是共存于同一空间内，而岩石本身的物性显示在一般情况下又比水强烈得多，因此，准确地说，多数的物探

14、方法均是间接的找水方法。,地面物探,2023/1/25,电阻率法,激发极化法,交变电磁场法,测得的物性特征在各类岩石中(包括有水的和贫水的地段)差别较显著、显示比较稳定、强烈，且受自然环境和人为因素干扰较小的物探方法。,自然电场法,常用地面物探方法,2023/1/25,地面物探新方法,放射性探测法：通过测定岩石的放射性差异去判断有无含水的岩层，有无可供地下水赋存的断裂、裂隙构造等,新方法,核磁共振法：垂直地磁场方向施加一定强度和频率的磁场，水分子就会产生核磁共阵现象，确定地下水的埋深和富集程度。,2023/1/25,常用地面物探方法,电阻率法,2023/1/25,实例分析,研究区地质构造错综复

15、杂，位于深大断裂带上，断裂控制着其地形地貌、沉积环境、地层岩性和水文地质条件，以及地下水的运移规律。测区地层自下而上：(1)基底为奥陶系灰岩；(2)洼地沉积有第三系红色粘土；(3)第四系风成黄土和古土壤含钙质结核。从地层岩性上分析，不同地质年代形成的地层岩性环境存在差异，因此导电性能不同。在张性断裂构造带深部均为岩溶裂隙水富集的有利部位，是电探找水的主要研究对象。因此，从电探找水的标志层分析，有着明显的地球物理前提。,2023/1/25,常用地面物探方法,为寻找测区断裂构造的具体位置和岩溶裂隙水的赋存带，在测区垂直于断层走向布置测点4个(图1)。1号测点平行于断层走向放线，曲线在AB/2=27

16、5m出现特征点,s值为17.28m，显示低阻异常(图2)。,2023/1/25,应用实例,为了圈定出低阻异常的范围，向北移动60m、向南移动90m，东西放线，测得2号测点和3号测点B曲线H型特征点分别出现在AB/2=250m和300m，s值都大于20m，低阻异常不如1号测点明显。为进一步证实1号测点s曲线特征点低阻异常是否真实存在，斜交于F 断层走向东西放线，4号点(I号位置)s曲线H型特征点低阻异常仍然在AB/2=275m 出现(图3)，值为19.230m，只是比1号测点极小点s值高不到2m。,2023/1/25,应用实例,2023/1/25,应用实例,根据研究区内s曲线，第一电性层是以黄土

17、为主的低阻反映；第二电性层为黄土和古土壤含钙质结核高阻反映；第三电性层为灰岩裂隙岩溶含水和充填泯质的低阻电性综合反映；第四电性层为致密完整的灰岩高阻电性反映。在AB/2=250-350m为一明显低阻区,值在2l.98-19.530m之间，为明显的低阻含水区。,2023/1/25,应用实例,2023/1/25,应用实例,2023/1/25,应用实例,综上所述，黄土塬下伏灰岩含水的电性特征，是在高阻中寻找低阻异常的地质体，是张性断裂构造破碎带、岩溶裂隙水与泥质充填物的低阻电性综合反映。要区分是水还是泥质引起的低阻电性反映，用激发极化法来区分。,2023/1/25,常用地面物探方法,自然电场法,20

18、23/1/25,常用地面物探方法,裂隙渗漏电场,河流的过滤电场分布图,2023/1/25,常用地面物探方法,激发极化法,2023/1/25,常用地面物探方法,交变电磁场法,2023/1/25,常用地面物探方法,核磁共振法,NMR测深的量化程度高，可以提供各含水层的深度、厚度和单位体积含水量，以及各含水层的平均孔隙度等信息。,2023/1/25,应用实例,我国广泛分布着大面积岩溶地貌，其中南方以贵州为中心的桂、滇、川、湘、鄂、粤、赣、渝等9省(区，市)相邻地区的连片裸露的碳酸盐岩山区，即岩溶山区。传统的物探找水方法在上述地区探测岩溶水遇到许多困难，NMR方法为解决这些困难提供了一种新的技术手段。

19、湖北永安工区，前人认为是无水区。工区大部分为耕植农田，被第四系粘土所覆盖。以NMR找水方法为主(进行了l2个NMR测深点)，辅以电阻率法，探查到了优质的岩溶水。下图是其中一个NMR测深点的解释结果与钻孔资料对比图。,2023/1/25,应用实例,由图的NMR含水量直方图可见，该区有两个主要含水层，第一个含水层位于2342m深处，含水层NMR信号的平均衰减时间常T2*=11Oms；第二个含水层位于75100m以下，其T2*=230ms。这两个含水层的T2*变化表明，深处含水层的平均孔隙度变化大，意味着含水岩石更加破碎，实际钻探(终孔深度130m)证实了上述解释的正确性。,2023/1/25,常用

20、地面物探方法,放射性探测,2023/1/25,地球物理测井,许多地球物理测井方法都可配合钻探取芯和水文地质观测资料，用于钻孔剖面的岩性分层，判断含水层(带)、岩溶发育带和咸淡水分界面位置(深度)及确定水文地质参数等。当采用无芯钻进或钻进取芯不足时，物探测井更是不可却少的探测手段。物探测井的地质水文地质解释精度，远比前述的地面物探方法高。对确定钻孔中的岩层分界面和出水裂隙段位置的可靠性和精度，有时甚至比钻探取芯还高。,2023/1/25,地球物理测井,视电阻率,电法测井,井液电阻率测井,自然电位测井,除划分钻孔地层剖面外，主要用于确定含水层的位置及厚度，确定岩石电阻率参数和岩石孔隙度,可靠的测定

21、钻孔中含水层的位置和厚度，比较含水层的富水性，求地下水的渗透速度和简接计算渗透系数,可确定地下水的矿化度和咸淡水界面，估计地层的含泥量,2023/1/25,地球物理测井,伽玛伽玛测井,放射性测井,中子测井,放射性同位素,同位素示踪法是目前测定地下水流向、渗透系数和水质弥散系数的主要方法，还可确定井内出水和套管破裂位置，检查井管外封堵质量和寻找水库(坝下)渗漏通道,用于划分岩性，查明含水层，确定孔隙度和测定含水量；,可按密度区分岩性、划分剖面，确定含水层和岩石的孔隙度,2023/1/25,地球物理测井,主要用于测定岩石的孔隙度，也用于划分岩性，作地层对比，划分含水破裂带等,声波测井,测定地温梯度

22、，测定井内进(漏)水位置。,热测井,2023/1/25,水文地质人员在物探工作中的任务,一、掌握物探方法的使用条件,1）探测对象(岩层或含水带)与围岩之间存在比较显著的物性差异；2）这种物性差异，要有一定的异常幅度，并能在所探测的深度内能被目前使用的物探仪器测量出来；3）探测对象呈现的异常现象，能与其他自然和人为干扰因常引起的异常现象很好地区别开来；4）还要求探测对象有一定的规模（厚度或范围），埋藏不能太深，其他自然和人为干扰因素(地形坡度、切割程度、浮土厚度、工业地电，地下金属管道等)的影响不能太强烈。,2023/1/25,水文地质人员在物探工作中的任务,二、提出水文地质物探工作的探测任务,

23、1）通过地面物探(或航空物探)方法寻找含水层或富水带，确定它们的分布范围，埋藏深度、厚度和产状；2）通过物探测井方法准确地确定含水层(带)的厚度、深度、富水程度、咸淡水界面位置，或测定某些水文地质参数及完成某些水井工程探测任务(测量井径、井斜和检查钻孔止水效果)。,2023/1/25,水文地质人员在物探工作中的任务,三、确定勘探方法，布置勘探方案,1）通过现场试验选定的物探方法。如能使用综合物探手段完成同一项任务，则可相互验证，取长补短，以提高成果解释的可靠性和精度。2）合理确定测线的位置、方位、测点间距和测线之间的距离；正确选择供电极距、测量极距和电测剖面装置。,2023/1/25,水文地质

24、人员在物探工作中的任务,四、解释测量成果,物探曲线常反映了探测对象本身和其它多种自然或人为因素的综合影响。因此，只有了解了具体的地质水文地质背景和各种干扰因素的可能影响，才能进行正确的解释。否则，对于测量成果常常可以作出多种或错误的解释。因为含水层或富水带没有固定不变的异常标志。为了提高测量成果解释的可靠性，最好首先在露头较好地段或巳有勘探井旁进行试验，确定出探测对象异常的形态、性质和幅度，从而制定出可靠的解释标志。例如，在视电阻率较高的石灰岩、岩浆岩和砂岩中，一般以低阻异常作为有水的标志。但在视电阻率本来就较低的碎屑岩及结晶片理发育的岩石中，高阻异常带则常常是有水的标志。因此，符合已有水井旁试验得出的解释标志，才是最可靠的解释标志。,2023/1/25,3-4 水文地质物探,2023/1/25,第三章 水文地质勘探,完,祝同学们学习一帆风顺！,